JP2011071546A - 化合物半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体層を構成する化合物半導体と異なる材料からなる基板とこの上に成膜されたＩＩＩ族化合物半導体層を有し、発光波長の波長分布σが５ｎｍ以下の化合物半導体ウェーハを提供する。
【解決手段】サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を成膜し発光波長の波長分布σが５ｎｍ以下の化合物半導体ウェーハの製造方法であって、反り量Ｈが−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲であり、直径Ｄが５０ｍｍ〜１５５ｍｍの範囲であり、厚さｄが０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であるサファイア基板上に、合計の厚さが８μｍ以上１５μｍ以下のＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を成膜する半導体層成膜工程を有し、前記サファイア基板の前記直径Ｄと前記厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする化合物半導体ウェーハの製造方法。
０．７×１０^２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０^２ （１）
【選択図】図１

Description

本発明は、化合物半導体ウェーハの製造方法に関し、より詳しくは、発光波長の波長分布σが５ｎｍ以下の化合物半導体ウェーハの製造方法に関する。

一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層等の化合物半導体層を有する半導体発光素子は、サファイア単結晶等からなる基板上に化合物半導体層を成膜し、さらに正極や負極等を設けた後、基板の被研削面を研削及び研磨し、その後、適当な形状に切断することにより発光素子チップとして調製される（特許文献１参照）。

特開２００８−１７７５２５号公報

ところで、半導体層を構成する化合物半導体とは異なる材料からなる基板を用い、この基板上に半導体層を成膜すると、基板と化合物半導体との熱膨張係数の差により、基板に反りが生じるという問題がある。
基板の反り量がこのように大きくなると、得られる半導体発光素子の波長分布σが大きくなり、製品の不良率を著しく増大するという問題がある。このような現象は、基板の直径が大きくなると顕著になる傾向がある。
また、基板上に半導体層を形成する際の処理条件による内部応力が発生し、基板に反りが生じやすいことが知られている。

本発明の目的は、半導体層を構成する材料と異なる材料からなる基板を用い、この上にＩＩＩ族化合物半導体層を成膜する工程を有し、得られる半導体発光素子の発光波長の波長分布σを小さくすることが可能な化合物半導体ウェーハの製造方法を提供することにある。

かくして本発明によれば、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を成膜し発光波長の波長分布σが５ｎｍ以下の化合物半導体ウェーハの製造方法であって、反り量Ｈが−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲であり、直径Ｄが５０ｍｍ〜１５５ｍｍの範囲であり、厚さｄが０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であるサファイア基板上に、合計の厚さが８μｍ以上１５μｍ以下のＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を成膜する半導体層成膜工程を有し、前記サファイア基板の前記直径Ｄと前記厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする化合物半導体ウェーハの製造方法が提供される。
０．７×１０^２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０^２ （１）

ここで、本発明が適用される化合物半導体ウェーハの製造方法において、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物化合物半導体層との間に、スパッタ法により中間層を成膜する中間層形成工程を有することが好ましい。

本発明によれば、化合物半導体ウェーハの製造方法において、半導体層を構成する材料と異なる材料の基板上にＩＩＩ族化合物半導体層を成膜する際に、反り量Ｈが−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲内にあり、且つ、基板の直径Ｄと厚さｄとの関係が前述した式（１）を満たすような基板を使用することにより、製造工程における複数の処理の影響を受けることなく、発光波長の波長分布σが小さい化合物半導体ウェーハを製造することができる。特に本発明の化合物半導体ウェーハの製造方法によれば、波長分布σが５ｎｍ以下にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。

（半導体発光素子）
本実施の形態において製造される半導体発光素子は、通常、所定の基板と基板上に成膜された化合物半導体層とを有している。化合物半導体層を構成する化合物半導体としては、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、中でも、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体が好ましい。以下に、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体を有する半導体発光素子を例に挙げて説明する。

図１は、本実施の形態において製造される半導体発光素子の一例を説明する図である。図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１上に形成された中間層１２の上に、下地層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６が順次積層され、これらは化合物半導体層（ＩＩＩ族化合物半導体層）２０を構成している。
さらに、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１４ａに形成された露出領域１４ｄに負極１９が積層されている。

ここで、ＩＩＩ族化合物半導体からなる下地層１３上に成膜されたｎ型半導体層１４は、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂを有する。発光層１５は、障壁層１５ａ及び井戸層１５ｂが交互に積層された構造を有する。ｐ型半導体層１６は、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂが積層されている。
本実施の形態では、基板１１上に成膜された化合物半導体層（ＩＩＩ族化合物半導体層）２０の合計の厚さは、少なくとも８μｍ以上、好ましくは、８．５μｍ以上、さらに好ましくは９μｍ以上である。また、これらの合計の厚さは、１５μｍ以下、好ましくは１４μｍ以下、さらに好ましくは１３μｍ以下である。
化合物半導体層（ＩＩＩ族化合物半導体層）２０の合計の厚さが過度に薄いと、特に、下地層１３及びｎ型半導体層１４の膜厚が薄いと、その後に積層する発光層１５及びＰ型半導体層１６の結晶性が悪くなるため、半導体発光素子１を形成した場合は発光強度が弱くなる傾向がある。

（基板１１）
基板１１は、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：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。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましい。
また、基板１１の表面は半導体層を積層する側の面（表面）とその反対側の面（裏面）の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が異なっている方が好ましい。特に、表面粗さＲａの関係は表面≦裏面となっている基板を用いると良い。

（中間層１２）
前述したように、本実施の形態では、基板１１はＩＩＩ族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成される。このため、後述するように化合物半導体層２０を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する際に、バッファ機能を発揮する中間層１２を基板１１上に設けることが好ましい。特に、中間層１２が単結晶構造であることは、バッファ機能の面から好ましい。単結晶構造を有する中間層１２を基板１１上に成膜した場合、中間層１２のバッファ機能が有効に作用し、中間層１２上に成膜される下地層１３と化合物半導体層２０は、良好な配向性及び結晶性を持つ結晶膜となる。
中間層１２は、Ａ１を含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物であるＡ１Ｎを含むことが特に好ましい。中間層１２を構成する材料としては、一般式Ａ１ＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物化合物半導体であれば特に限定されない。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有されても良い。中間層１２が、Ａ１を含む組成の場合、ＧａＡ１Ｎとすることが好ましく、Ａ１の組成が５０％以上であることが好ましい。

下地層１３に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、Ａ１ＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。下地層１３の膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。

（ｎ型半導体層１４）
ｎ型半導体層１４は、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂから構成される。ｎ型コンタクト層１４ａとしては、下地層１３と同様にＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３及びｎ型コンタクト層１４ａ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０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。

ｎ型クラッド層１４ｂは、Ａ１ＧＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造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、後述する発光層１５を構成する井戸層１５ｂ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。ｎ型クラッド層１４ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。

（発光層１５）
発光層１５は、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、且つ、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る。本実施の形態では、発光層１５は、６層の障壁層１５ａと５層の井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５の最上層及び最下層に障壁層１５ａが配され、各障壁層１５ａ間に井戸層１５ｂが配される構成とされている。

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Ａ１_ｃＧａ_１−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、Ｇａ_１−ｓＩｎ_ｓＮ（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。
井戸層１５ｂの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚領域であることが好ましい。例えば、井戸層１５ｂの膜厚は、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることが好ましく、２ｎｍ〜６ｎｍの膜厚であればより好ましい。

（ｐ型半導体層１６）
ｐ型半導体層１６は、ｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６ａとしては、好ましくは、Ａ１_ｄＧａ_１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐ型コンタクト層１６ｂとしては、少なくともＡ１_ｅＧａ_１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。

（透光性正極１７）
透光性正極１７を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）、ＩＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透光性正極１７の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透光性正極１７は、ｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。

（正極ボンディングパッド１８）
透光性正極１７上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
正極ボンディングパッド１８の厚さは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。

（負極１９）
図１に示すように、負極１９は、基板１１上に成膜された中間層１２及び下地層１３の上にさらに成膜された化合物半導体層２０（ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６）において、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに接するように形成される。このため、負極１９を形成する際は、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４ａ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。

（半導体発光素子の製造方法）
本実施の形態において半導体発光素子１は、通常、基板１１上に化合物半導体層２０を成膜し（半導体層成膜工程）、次いで、基板１１を所定の厚さになる迄研削し、その後、適当な大きさに切断して形成される。
先ず、所定の直径Ｄと厚さｄとを有するサファイア製の基板１１上に、Ｖ族元素を含むガスと金属材料とをプラズマで活性化して反応させることによりＩＩＩ族窒化物からなる中間層１２を成膜する。続いて、成膜した中間層１２上に、下地層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５、及びｐ型半導体層１６を順次積層する。

本実施の形態では、化合物半導体層２０を成膜する際に使用する基板１１の直径Ｄは、通常、５０ｍｍ〜１５５ｍｍの範囲から選択される。また、基板１１の厚さｄは、通常、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲から選択される。
このとき、使用する基板１１は、反り量Ｈが、０＜Ｈ≦３０μｍ及び−３０μｍ≦Ｈ＜０の範囲から選ばれることが好ましい。また、基板１１の反り量Ｈが、−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲から選ばれることが好ましい。
本実施の形態では、特に、基板１１の直径Ｄが５０ｍｍ〜５１ｍｍ（約２インチ）程度の場合、基板１１の反り量Ｈが、０＜Ｈ≦３０μｍ及び−３０μｍ≦Ｈ＜０の範囲から選ばれることが好ましい。また、基板１１の直径Ｄが１００ｍｍ〜１０２ｍｍ（約４インチ）程度の場合、基板１１の反り量Ｈが、−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲から選ばれることが好ましい。

ここで、基板の反りとは、基板を水平な基準面に置いた時の、基準面とウェーハ表面との距離の最大値と最小値の差と定義される。本願においては、基板１１の反り量Ｈの測定は、ＮＩＤＥＫ社製のレーザ光斜入射干渉計（フラットネステスターＦＴ−１７）によりＳＯＲＩ値を測定することで行った。そして、反りの方向が凸形状の場合にはプラス値、凹形状の場合はマイナス値とした。

次に、本実施の形態では、化合物半導体層２０を成膜する際に使用する基板１１の直径Ｄ及び厚さｄが、下記式（１）の関係を満たしている。
０．７×１０^２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０^２ （１）
本実施の形態において、化合物半導体層２０を構成する材料と異なる材料の基板１１上に化合物半導体層２０を成膜する際に、直径Ｄと厚さｄとの関係が上記式（１）を満たすような基板１１を選択することにより、製造工程における複数の処理の影響を受けることなく、発光波長の波長分布σが小さい化合物半導体ウェーハを製造することができる。ここで、化合物半導体ウェーハとは、基板１１上に、化合物半導体層２０を成膜したものである。
ここで、化合物半導体層２０を成膜する際に使用する基板１１の直径Ｄと基板１１の厚さｄとの比（Ｄ／ｄ）が、過度に小さいと、発光波長の波長分布σは変動が小さく安定するものの、基板１１そのものの原材料使用量が増加するため基板１１のコストアップ要因となる。さらに、後述する基板１１の研削処理によって研削する量が増加するため、スループットが悪くなる傾向がある。
また、（Ｄ／ｄ）が、過度に大きいと、化合物半導体ウェーハの反り量が大きくなるため、発光波長の波長分布σが大きくなり、半導体発光素子１の歩留まりが低下する傾向がある。さらに、基板１１の厚さｄのバラツキが厚さ公差内であっても発光波長の波長分布σが変動し、安定した化合物半導体ウェーハの製造が困難となる。また、化合物半導体ウェーハの反り量が大きくなると、半導体発光素子１を製造する過程において、フォトレジストの露光不良、ロボット搬送ミス、プローブによる電気特性測定の不安定化、レーザ加工時のフォーカシング不安定化等の収率低下の要因となる。この場合、基板１１の厚さ公差を狭く管理する方法もあるが、基板１１の製造が非常に難しくなり、コストアップの要因となる。

本実施の形態では、前述した基板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る際、中間層１２は、スパッタ法を用いて、プラズマで活性化して反応した原料を基板１１上に成膜することが好ましい（中間層形成工程）。ここで、Ｖ族元素を窒素とし、中間層１２を成膜する際のガス中における窒素のガス分率を５０％〜９９％以下の範囲とするとともに、中間層１２を単結晶組織として形成する。これにより、短時間で良好な結晶性を有する中間層１２を、特定の異方性を持つ配向膜として基板１１上に成膜することができる。その結果、中間層１２上に、結晶性の良好なＩＩＩ族窒化物半導体を効率良く成長させることが可能となる。

本実施の形態では、中間層１２をスパッタ法によって形成した後、その上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、下地層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を順次成膜することが好ましい。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）又は窒素（Ｎ_２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又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）又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）又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（ＮＨ_３）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）等が用いられる。
ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）又はジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ_４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ_３）_４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。

尚、窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ以外にも、他のＩＩＩ族元素が含有された構成とすることができ、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。

尚、化合物半導体層２０の内、下地層１３をＭＯＣＶＤ法によって形成した後、ｎ型コンタクト層１４ａ及びｎ型クラッド層１４ｂの各層をスパッタ法で形成し、その上の発光層１５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してもよい。

前述した直径Ｄ及び厚さｄを有する基板１１上に中間層１２、下地層１３及び化合物半導体層２０を成膜した後、化合物半導体層２０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。さらに、ｎ型半導体層１４のｎ型コンタクト層１４ａに形成された露出領域１４ｄに負極１９が設けられたウェーハが形成される。
その後、基板１１の被研削面を、所定の厚さになるまで研削及び研磨する。本実施の形態では、約２０分間程度の研削工程により、ウェーハの基板１１が研削され、基板１１の厚さは、例えば、約９００μｍから約１２０μｍ迄減少する。さらに、本実施の形態では、研削工程に続き、約１５分間の研磨工程により、基板１１の厚さは、約１２０μｍから約８０μｍ迄に研磨される。
次いで、基板１１の厚さが調整されたウェーハは、例えば、３５０μｍ角の正方形に切断することにより、基板１１上に中間層１２、下地層１３及び化合物半導体層２０が成膜された半導体発光素子１が形成される。

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例において使用したサファイア基板の反り量Ｈと化合物半導体ウェーハから得られた発光波長の分布（波長分布σ）の評価方法は以下の通りである。

（１）サファイア基板の反り量Ｈ
サファイア基板の反り量Ｈは、レーザ光斜入射干渉計（株式会社ニデック社製：フラットネステスターＦＴ−１７）により測定したＳＯＲＩ値により評価した。ＳＯＲＩ値は、サファイア基板をフラットネステスターのバウチャックに吸着し、垂直より手前方向に８度傾斜した状態で測定した。測定はサファイア基板の外周１ｍｍを除いた（インサイド値１ｍｍ）範囲とした。

（２）化合物半導体ウェーハから得られた発光波長の分布（波長分布σ）
発光波長の波長分布σの測定は、本発明において限定されないが、好ましくはＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）を用いて測定することができる。

（実施例１〜９及び比較例）
表１に示す直径Ｄと厚さｄとを有するサファイア製の基板１１を使用し、図１に示すように、この基板１１上に、スパッタ法によりＡｌＮからなる中間層１２を０．０５μｍ成膜し、その上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層１３及び厚さ２μｍのＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４ａを成膜したウェーハを作成した。さらに、その上に、ＭＯＣＶＤによって厚さ２５０ｎｍのＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｎ型クラッド層１４ｂを形成した後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮからなる障壁層１５ａおよび厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる井戸層１５ｂを５回積層し、最後に障壁層１５ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５を形成した。
さらに、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層１６ａ、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６ｂを順に形成した。
尚、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
その後、前述のＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）により波長分布σを測定し、表１に記載の結果を得た。
次に、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６ｂ上に、厚さ２５０ｎｍのＩＺＯからなる透光性正極１７を形成した後、ＳｉＯ_２からなる保護膜を形成する等、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で発光素子用のチップを製造した。

表１に示す結果から、直径Ｄと厚さｄとが、前述した式（１）の関係を満たし、反り量Ｈが±３０μｍの範囲である基板１１を使用し、且つ基板１１上に合計の厚さが８μｍ以上（１０μｍ）の化合物半導体層２０を成膜して調製した化合物半導体ウェーハ（実施例１〜９）は、発光波長の波長分布σが５ｎｍ以下の良好な数値を示すことが分かる。
この場合、例えば、基板直径Ｄが１００ｍｍの基板１１の反り形状が凸形状の場合（実施例６，７）よりも凹形状の場合（実施例４，５）の方が、発光波長の波長分布σがより良好となる傾向がある。
また、Ｄ／ｄの値が小さい方が発光波長の波長分布σがより良好となる傾向がある。特に同一直径で比較した場合は顕著である（実施例１と２との比較、実施例３と４との比較、実施例８と９との比較）。
比較例として、反り量Ｈが±３０μｍの範囲であっても、前述した式（１）の関係を満たさない場合は波長分布は測定できないほど大きく乱れた。

本実施の形態において製造される半導体発光素子の一例を説明する図である。

１…半導体発光素子、１１…基板、１２…中間層、１３…下地層、１４…ｎ型半導体層、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層、１７…透光性正極、１８…正極ボンディングパッド、１９…負極、２０…化合物半導体層（ＩＩＩ族化合物半導体層）

Claims (2)

1. サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を成膜し発光波長の波長分布σが５ｎｍ以下の化合物半導体ウェーハの製造方法であって、
   反り量Ｈが−１０μｍ＜Ｈ＜０の範囲であり、直径Ｄが５０ｍｍ〜１５５ｍｍの範囲であり、厚さｄが０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であるサファイア基板上に、合計の厚さが８μｍ以上１５μｍ以下のＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を成膜する半導体層成膜工程を有し、
   前記サファイア基板の前記直径Ｄと前記厚さｄとが、下記式（１）の関係を満たす
   ことを特徴とする化合物半導体ウェーハの製造方法。
   ０．７×１０^２≦（Ｄ／ｄ）≦１．５×１０^２ （１）
2. 前記サファイア基板と前記ＩＩＩ族窒化物化合物半導体層との間に、スパッタ法により中間層を成膜する中間層形成工程を有することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体ウェーハの製造方法。

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