(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-06
(45)【発行日】2022-09-14
(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/32 20100101AFI20220907BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20220907BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20220907BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20220907BHJP
【ＦＩ】
H01L33/32
H01S5/343 610
H01L21/205
C23C16/34
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019144675
(22)【出願日】2019-08-06
(65)【公開番号】P2021027193
(43)【公開日】2021-02-22
【審査請求日】2020-02-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000226242
【氏名又は名称】日機装株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002583
【氏名又は名称】特許業務法人平田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松倉 勇介
(72)【発明者】
【氏名】和田 貢
【審査官】淺見 一喜
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２５３８１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２８１０５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０７８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４３６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０９４１１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３４０３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０６８０７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０７３９８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２０１１５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１５９３４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５０４２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１９３９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５１４４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】Belousov et al.，In situ metrology advances in MOCVD growth of GaN-based materials，Journal of Crystal Growth，ELSEVIER，2004年10月18日，Vol.272，P.94-99
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００ー３３／６４
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｃ２３Ｃ １６／３４
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
ＳＰＩＥ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ
Ｗｉｌｅｙ Ｏｎｌｉｎｅ Ｌｉｂｒａｒｙ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されるｎ型クラッド層を、１０９０℃以上１１２０℃以下の第１の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記ｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させる工程後、１．０℃／秒以上の降温速度で降温を行うことにより成長温度を、１０５０℃以上１０８０℃以下の第２の成長温度まで下げる降温工程と、
前記降温工程後、前記ｎ型クラッド層上に、ＡｌＧａＮにより形成される活性層を前記第２の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、
を含み、
前記降温工程における降温時間は、４０秒以下である、窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項2】
基板上に、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されるｎ型クラッド層を、１０９０℃以上１１２０℃以下の第１の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記ｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させる工程後、１．０℃／秒以上の降温速度で降温を行うことにより成長温度を、１０５０℃以上１０８０℃以下の第２の成長温度まで下げる降温工程と、
前記降温工程後、前記ｎ型クラッド層上に、ＡｌＧａＮにより形成される活性層を前記第２の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、
を含み、
前記第１の成長温度と前記第２の成長温度との差が３０℃以上４０℃以下である、窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項3】
前記降温工程における降温時間は、４０秒以下である、請求項２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項4】
前記降温工程は、前記基板を保持する保持部材の下部に設けられた熱源の出力を制御することにより行われる、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項5】
前記降温工程は、キャリアガスの流量を制御することにより行われる、請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、紫外光を出力する発光ダイオードやレーザダイオード等の窒化物半導体発光素子が実用化されており、発光出力を向上させた窒化物半導体発光素子の開発が進められている（特許文献１参照）。
【0003】
特許文献１に開示された窒化物半導体発光素子の製造方法においては、先ず、ｎ型半導体層上に原料を供給して第１の成長温度でｎ側低温障壁層を成長させ、次に、原料を供給したまま第１の成長温度より高温の第２の成長温度に昇温してｎ側低温障壁層上に高温障壁層を成長させている。また、当該窒化物半導体発光素子の製造方法においては、高温障壁層の成長後、原料の供給を停止して当該第２の成長温度より低温の第３の成長温度に降温し、原料供給の停止を継続したまま、少なくともｎ側低温障壁層の成長に要する時間の０．３倍以上の時間で当該第３の成長温度に基板を保持した後に、原料の供給を再開して高温障壁層上にｐ側低温障壁層の成長を続けている。さらに、当該窒化物半導体発光素子の製造方法においては、ｐ側低温障壁層の上に井戸層を成長させることにより発光層を積層させる工程を含む、半導体発光素子の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５９９８９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体発光素子の製造方法のように、発光層の成長の工程において成長温度や時間を細かく制御するような対策を施した場合であっても、所定の電流を供給しても十分な発光強度を有する半導体発光素子が得られない場合がある。
【0006】
そこで、本発明は、発光効率を向上させることができる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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、基板上に、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されるｎ型クラッド層を、１０９０℃以上１１２０℃以下の第１の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記ｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させる工程後、１．０℃／秒以上の降温速度で降温を行うことにより成長温度を、１０５０℃以上１０８０℃以下の第２の成長温度まで下げる降温工程と、前記降温工程後、前記ｎ型クラッド層上に、ＡｌＧａＮにより形成される活性層を前記第２の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、を含み、前記降温工程における降温時間は、４０秒以下である、窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、基板上に、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されるｎ型クラッド層を、１０９０℃以上１１２０℃以下の第１の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記ｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させる工程後、１．０℃／秒以上の降温速度で降温を行うことにより成長温度を、１０５０℃以上１０８０℃以下の第２の成長温度まで下げる降温工程と、前記降温工程後、前記ｎ型クラッド層上に、ＡｌＧａＮにより形成される活性層を前記第２の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、を含み、前記第１の成長温度と前記第２の成長温度との差が３０℃以上４０℃以下である、窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、基板上に、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されるｎ型クラッド層を、１０９０℃以上１１２０℃以下の第１の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記ｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させる工程後、１．０℃／秒以上の降温速度で降温を行うことにより成長温度を、１０５０℃以上１０８０℃以下の第２の成長温度まで下げる降温工程と、前記降温工程後、前記ｎ型クラッド層上に、ＡｌＧａＮにより形成される活性層を前記第２の成長温度でエピタキシャル成長させる工程と、を含み、前記第１の成長温度と前記第２の成長温度との差が３０℃以上４０℃以下である、窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、発光効率を向上させることができる窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法で製造される窒化物半導体発光素子の構成の一例を概略的に示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法で用いられるサセプタ及び基板ヒーターの構成の一例を模式的に示す端面図である。
【図3】成長温度の制御の一例を示す図であり、（ａ）は、基板ヒーターの出力の一例を示す図、（ｂ）は、キャリアガスの流量の一例を示す図、（ｃ）は、成長温度のプロファイルの一例を示す図である。
【図4】降温速度と発光出力との関係を示す図である。
【図5】温度差と発光出力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【0011】
（窒化物半導体発光素子の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法で製造される窒化物半導体発光素子の構成の一例を概略的に示す断面図である。なお、図１における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。この窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう）には、例えば、レーザダイオードや発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が含まれる。以下では、発光素子１として、中心波長が２５０ｎｍ～３６０ｎｍの紫外光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法で製造される窒化物半導体発光素子の構成の一例を概略的に示す断面図である。なお、図１における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。この窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう）には、例えば、レーザダイオードや発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が含まれる。以下では、発光素子１として、中心波長が２５０ｎｍ～３６０ｎｍの紫外光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を例に挙げて説明する。
【0012】
図１に示されるように、本実施の形態で製造される発光素子１は、透明基板１１と、透明基板１１上に形成された窒化物半導体層１２と、電極１３と、を有している。以下、それぞれの詳細を説明する。
【0013】
（１）透明基板１１
透明基板１１は、発光素子１が発する深紫外光に対して透光性を有する基板であり、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）により形成されたサファイア基板である。なお、透明基板１１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されたＡｌＮ単結晶基板でもよい。また、この場合、バッファ層１２１は、必ずしも設けなくてもよい。透明基板１１は、基板の一例である。
透明基板１１は、発光素子１が発する深紫外光に対して透光性を有する基板であり、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）により形成されたサファイア基板である。なお、透明基板１１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されたＡｌＮ単結晶基板でもよい。また、この場合、バッファ層１２１は、必ずしも設けなくてもよい。透明基板１１は、基板の一例である。
【0014】
（２）窒化物半導体層１２
窒化物半導体層１２を構成する半導体には、例えば、ＡｌｒＧａｓＩｎ１－ｒ－ｓＮ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０≦ｒ＋ｓ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系のIII族窒化物半導体を用いることができる。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置き換えても良く、また、Ｎの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。
窒化物半導体層１２を構成する半導体には、例えば、ＡｌｒＧａｓＩｎ１－ｒ－ｓＮ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０≦ｒ＋ｓ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系のIII族窒化物半導体を用いることができる。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置き換えても良く、また、Ｎの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。
【0015】
窒化物半導体層１２は、透明基板１１側から順次、ＡｌＮからなるバッファ層１２１、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層１２２、ＡｌＧａＮにより形成された障壁層１２３ａ及び井戸層１２３ｂを含む活性層１２３、ｐ型のＡｌＧａＮやＡｌＮにより形成された電子ブロック層１２４、ｐ型のＡｌＧａＮにより形成されたｐ型クラッド層１２５、ｐ型のＧａＮにより形成されたコンタクト層１２６を順次形成して構成されている。以下、各構成要素について説明する。
【0016】
ｎ型クラッド層１２２は、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌＧａＮ層である。なお、ｎ型の不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、又はテルル（Ｔｅ）等を用いてもよい。
【0017】
活性層１２３は、障壁層１２３ａと井戸層１２３ｂとを交互に積層した量子井戸構造を有している。障壁層１２３ａ及び井戸層１２３ｂの数は、単数でもよく、複数でもよい。活性層１２３は、例えば、中心波長３６０ｎｍ以下の紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成されている。
【0018】
電子ブロック層１２４は、ＡｌＮにより形成された層（以下、「第１の電子ブロック層」ともいう。）、ｐ型のＡｌＧａＮにより形成された層（以下、「第２の電子ブロック層」ともいう。）と、を含んで構成されている。なお、電子ブロック層１２４は、必ずしもｐ型の半導体層に限られず、アンドープの半導体層でもよい。
【0019】
ｐ型クラッド層１２５は、ｐ型のＡｌＧａＮにより形成される層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌＧａＮ層である。なお、ｐ型の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、又は炭素（Ｃ）等を用いてもよい。
【0020】
コンタクト層１２６は、例えば、Ｍｇ等の不純物が高濃度にドープされたｐ型のＧａＮ層である。なお、コンタクト層１２６は、ｐ型のＡｌＧａＮにより形成された層でもよい。この場合、コンタクト層１２６を形成するｐ型のＡｌＧａＮのＡｌ組成比は、例えば、１０％以下としてよい。
【0021】
（３）電極１３
電極１３は、ｎ型クラッド層１２２上に形成されたカソード側電極部（「ｎ電極」ともいう。）１３１と、コンタクト層１２６上に形成されたアノード側電極部（「ｐ電極」ともいう。）１３２と、を有している。
電極１３は、ｎ型クラッド層１２２上に形成されたカソード側電極部（「ｎ電極」ともいう。）１３１と、コンタクト層１２６上に形成されたアノード側電極部（「ｐ電極」ともいう。）１３２と、を有している。
【0022】
ｎ電極１３１は、ｎ型クラッド層１２２の一部の領域上に形成されている。ｎ電極１３１は、例えば、ｎ型クラッド層１２２の上に順にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。
【0023】
ｐ電極１３２は、コンタクト層１２６の上に形成されている。ｐ電極１３２は、例えば、コンタクト層１２６の上に順に積層されるニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の多層膜で形成される。
【0024】
（発光素子１の製造方法）
次に、発光素子１の製造方法について説明する。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法（以下、「本製造方法」ともいう。）は、主として、以下の工程を含む。
（１）透明基板１１上に窒化物半導体層１２を成長させる工程、
（２）エッチングを施す工程、
（３）電極を形成する工程、及び
（４）チップに切断する工程。
以下、具体的に説明する。
次に、発光素子１の製造方法について説明する。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法（以下、「本製造方法」ともいう。）は、主として、以下の工程を含む。
（１）透明基板１１上に窒化物半導体層１２を成長させる工程、
（２）エッチングを施す工程、
（３）電極を形成する工程、及び
（４）チップに切断する工程。
以下、具体的に説明する。
【0025】
（１）透明基板１１上に窒化物半導体層１２を成長させる工程
この工程では、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）等の周知のエピタキシャル成長法を用いて、透明基板１１上に窒化物半導体層１２を成長させる。
この工程では、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）等の周知のエピタキシャル成長法を用いて、透明基板１１上に窒化物半導体層１２を成長させる。
【0026】
具体的には、本工程は、主として、以下の４つの工程をさらに含む。
（ａ）透明基板１１上にバッファ層１２１を高温成長させる工程、
（ｂ）バッファ層１２１上にｎ型クラッド層１２２を高温成長させる工程、
（ｃ）予め定められた時間（以下、「インターバル」ともいう。）で降温を行い、成長温度を目標とする温度まで下げる工程（以下、「降温工程」ともいう。）、及び
（ｄ）障壁層１２３ａ及び井戸層１２３ｂを交互に形成した活性層１２３、電子ブロック層１２４、ｐ型クラッド層１２５、及びコンタクト層１２６を順に積層して、所定の直径（例えば、５０ｍｍ程度）を有する円板状の窒化物半導体積層体（「ウエハ」又は「ウェハ」ともいう）を形成する工程。
（ａ）透明基板１１上にバッファ層１２１を高温成長させる工程、
（ｂ）バッファ層１２１上にｎ型クラッド層１２２を高温成長させる工程、
（ｃ）予め定められた時間（以下、「インターバル」ともいう。）で降温を行い、成長温度を目標とする温度まで下げる工程（以下、「降温工程」ともいう。）、及び
（ｄ）障壁層１２３ａ及び井戸層１２３ｂを交互に形成した活性層１２３、電子ブロック層１２４、ｐ型クラッド層１２５、及びコンタクト層１２６を順に積層して、所定の直径（例えば、５０ｍｍ程度）を有する円板状の窒化物半導体積層体（「ウエハ」又は「ウェハ」ともいう）を形成する工程。
【0027】
上述した（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の工程に係る高温成長のうち主な成長温度の一例を以下の表１にまとめる。
【表1】
【0028】
ここで、上記の（ｃ）の工程について、降温工程は、例えば、基板を加熱する熱源の出力を制御する方法（具体的には、熱源の出力を一定以下に下げる方法）によって行ってもよく、あるいは、キャリアガス（例えば、窒素（Ｎ２）ガス）の流量を制御する方法（具体的には、キャリアガスの流量を一定以上とする方法）によって行ってもよく、両者を並行して行ってもよい。
【0029】
図２は、本製造方法で用いられるサセプタ及び基板ヒーターの構成の一例を模式的に示す端面図である。図２に示すように、本製造方法では、トレイ（以下、「サセプタ」ともいう。）２と、サセプタ２の下側に配置された基板ヒーター３と、を備えた構成が用いられる。サセプタ２は、保持部材の一例である。基板ヒーター３は、熱源の一例である。
【0030】
サセプタ２は、略円板状の形状を有し、中心軸２０を回転軸として回転するように構成されている。また、サセプタ２には、透明基板１１を保持する、複数の基板保持部２１が形成されている。図示はしないが、基板保持部２１は、平面視において略円形状に形成されている。また、複数の基板保持部２１は、中心軸２０の周りに対称に配置されている。複数の基板保持部２１は、サセプタ２の径方向（図２の左右方向）において複数の列に亘って設けられてもよい。
【0031】
基板ヒーター３は、サセプタ２の底面側から透明基板１１及び形成された窒化物半導体層１２（以下、「中間体」ともいう。）を加熱する。本実施の形態では、基板ヒーター３は、サセプタ２の中心軸２０付近（以下、「内側」又は「インナー」ともいう。）及びサセプタ２の縁側付近（以下、「外側」又は「アウター」ともいう。）の２か所に設けられている。以下、内側に設けられた基板ヒーター３と外側に設けられた基板ヒーター３とを区別して特定する必要がある場合は、それぞれ「インナーヒーター３Ａ」、及び「アウターヒーター３Ｂ」ともいう。なお、本実施の形態においては、インナーヒーター３Ａとアウターヒーター３Ｂとは、その形状が互いに異なっている。
【0032】
（２）エッチングを施す工程
次に、コンタクト層１２６の上にマスクを形成し、活性層１２３、電子ブロック層１２４、ｐ型クラッド層１２５及びコンタクト層１２６においてマスクが形成されていないぞれぞれの露出領域を除去する。活性層１２３、電子ブロック層１２４、ｐ型クラッド層１２５及びコンタクト層１２６の除去は、例えば、プラズマエッチングにより行うことができる。
次に、コンタクト層１２６の上にマスクを形成し、活性層１２３、電子ブロック層１２４、ｐ型クラッド層１２５及びコンタクト層１２６においてマスクが形成されていないぞれぞれの露出領域を除去する。活性層１２３、電子ブロック層１２４、ｐ型クラッド層１２５及びコンタクト層１２６の除去は、例えば、プラズマエッチングにより行うことができる。
【0033】
（３）電極を形成する工程、及び（４）チップに切断する工程
次に、ｎ型クラッド層１２２の露出面上にｎ電極１３１を形成し、マスクを除去したコンタクト層１２６上にｐ電極１３２を形成する。ｎ電極１３１及びｐ電極１３２は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。このウエハを所定の寸法に切り分けることにより、図１に示す発光素子１が形成される。
次に、ｎ型クラッド層１２２の露出面上にｎ電極１３１を形成し、マスクを除去したコンタクト層１２６上にｐ電極１３２を形成する。ｎ電極１３１及びｐ電極１３２は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。このウエハを所定の寸法に切り分けることにより、図１に示す発光素子１が形成される。
【0034】
（実施例）
次に、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の実施例について具体的に説明する。図３は、成長温度の制御の一例を示す図であり、（ａ）は、基板ヒーターの出力の一例を示す図、（ｂ）は、キャリアガスの流量の一例を示す図、（ｃ）は、成長温度のプロファイルの一例を示す図である。
次に、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の実施例について具体的に説明する。図３は、成長温度の制御の一例を示す図であり、（ａ）は、基板ヒーターの出力の一例を示す図、（ｂ）は、キャリアガスの流量の一例を示す図、（ｃ）は、成長温度のプロファイルの一例を示す図である。
【0035】
なお、図３の各図は、インターバルの付近を拡大して示したものである。また、図３の各図の横軸の時間は、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の間で共通しているものとする。横軸の起点（時間＝０）は、説明の便宜上設定したものであり、特定の現象（例えば、ｎ型クラッド層１２２の成長の開始等）を示しているものではない。また、図３の３つ図に跨って引いた２本の縦線は、成長温度を切り替える時間を示すものであり、具体的には、左縦線（約１分）は、ｎ型クラッド層１２２の成長が終わった時間を示し、右縦線（約０．５）は、活性層１２３の成長が開始する時間を示している。また、左縦線及び右縦線間の距離は、インターバルの長さを示している。
【0036】
降温工程は、基板ヒーター３の出力の制御、及びキャリアガスとしての窒素ガスの流量の制御をともに用いることによって行う。まず、基板ヒーター３の出力の制御について、図３（ａ）を参照して説明する。ここで、基板ヒーター３の出力値は、ｎ型クラッド層１２２の成長時の出力を１として規格化した任意単位で示している。
【0037】
インナーヒーター３Ａについて、図３（ａ）の細実線に示すように、ｎ型クラッド層１２２の成長が終わった時間（左縦線参照）に、基板ヒーター３の出力値を約半分（例えば、０．５３±０．０３）まで下げる。次に、一定の時間（３０±３秒、左縦線及び右縦線間の距離）をかけて、基板ヒーター３の出力を連続的に上昇させて、活性層１２３の成長の際のインナーヒーター３Ａの出力値まで上げる。
【0038】
なお、活性層１２３の成長の際のインナーヒーター３Ａの出力値は、約０．９４±０．０２程度とした。活性層１２３の成長温度は、ｎ型クラッド層１２２の成長温度よりも僅かに小さいためである。また、一定の時間内（すなわち、インターバル中）のインナーヒーター３Ａの出力の上昇率は、（１．４±０．１）×１０－２／秒である。
【0039】
アウターヒーター３Ｂについても概ねインナーヒーター３Ａと同様の傾向となるように制御する。具体的には、図３（ａ）の太実線に示すように、ｎ型クラッド層１２２の成長が終わった時間（左縦線参照）に、基板ヒーター３の出力値を例えば、０．７２±０．０２程度まで下げる。次に、一定の時間（３０±３秒、左縦線及び右縦線間の距離）をかけて、基板ヒーター３の出力を連続的に上昇させて、活性層１２３の成長の際のインナーヒーター３Ａの出力値（約０．９４±０．０１）まで上げる。また、インターバル中のアウターヒーター３Ｂの出力の上昇率は、（７．３±０．７）×１０－３／秒である。
【0040】
なお、本実施の形態において、インナーヒーター３Ａとアウターヒーター３Ｂとの制御が若干異なる理由としては、インナーヒーター３Ａとアウターヒーター３Ｂとの形状が互いに異なるためであり、各ヒーターの狙い温度に対する設定値が異なっているためである。
【0041】
次に、窒素ガスの流量の制御について、図３（ｂ）を参照して説明する。ここで、窒素ガスの流量は、インターバル中に実現された最大値を１として規格化した任意単位で示している。図３（ｂ）に示すように、ｎ型クラッド層１２２の成長の間、窒素ガスの流量を、略一定の値（例えば、０．６７±０．０３の範囲）に制御する。
【0042】
ｎ型クラッド層１２２の成長が終わった後（左縦線参照）、窒素ガスの流量を上昇させる。窒素ガスの流量がピーク値（すなわち、１．０）に達した後、窒素ガスの流量を下降させて、活性層１２３の成長の際の窒素ガスの流量まで下げる。活性層１２３の成長の際の窒素ガスの流量は、０．５０±０．０５とした。
【0043】
本実施例では、インターバル中の窒素ガスの流量を、（０．０８３±０．０１）分の間、すなわち（５．０±０．５）秒の間に略一定の上昇率で上昇させる。次に、（０．４２±０．０１）分の間、すなわち（２５±０．５）秒の間に略一定の下降率で下降させる。本実施例におけるインターバル中の窒素ガスの流量の上昇率は、（６．６±０．７）×１０－２／秒であり、下降率は、（２．０±０．２）×１０－２／秒である。このように、流量を一端増加させた後に、所定流量まで減少させる理由は、キャリアガスの温度が後述する成長温度よりも低く、より多くのキャリアガスを流すことにより、当該キャリアガスによってサセプタ２における熱がより多く奪われ、急速な温度低下を可能にするためである。そして、キャリアガスの流量を再度上昇させることにより、所定の温度まで正確に温度を低下させることが可能になる。
【0044】
なお、活性層１２３の成長が開始された後は、窒素ガスの流量を、ｎ型クラッド層１２２の成長の際の窒素ガスの流量よりも小さい一定の値（例えば、０．５０±０．０５の範囲）に制御する。
【0045】
次に、図３（ａ）に示す基板ヒーター３の出力の制御及び図３（ｂ）に示す窒素ガスの流量の制御により実現される成長温度の変化（以下、「プロファイル」ともいう。）について、図３（ｃ）を参照して説明する。図３（ｃ）に示すように、ｎ型クラッド層１２２の成長の間、成長温度は、１１０２－１１０９℃の範囲に保たれている。次に、ｎ型クラッド層１２２の成長が終了した後、３０±３秒間（横軸約１分から０．５分の間）のインターバル中に、活性層１２３の成長温度まで急速に降温する。なお、活性層１２３の成長温度は、約１０７０℃とした。ｎ型クラッド層１２２の成長温度は、第１の成長温度の一例である。活性層１２３の成長温度は、第２の成長温度の一例である。なお、成長温度は、例えば、サセプタ２の輻射熱を、インナー側及びアウター側に設置した計測器で測定した温度とした。
【0046】
具体的には、内側の測定点（サセプタ２の中心軸２０付近に設けた測定点）では、成長温度は、３０±３秒間のインターバル中に約１１０３℃から約１０７０℃までの約３３℃降下した。また、外側の測定点（サセプタ２の縁部付近に設けた測定点）では、成長温度は、３０±３秒間のインターバル中に約１１０８℃から約１０７０℃までの約３８℃降下した。降温工程中の降温速度は、略一定であり、それぞれ約１．１℃／秒、約１．３℃／秒であった。
【0047】
（発光出力）
次に、上記の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子１の発光出力を測定した結果について説明する。発光出力は、種々の公知の方法で測定することが可能であるが、本実施例では、一例として、１枚のウエハの中心部と縁部とにそれぞれＩｎ（インジウム）電極を付着し、この電極に所定の電流を流してウエハの中心部を発光させ、所定の位置に設置した光検出器（不図示）によりこの発光を測定する方法を用いた。なお、測定時に流した電流の大きさは、２０ｍＡとした。以下、２つの実験結果についてそれぞれ説明する。
次に、上記の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子１の発光出力を測定した結果について説明する。発光出力は、種々の公知の方法で測定することが可能であるが、本実施例では、一例として、１枚のウエハの中心部と縁部とにそれぞれＩｎ（インジウム）電極を付着し、この電極に所定の電流を流してウエハの中心部を発光させ、所定の位置に設置した光検出器（不図示）によりこの発光を測定する方法を用いた。なお、測定時に流した電流の大きさは、２０ｍＡとした。以下、２つの実験結果についてそれぞれ説明する。
【0048】
（１）第１の実験とその結果
第１の実験では、ｎ型クラッド層１２２の成長の終了から活性層１２３の成長の開始まで間（すなわち、インターバル中）に実行する降温工程における降温速度と発光出力との関係を調べた。なお、インターバルの長さは、降温時間と略等しい。インターバル中、降温工程の実行を継続するためである。図４は、降温速度と発光出力との関係を示す図である。図４の横軸は、降温速度（℃／秒）を示し、縦軸は、発光出力（任意単位）を示す。
第１の実験では、ｎ型クラッド層１２２の成長の終了から活性層１２３の成長の開始まで間（すなわち、インターバル中）に実行する降温工程における降温速度と発光出力との関係を調べた。なお、インターバルの長さは、降温時間と略等しい。インターバル中、降温工程の実行を継続するためである。図４は、降温速度と発光出力との関係を示す図である。図４の横軸は、降温速度（℃／秒）を示し、縦軸は、発光出力（任意単位）を示す。
【0049】
ここで、降温速度（℃／秒）は、温度差を降温時間（秒）で除した値とした。また、温度差は、ｎ型クラッド層１２２の成長温度と、活性層１２３の成長温度の差とした。ｎ型クラッド層１２２及び活性層１２３の成長温度としては、それぞれ、外側の測定点の温度及び内側の測定点の温度を測定し、これらの平均値を用いた。
【0050】
図４に示すように、発光出力は、降温速度が０以上１．０℃／秒以内の範囲で上昇し、降温速度が約１．０℃／秒を超えると飽和する。したがって、各素子における発光出力のばらつきを低減させるために、降温速度は、好ましくは、１．０℃／秒以上である。
【0051】
なお、降温速度が約１．０℃／秒を超えると、発光出力にバラツキが生じている。この理由については、以下の第２の実験の結果を用いて説明する。
【0052】
（２）第２の実験とその結果
第２の実験では、ｎ型クラッド層１２２の成長温度及び活性層１２３の成長温度の差（以下、「温度差」ともいう。）と発光出力との関係を調べた。この第２の実験では、上述した本製造方法によって作製したサンプルのうち、降温速度を１．３±０．３℃／秒以上として作製したサンプルの発光出力を測定した。図５は、温度差と発光出力との関係を示す図である。なお、温度差℃は、ｎ型クラッド層１２２の成長温度としての、ｎ型クラッド層１２２の成長時の外側の温度及び内側の温度の平均値と、活性層１２３の成長温度としての、活性層１２３の成長時の外側の温度及び内側の温度の平均値との差とした。
第２の実験では、ｎ型クラッド層１２２の成長温度及び活性層１２３の成長温度の差（以下、「温度差」ともいう。）と発光出力との関係を調べた。この第２の実験では、上述した本製造方法によって作製したサンプルのうち、降温速度を１．３±０．３℃／秒以上として作製したサンプルの発光出力を測定した。図５は、温度差と発光出力との関係を示す図である。なお、温度差℃は、ｎ型クラッド層１２２の成長温度としての、ｎ型クラッド層１２２の成長時の外側の温度及び内側の温度の平均値と、活性層１２３の成長温度としての、活性層１２３の成長時の外側の温度及び内側の温度の平均値との差とした。
【0053】
図５に示すように、発光出力は、温度差が小さいほど上昇する傾向を有している。具体的には、発光出力は、温度差が０℃から一定の範囲において温度差が上がるに連れて上昇し、温度差が約３５℃から４０℃の間で飽和する（破線で示した近似曲線参照）。このように、発光強度が温度差に依存する傾向があるため、同一の降温速度であっても、温度差によっては発光出力がばらつくことになり、上述したように降温速度が１．０℃/秒付近で発光出力にバラツキが生じる（図４参照）。
【0054】
また、温度差は、２０℃以上であることが好ましい。温度差が２０℃よりも小さすぎる場合、結晶成長上の問題があるためである。また、温度差は、４０℃以下、好ましくは３５℃以下、より好ましは３０℃以下である。また、第１の実験の結果で述べたように、降温速度は、１．０℃／秒以上であることが好ましい。したがって、上記の温度差を実現するために、降温時間は、４０秒以下、好ましくは３５秒以下、より好ましくは３０秒以下である。
【0055】
（実施形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【0056】
［１］基板上に、ｎ型のＡｌＧａＮにより形成されるｎ型クラッド層（１２２）を第１の成長温度で成長させる工程と、１．０℃／秒以上の降温速度で降温を行うことにより成長温度を第２の成長温度まで下げる降温工程と、前記ｎ型クラッド層（１２２）上に、ＡｌＧａＮにより形成される活性層（１２３）を前記第２の成長温度で成長させる工程と、を含む、窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［２］前記第１の成長温度と前記第２の成長温度との差が２０℃以上４０℃以下である、前記［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［３］前記降温工程における降温時間は、４０秒以下である、前記［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［４］前記降温工程は、前記基板を保持する保持部材の下部に設けられた熱源の出力を制御することにより行われる、前記［１］から［３］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［５］前記降温工程は、キャリアガスの流量を制御することにより行われる、前記［１］から前記［４］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［２］前記第１の成長温度と前記第２の成長温度との差が２０℃以上４０℃以下である、前記［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［３］前記降温工程における降温時間は、４０秒以下である、前記［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［４］前記降温工程は、前記基板を保持する保持部材の下部に設けられた熱源の出力を制御することにより行われる、前記［１］から［３］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［５］前記降温工程は、キャリアガスの流量を制御することにより行われる、前記［１］から前記［４］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
【符号の説明】
【0057】
１…窒化物半導体発光素子（発光素子）
１１…透明基板
１２…窒化物半導体層
１２１…バッファ層
１２２…ｎ型クラッド層
１２３…活性層
１２３ａ…障壁層
１２３ｂ…井戸層
１２４…電子ブロック層
１２５…ｐ型クラッド層
１２６…コンタクト層
１３…電極
１３１…カソード側電極（ｎ電極）
１３２…アノード側電極（ｐ電極）
２…サセプタ
２０…中心軸
２１…基板保持部
３…基板ヒーター
３Ａ…インナーヒーター
３Ｂ…アウターヒーター
１１…透明基板
１２…窒化物半導体層
１２１…バッファ層
１２２…ｎ型クラッド層
１２３…活性層
１２３ａ…障壁層
１２３ｂ…井戸層
１２４…電子ブロック層
１２５…ｐ型クラッド層
１２６…コンタクト層
１３…電極
１３１…カソード側電極（ｎ電極）
１３２…アノード側電極（ｐ電極）
２…サセプタ
２０…中心軸
２１…基板保持部
３…基板ヒーター
３Ａ…インナーヒーター
３Ｂ…アウターヒーター
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】