專利名稱：：Ⅲ族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法以及Ⅲ族氮化物化合物半導體發(fā)光元件和燈的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及適合用于發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、電子器件等的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法以及III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件和燈。本申請基于在2006年9月26日在日本申請的專利申請2006-260878和在2007年7月30日在日本申請的專利申請2007-197473號要求優(yōu)先權，在此援引其內(nèi)容。
背景技術：
：范圍的能量直接遷移型的帶隙，發(fā)光效率優(yōu)異，因此作為LED和LD等發(fā)光元件使用。另外，即使是用于電子器件的場合，III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件與以往的使用m-v族(第三主族~笫五主族)化合物半導體的情況相比，也能得到具有優(yōu)異特性的電子器件。以往，作為m-v族化合物半導體的單晶晶片，一般是采用在不同的材料的單晶晶片上生長結晶(晶體；crystal)而得到的方法。在這樣的異種基板(襯底)與在其上面外延生長的III族氮化物半導體結晶之間存在較大的晶格失配(LatticeMismatch)。例如，使氮化鎵(GaN)在藍寶石(入1203)基板上生長的場合，在兩者之間存在16%的晶格失配，使氮化鎵在SiC基板上生長的場合，在兩者之間存在6%的晶格失配。一般地，存在上述那樣大的晶格失配的場合，難以使結晶在基板上直接外延生長，并且，即使是生長的場合，也存在得不到結晶性良好的結晶的問題。因此，曾提出了采用金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)法使in族氮化物半導體結晶在藍寶石單晶基板或SiC單晶基板之上外延生長時，在基板上首先層疊由氮化鋁(A1N)或AlGaN形成的被稱作低溫緩沖層的層，再在該低溫緩沖層上在高溫下使III族氮化物半導體結晶外延生長的方法(例如專利文獻l、2)。然而，在專利文獻1和2所述的方法中，由于基本上M與在其上生長的m族氮化物半導體結晶之間晶格失配，因此成為在生長了的結晶的內(nèi)部內(nèi)包有向表面延伸的被稱為貫穿位錯的位錯的狀態(tài)。因此，結晶產(chǎn)生畸變，如果不使結構適當，就不能得到充分的發(fā)光強度，并且，存在生產(chǎn)率降低等的問題。另夕卜，也曾提出了采用MOCVD以外的方法成膜形成上述緩沖層的技術。例如，曾提出了釆用MOCVD使相同組成的結晶在通過高頻'減射而成膜的緩沖層上生長的方法(例如專利文獻3)。然而，專利文獻3所述的方法，存在不能在基板上層疊穩(wěn)定而良好的結晶的問題。因此，為了得到穩(wěn)定而良好的結晶，曾提出了使緩沖層生長后，在包含氨和氫的混合氣體中進行退火的方法(例如專利文獻4)、和在400。C以上的溫度下通過DC濺射成膜形成緩沖層的方法(例如專利文獻5)等。另外，在專利文獻4、5中記載了作為用于基板的材料，可舉出藍寶石、硅、碳化硅、氧化鋅、磷化鎵、砷化鎵、氧化鎂、氧化錳、III族氮化物系化合物半導體單晶等，其中，藍寶石的a面基板最合適。另一方面，在半導體層上形成電極時，有作為對半導體層的預處理使用Ar氣進行反濺射的方法(例如專利文獻6)。據(jù)說根據(jù)專利文獻6所述的方法，通過對III族氮化物化合物半導體層的表面實施反濺射，能夠改善7半導體層與電極之間的電接觸特性。然而，存在的問題是即使將專利文獻6所述的方法應用于基板的預處理，由于基板與半導體層之間晶格失配，也不能夠在基板上形成具有良好的結晶性的半導體層。專利文獻1:日本專利第3026087號公報專利文獻2:日本特開平4-297023號7>才艮專利文獻3:日本特公平5-86646號公凈艮專利文獻4:日本專利第3440873號公報專利文獻5:日本專利第3700492號公報專利文獻6:日本特開平8-264478號^^才艮
發(fā)明內(nèi)容如上所述，上述任一種方法都是在基板上原樣地層疊緩沖層后，使m族氮化物化合物半導體外延生長的方法，因此存在基板與III族氮化物半導體結晶之間晶格失配，不能夠得到穩(wěn)定而良好的結晶的問題。本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的是采用能夠以短時間形成均勻性好的結晶膜的方法在基板上形成緩沖層，并能夠使結晶性良好的m族氮化物半導體在該緩沖層上生長，提供生產(chǎn)率優(yōu)異，并具有優(yōu)異的發(fā)光特性的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法、以及m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件和燈。本發(fā)明者為了解決上述問題而潛心進行研究的結果發(fā)現(xiàn)在利用濺射法形成緩沖層之前，適當?shù)剡M行基板的預處理，使基板表面露出以使得在與m族氮化物化合物之間結晶的晶格結構匹配，由此可使m族氮化物半導體結晶作為穩(wěn)定的良好的結晶而得到，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明涉及以下方案。一種m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是在基板上至少層疊由m族氮化物化合物形成的中間層，并在該中間層上依次層疊具有基底層的n型半導體層、發(fā)光層和p型半導體層的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，具有對上述基板進行等離子處理的預處理工序；和繼該預處理工序之后的、采用濺射法在上述基板上形成上述中間層的濺射工序。根據(jù)[i~[9的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，上述預處理工序中的等離子處理是反賊射。9ii]根據(jù)[i]~[io]的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，上述預處理工序是利用釆用了高頻率的電源來產(chǎn)生等離子體，從而進行反濺射。根據(jù)[1~[12的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，以覆蓋上述基板表面的至少卯％的方式形成上述中間層。~20的任一項所述的111族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，采用反應性濺射法在上述中間層上形成上述基底層。~[22]的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，使上述基板的溫度為卯0。C以上而形成上述基底層。根據(jù)[24]~[29]的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述中間層的膜厚為10500mn的范圍。根據(jù)[24j~[29的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述中間層的膜厚為20100nm的范圍。根據(jù)[24~[31I的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述中間層包含含有Al的組成。根據(jù)[241~[33的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，上述基底層由GaN系化合物半導體形成。[23的任一項所述的制造方法得到的。如圖1所示，本實施方式的疊層半導體10，在基板11上介有如上所述的中間層12而層疊有包含由氮化物系化合物半導體形成的n型半導體層14、發(fā)光層15和p型半導體層16的發(fā)光半導體層。另外，n型半導體層14至少具有由III族氮化物化合物半導體形成的基底層14a,在中間層12上層疊有基底層14a。在由III族氮化物化合物半導體形成的基底層14a上，如上所述，可以形成為層疊有如圖1所示的疊層半導體10那樣的具有功能性的結晶疊層結構的構成。例如，在形成用于發(fā)光元件的半導體疊層結構的場合，可以層疊地形成摻雜有Si、Ge、Sn等的n型摻雜物的n型導電性層、摻雜有鎂等的p型摻雜物的p型導電性層等。另外，作為材料，發(fā)光層等可以使用InGaN，覆層等可以使用AlGaN。通過這樣地在基底層14a上進一步形成具有功能的III族氮化物化合物半導體結晶層，能夠制造用于制作發(fā)光二級管、激光二極管或電子器件等的具有半導體疊層結構的晶片。以下對疊層半導體10進行詳述。作為氮化物系化合物半導體，已知很多的由例如通式AlxGaYInzNj.aMA(0<X<1、0《Y《1、0<Z《1，且X+Y+Z-1。符號M表示與氮(N)不同的第V族元素，0《A〈1)表示的氮化鎵系化合物半導體，在本發(fā)明中也可以沒有任何限制地使用包括這些周知的氮化鎵系化合物半導體在內(nèi)的、由通式AlxGaYInzN1AMA(0《X<l、0<Y《1、0<Z<1，且X+Y+Z=1。符號M表示與氯(N)不同的第V族元素，0《A〈1)表示的氮化鎵系化合物半導體。氮化鎵系化合物半導體，除了Al、Ga和In以外，還可以含有其他的III族元素，也可根據(jù)需要含有Ge、Si、Mg、Ca、Zn、Be、P、As和B等元素。此外，不限定于有意地添加的元素，也有時含有依賴于成膜條件等而必然地含有的雜質、以及在原料、反應管材質中含有的微量雜質。這些氮化鎵系化合物半導體的生長方法沒有特別限定，可以使用MOCVD(金屬有機化學氣相淀積法)、HVPE(氫化物氣相生長法)、MBE(分子束外延法)等已知使氮化物半導體生長的所有的方法。作為優(yōu)選的生長方法。從膜厚控制性、大批量生產(chǎn)性的觀點考慮是MOCVD法。在MOCVD法中，作為載氣可使用氫(H2)或氮(N2),作為III族原料的Ga源可使用三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)，作為Al源可使用三曱基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)，作為In源可使用三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)，作為V族原料的N源可使用氨(NH3)、聯(lián)氨(N2H4)等。另外，作為摻雜物，在n型中作為Si原料可使用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，作為Ge原料可使用鍺氣(GeH4)、四甲基鍺((CH3)4Ge)、四乙基鍺(C2H5)4Ge)等的有機鍺化合物。在MBE法中，元素態(tài)的鍺也可作為摻雜源利用，在p型中作為Mg原料使用例如雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)或雙乙基環(huán)戊二烯基鎂(EtCp2Mg)。[n型半導體層n型半導體層14，通常層疊在上述中間層12上，由基底層14a、n型接觸層14b和n型覆層14c構成。再者，n型接觸層能夠兼作為基底層和/或n型覆層，但基底層也可以兼作為n型接觸層和/或n型覆層。[基底層基底層14a由III族氮化物化合物半導體形成，層疊地成膜于基板11上。作為基底層14a的材料，可以使用與成膜于基板11上的中間層12不同的材料，但優(yōu)選由AlxGa^N層(0《x《l，優(yōu)選為0<x<0.5，更優(yōu)選為(Kx<0.1)構成。作為用于基底層14a的材料，可以使用含有Ga的III族氮化物化合物，即GaN系化合物半導體，尤其是可以優(yōu)選使用AlGaN或GaN。另外，在作為由A1N形成的柱狀結晶的集合體而形成中間層12的場合，需要通過遷移使位錯環(huán)化以避免基底層14a原樣地繼承中間層12的結24晶性，作為這樣的材料可舉出上述含有Ga的GaN系化合物半導體，特別優(yōu)選AlGaN或GaN?；讓拥哪ず駜?yōu)選為O.lnm以上，更優(yōu)選為0.5nm以上，最優(yōu)選為lfim以上。在該膜厚以上時容易得到結晶性良好的AlxGaixN層。在基底層14a中，可以根據(jù)需要，在lxl0"lxl0力cm3的范圍內(nèi)摻雜n型雜質，但也可以不摻雜(<lxl017/cm3)，從維持良好的結晶性的觀點考慮優(yōu)選不摻雜。作為n型雜質沒有特別限定，例如，可舉出Si、Ge和Sn等，優(yōu)選舉出Si和Ge。在基板ll使用導電性基板的場合，對基底層14a進行摻雜，使電流在基底層14a的層結構中沿縱向流動，由此可以形成為在發(fā)光元件的芯片兩面設置電極的結構。另夕卜，在基板ll使用絕緣性基板的場合，采用在發(fā)光元件的芯片的相同面上形成有電極的芯片結構，因此在基板11上介有中間層12而層疊的基底層14a為未摻雜的結晶時結晶性變得良好。(基底層的成膜方法)以下對實施方式的基底層的成膜方法進行說明。在本實施方式中，可采用上述的方法在基板ll上形成中間層12后，形成由III族氮化物化合物半導體構成的基底層14a，但在形成該基底層14a之前，并不特別需要進行退火處理。然而，一般地在采用MOCVD、MBE、VPE等的氣相化學成膜方法進行in族氮化物化合物半導體的成膜的場合，經(jīng)由不伴有成膜的升溫過程和溫度的穩(wěn)定化過程而處理，但由于在這些過程中，使V族的原料氣體在室內(nèi)流通的情況較多，因此作為結果有時產(chǎn)生退火效果。另外，作為此時流通的載氣，可以沒有任何限制地使用一般的載氣，也可以使用在MOCVD等的氣相化學成膜方法中廣泛使用的氫、氮。然而，在使用氫作為載氣的場合，在比較活潑的氫中的升溫，有可能化學性地損壞結晶性和結晶表面的平坦性，因此優(yōu)選縮短處理時間。作為層疊基底層14a的方法沒有特別限定，如上述的各方法那樣，只要是能夠使位錯的環(huán)化產(chǎn)生的結晶生長方法就可以沒有任何限制地使用。尤其是MOCVD法、MBE法、VPE法，能夠產(chǎn)生如上所述的遷移，因此能夠形成結晶性良好的膜，因而優(yōu)選。其中，MOCVD法能夠得到結晶性最好的膜，從該點來看可更優(yōu)選地使用。另外，也可以釆用濺射法形成由in族氮化物化合物半導體構成的基底層14a。在采用賊射法的場合，與MOCVD法、MBE法等相比，能夠使裝置成為簡單的構成。采用濺射法形成基底層14a時，優(yōu)選為采用使V族原料在反應器內(nèi)流通的反應性濺射法進行成膜的方法。如上所述，一般地，在濺射法中，靶材料的純度越高，成膜后的薄膜的結晶性等的膜質越良好。在采用濺射法形成基底層14a的場合，作為成為原料的靶材料使用m族氮化物化合物半導體，利用Ar氣體等的惰性氣體的等離子體進行濺射也是可以的，但在反應性濺射法中，用于靶材料的III族金屬單質及其混合物，與III族氮化物化合物半導體相比，能夠高純度化。因此，采用反應性濺射法時，能夠使成膜的基底層14a的結晶性進一步提高。形成基底層14a時的基板11的溫度，即，基底層14a的生長溫度優(yōu)選為80(TC以上，更優(yōu)選是卯0。C以上的溫度，最優(yōu)選為IOO(TC以上的溫度。這是因為通過提高形成基底層14a時的基板11的溫度，容易產(chǎn)生原子的遷移，容易進行位錯的環(huán)化。另外，形成基底層14a時的基板11的溫度，需要是比晶體分解的溫度低的溫度，因此優(yōu)選為不到1200°C。如果形成基底層14a時的基板11的溫度在上述溫度范圍內(nèi)，就可得到結晶性良好的基底層14a。另夕卜，MOCVD生長爐內(nèi)的壓力優(yōu)選調節(jié)到15~40kPa。[n型接觸層作為n型接觸層14b，與基底層14a同樣地優(yōu)選由AlxGai—xN層(0《x26《1，優(yōu)選為(Xx《0,5，進一步優(yōu)選為(Kx《0.1)構成。另夕卜，優(yōu)選摻雜有n型雜質，當以lxl017~lxl019/cm3、優(yōu)選以lx1018~lxl019/cm3的濃度含有n型雜質時，可維持與負極的良好的歐姆接觸、抑制龜裂發(fā)生、維持良好的結晶性，從這些方面來看是優(yōu)選的。作為n型雜質沒有特別限定，例如可舉出Si、Ge和Sn等，優(yōu)選是Si和Ge。生長溫度與基底層相同。構成基底層14a和n型接觸層14b的氮化鎵系化合物半導體優(yōu)選是同一組成，將它們的合計的膜厚設定為l~20nm，優(yōu)選設定為215nm,進一步優(yōu)選設定為3~12nm的范圍。當膜厚為該范圍時，可良好地維持半導體的結晶性。優(yōu)選在n型接觸層14b與后述的發(fā)光層15之間設置n型覆層14c。通過設置n型覆層14c，能夠彌補n型接觸層14b的最表面產(chǎn)生的平坦性的惡化。n型覆層14c可由AlGaN、GaN、GalnN等形成。另夕卜，也可以成為這些結構的異質結或多次層疊的超晶格結構。在為GalnN的場合，不用說，優(yōu)選比發(fā)光層15的GalnN的帶隙大。[n型覆層n型覆層14c的膜厚沒有特別限定，優(yōu)選是5~500nm的范圍，更優(yōu)選是5100nm的范圍。另外，n型覆層14c的n型摻雜物濃度優(yōu)選為lxl017~lxlO"/cii^的范圍，更優(yōu)選是"1018~"1019/113的范圍。當摻雜物濃度為該范圍時，可維持良好的結晶性和降低發(fā)光元件的工作電壓，從該方面來看是優(yōu)選的。<卩型半導體層>p型半導體層16通常由p型覆層16a和p型接觸層16b構成。然而，p型接觸層也可以兼做p型覆層。[p型覆層作為p型覆層16a，只要是比發(fā)光層15的帶隙能量大的組成，并能夠將載流子封入發(fā)光層15中的p型覆層，就沒有特別限定，可優(yōu)選舉出AldGa^N(0<d<0.4，優(yōu)選0.1<d<0.3)層。當p型覆層16a由這樣的AlGaN形成時，從載流子封入發(fā)光層15中方面來看是優(yōu)選的。p型覆層16a的膜厚沒有特別限定，優(yōu)選是l400nm，更優(yōu)選是5~lOOnm。p型覆層16a的p型摻雜物濃度優(yōu)選為lxl018~lxl021/cm3,更優(yōu)選是lx1019~lxl02Q/cm3。當p型摻雜物濃度為上述范圍時，不使結晶性降低而可得到良好的p型結晶。[p型接觸層作為p型接觸層16b，是至少包含AleGa^N(0《e<0.5，優(yōu)選為(Ke《0.2，更優(yōu)選為0<e<0.1)的氮化鎵系化合物半導體層。當Al組分為上述范圍時，可維持良好的結晶性和與p歐姆電極(參照后述的透光性電極17)良好地歐姆接觸，從該方面考慮是優(yōu)選的。另外，以lxlO"lxlO"/cn^范圍的濃度含有p型摻雜物時，可維持良好的歐姆接觸、防止龜裂、維持良好的結晶性，從這些方面考慮是優(yōu)選的，更優(yōu)選是5乂1019~5><102()/113的范圍。作為p型雜質沒有特別限定，例如優(yōu)選舉出Mg。p型接觸層16b的膜厚沒有特別限定，優(yōu)選為10500nm，更優(yōu)選為50~200nm。當膜厚為該范圍時，在發(fā)光輸出功率方面較理想。<發(fā)光層>發(fā)光層15是在層疊于n型半導體層14上的同時，在其上層疊有p型半導體層16的層，如圖1所示，由氮化鎵系化合物半導體形成的勢壘層15a和由含有銦的氮化鎵系化合物半導體形成的阱層15b交替地反復層疊，并且，按勢壘層15a配置于n型半導體層14側和p型半導體層16側的順序層疊而形成。另外，在圖l表示的例中，發(fā)光層15為下述構成6層的勢壘層15a和5層的阱層15b交替地反復層疊，且勢壘層15a配置成發(fā)光層15的最上層和最下層，在各勢壘層15a之間配置有阱層15b。作為勢壘層15a,例如，可優(yōu)選使用帶隙能量比由含有銦的氮化鎵系28化合物半導體形成的阱層15b大的AleGai_cN((Kc<0.3)等的氮化鎵系化合物半導體。另外，在阱層15b中，作為含有銦的氮化鎵系化合物半導體，可使用例如Ga"sIiisN(0<s<0.4)等的氮化鎵銦。[透光性正極透光性正^L17是在如上述那樣制造的疊層半導體10的p型半導體層16上形成的透光性的電極。作為透光性正極17的材質沒有特別限定，可以采用在該
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中熟知的慣用的方法設置ITO(In203-Sn02)、AZO(ZnO-Al203)、IZO(In203-ZnO)、GZO(ZnO-Ga203)等的材料。另外，關于其結構，也可沒有任何限制地使用包括以往公知的結構在內(nèi)的任何結構的透光性正極。透光性正極17，可以以將摻雜Mg的p型半導體層16上的大致整個面覆蓋的方式形成，也可以隔開間隙以格狀或樹形狀形成。形成透光性正極17后，有時實施以合金化、透明化為目的的熱退火，^f旦也可以不實施。[正極焊盤和負極正極焊盤18是形成于上述的透光性正極17上的電極。作為正極焊盤18的材料使用Au、Al、Ni和Cu等的各種結構已眾所周知，可以沒有任何限制地使用這些眾所周知的材料、結構的正極焊盤。正極焊盤18的厚度，優(yōu)選是100~1000nm的范圍內(nèi)。另外，在焊盤的特性上，厚度大時，接合性高，因此正極焊盤18的厚度更優(yōu)選為300nm以上。進而，從制造成本的觀點考慮，優(yōu)選為500nm以下。負極19，以與在基板11上依次層疊有n型半導體層14、發(fā)光層15和p型半導體層16的半導體層中的、n型半導體層14的ii型接觸層14b接觸的方式形成。為此，在形成負極焊盤17時，除去發(fā)光層15、p型半導體層16和n型半導體層14的一部分而形成n型接觸層14b的露出區(qū)域14d，在該區(qū)域上形成負極19。作為負極19的材料，各種組成和結構的負極已眾所周知，可以沒有任何限制地使用這些眾所周知的負極，可以釆用在該
技術領域：
中熟知的慣用的方法進行設置。如以上說明，根據(jù)本實施方式的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，通過為具有對Mll進行等離子處理的預處理工序，并具有繼該預處理工序之后的、采用濺射法在基板11上形成中間層12的賊射工序的構成，可在基板11表面形成具有均勻性高的結晶結構的中間層12,在基板ll與由in族氮化物半導體形成的半導體層之間不會產(chǎn)生晶格失配。因此，能夠使結晶性良好的m族氮化物半導體在基板ii上高效率地生長，能夠得到生產(chǎn)率優(yōu)異、并具有優(yōu)異的發(fā)光特性的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件i。如上所述，作為通過對基板ii實施反'減射而可獲得上述效果的機理，可舉出附著于基板ll表面的污垢等暴露在等離子氣體中，通過化學反應而被除去，由此基板ii的表面露出使得其與m族氮化物化合物之間結晶的晶格結構匹配。根據(jù)本實施方式的制造方法，通過上述的作用，與例如使用Ar氣通過物理性沖擊而除去基板上的污垢的被稱為轟擊的方法等不同，不會對基板造成損傷，可使基板為良好的表面狀態(tài)而實施預處理。再者，本實施方式中說明的基板和中間層以及基底層的構成，并不限于m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，例如使用晶格常數(shù)相近的材料進行成膜等時，在高溫下原料氣體與基板有可能發(fā)生反應的場合，可以沒有任何限制地應用。燈可通過將如以上說明的本發(fā)明涉及的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件和熒光體組合，釆用本領域技術人員周知的手段構成燈。以往就已知通過發(fā)光元件與熒光體組合來改變發(fā)光色的技術，可以沒有任何限制地采用這樣的技術。例如，通過適當選定熒光體，能夠得到相比于發(fā)光元件波長較長的發(fā)光，另外，通過使發(fā)光元件本身的發(fā)光波長和由熒光體轉換的波長混合，可以制成呈白色發(fā)光的燈。另外，作為燈，可以用于一般用途的炮彈型、便攜式的背光源用途的側面發(fā)光(sideview)型、顯示器中使用的正面發(fā)光(topview)型等的任何的用途。例如，如圖4所示的例子那樣，將同一面電極型的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件1組裝成炮彈型的場合，將發(fā)光元件1與2個框架中的一個(圖4中框架21)粘接，另外，采用金屬線24將發(fā)光元件1的負極(參照圖3中表示的符號19)與框架22接合，采用金屬線23將發(fā)光元件1的正極焊盤(參照圖3中表示的符號18)與框架21接合。并且，通過由透明的樹脂形成的塑模25將發(fā)光元件1的周邊模塑，能夠制成如圖4表示的炮彈型的燈2。另外，本發(fā)明涉及的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，除了上述的發(fā)光元件以外，還可以用于激光元件、受光元件等的光電轉換元件、或HBT、HEMT等的電子器件等。實施例以下通過實施例更詳細地說明本發(fā)明的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法以及III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，但本發(fā)明并不只限于這些實施例。實施例1在本例中，在由藍寶石制成的差4111的c面上，采用RF濺射法形成由AIN構成的柱狀結晶的集合體作為中間層12,在該中間層12上，采用MOCVD法，形成由非摻雜的GaN系半導體構成的層作為基底層14a,得到實施例1的樣品。首先，將只將一面進行鏡面研磨至能夠用于外延生長的程度的由藍寶石制成的基板ll，不特別地進行濕式等的預處理而導入到濺射機中。在此，作為濺射裝置，使用具有高頻式的電源、并且具有能夠使磁鐵的位置在靶內(nèi)移動的機構的裝置。然后，在濺射裝置內(nèi)將基板加熱到750°C，以30sccm的流量只導入氮氣后，將室內(nèi)的壓力保持在0.08Pa，對基一反ll側施加50W的高頻偏壓，使基板11暴露在氮等離子體中(反濺射)。此時的基板11的溫度為500°C，處理時間為200秒。接著，將基板ll的溫度保持在500°C，向濺射裝置內(nèi)導入氬氣和氮氣。然后，對金屬AI靶側施加2000W的高頻偏壓，將爐內(nèi)的壓力保持在0.5Pa，在使Ar氣以15sccm流通、氮氣以5sccm流通的條件下(在氣體總體中的氮的比例為75%)，在由藍寶石制成的基板ll上形成由A1N構成的柱狀結晶的中間層12。此時的生長速度為0.12nm/秒。再者，耙內(nèi)的磁鐵，在基板11的反'減射時和成膜時的任何時候都搖動。然后，按照預先測定的成膜速度，進行規(guī)定時間的處理，形成50nm的A1N膜(中間層12)后，停止等離子體工作，使基板ll的溫度降低。接著，從'減射裝置中取出形成有中間層12的基板ll,導入到MOCVD爐中。然后，采用MOCVD法按以下的步驟制作成膜有GaN層(III族氮化物半導體)的試樣。首先，將基板ll導入到反應爐中，在經(jīng)氮氣置換過的球形箱中，基板ll載置于加熱用的碳制的載臺(suscepter)上。然后，使氮氣在爐內(nèi)流通后，利用加熱器使基板11的溫度升溫到H50。C。確認基板11在115(TC的溫度穩(wěn)定后，打開氨配管的閥，開始向爐內(nèi)流通氨。接著，向爐內(nèi)供給含有TMGa蒸氣的氫，在成膜于基板11上的中間層12上，進行使構成基底層14a的GaN系半導體附著的處理。氨的量進行調節(jié)使得V/III比為6000。進行大約1小時的上述GaN系半導體的生長之后，切換TMGa的配管的閥，停止原料向反應爐內(nèi)的供給，使生長停止。然后，使GaN系半導體的生長結束后，停止對加熱器的通電，將基板ll的溫度降溫到室溫。通過以上的工序，制作了在由藍寶石制成的M11上形成由A1N構成的柱狀結晶的中間層12，在該中間層12上形成非摻雜的、2jim膜厚的由GaN系半導體形成的基底層14a的實施例1的試樣。取出的基板呈無色透明的鏡面狀。然后，使用四結晶x射線測定裝置(^于i;亍^力少公司制，型號X'part)測定由上述方法得到的非摻雜的GaN層的X射線搖擺曲線(XRC)。該測定使用Cup射線的X射線發(fā)生源作為光源，在作為對稱面的(0002)面和作為非對稱面的(10-10)面上進行。一般地，在III族氮化物化合物半導體的場合，(0002)面的XRC譜線半值寬度成為結晶的平坦性(馬賽克性；mosaicity)的指標，(10-10)面的XRC譜線半值寬度成為位錯密度(螺旋形；twist)的指標。該測定的結果，采用本發(fā)明的制造方法得到的非摻雜的GaN層，在(0002)面的測定中顯示出半值寬度為100秒，在(10-10)面的測定中顯示出半值寬度為320秒。另外，使中間層12、基底層14a的成膜條件與上述同樣，使中間層12的成膜條件之中的、預處理工序中的基板溫度和處理時間變化的場合的GaN結晶的X射線半值寬度的數(shù)據(jù)示于圖5和圖6。實施例2在本例中，通過在在與實施例1同樣的條件下成膜的6jim的非摻雜的GaN結晶(基底層14a)上，形成以Ge為摻雜物的n型接觸層14b,進而層疊各半導體層，最終制作了如圖i所示的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件用的具有外延層結構的外延晶片(疊層半導體IO)。該外延晶片具有下述結構在具有c面的由藍寶石制成的基板11上，采用與實施例1相同的生長方法形成具有柱狀結晶結構的由A1N形成的中間層12后，從基板11側起順序地層疊有6nm的由非摻雜的GaN形成的基底層14a、具有l(wèi)xlO"cmJ的電子濃度的2nm的由摻雜Ge的GaN形成的n型接觸層14b、具有l(wèi)xl0"cm-3的電子濃度的20nm的由In^Ga^N型覆層(n型覆層14c)、發(fā)光層(多量子阱結構)15、p型半導體層16，所述發(fā)光層15為始于GaN勢壘層終于GaN勢壘層的疊層結構，是層厚為16nm的由GaN形成的6層的勢壘層15a和層厚為3nm的由非摻雜的In0.2Ga。.8N形成的5層的阱層15b交替地層疊而成的，所述p型半導體層16具有5nm的由摻雜有Mg的AlcuGac^N形成的p型覆層16a和膜厚200nm的由摻雜Mg的Alo.o2Gao.98N形成的p型接觸層16b。在具有上述的半導體發(fā)光元件結構的外延層的晶片的制造中，直到在由藍寶石制成的基板11上形成具有柱狀結晶結構的由A1N形成的中間層12的工序，采用與實施例l相同的步驟。其后的半導體疊層結構的層疊也使用相同的MOCVD裝置，與基底層14a的成膜同樣地進行。通過以上的步驟，制作了半導體發(fā)光元件用的具有外延層結構的外延晶片。在此，由摻雜Mg的Al(M)2Gao.98N形成的p型接觸層16b,即使不進行用于將p型載流子活化的退火處理，也顯示p型特性。接著，使用如上所述的在由藍寶石制成的基板11上層疊有外延層結構的外延晶片(參照圖1的疊層半導體IO),制作出作為半導體發(fā)光元件的一種的發(fā)光二極管(參照圖2和圖3的發(fā)光元件1)。首先，對于制作的晶片，采用公知的光刻法在由摻雜Mg的AlowGao.98N形成的p型接觸層16b的表面上，形成由ITO構成的透光性正極17和在該透光性正極上形成具有從表面?zhèn)绕痦樞虻貙盈B了鈦、鋁、金的結構的正極焊盤18。另外，對晶片的一部分實施干蝕刻，使n型接觸層14b上的露出區(qū)域14d露出。在該部分上制作了包括Ni、Al、Ti、Au這4層的負極19。通過這些工序，在晶片上制作了具有如圖2和圖3所示的形狀的各電極。將如上述那樣在p型半導體層和n型半導體層兩者上形成有電極的晶片，對基板11的背面?zhèn)冗M行磨削和研磨形成為鏡狀面，切斷成350nm見方的正方形的芯片，使各電極朝上地載置在引線框上，用金線與引線框相34連，制成為半導體發(fā)光元件。在該半導體發(fā)光元件(發(fā)光二極管)的正極焊盤18和負極19的電極間流通正向電流，結果在電流20mA下的正向電壓為3.0V。另外，通過p側的透光性正極17觀察發(fā)光狀態(tài)，結果發(fā)光波光長為470nm，發(fā)光輸出功率顯示出15mW。關于由制作的晶片的大致整個面制作的發(fā)光二極管，可以沒有偏差地得到這樣的發(fā)光二極管的發(fā)光特性。預處理工序中的反濺射條件和X射線半值寬度以及發(fā)光輸出功率的測定結果示于下述表l。比較例1在本例中，在由藍寶石制成的基板的c面上，不進行反濺射的預處理工序而在14l上形成由A1N構成的中間層，在該中間層上釆用MOCVD法形成由GaN構成的基底層14a,除此之外，與實施例2同樣地制作出半導體發(fā)光元件。比較例1的半導體發(fā)光元件，在電流20mA下的正向電壓為3.0V，發(fā)光波長為470nm，但發(fā)光輸出功率為10mW，與實施例2的半導體發(fā)光元件相比，發(fā)光輸出功率較差。另夕卜，測定采用比較例1的方法生長的由GaN構成的基底層14a的X射線搖擺曲線(XRC)，結果在(0002)面的測定中，顯示出半值寬度為300秒，在(10-10)面的測定中顯示出半值寬度為500秒，表明結晶性差。實施例3~7和比較例2~3在實施例3~7和比較例2~3中，預處理工序中的反濺射為下述表1中所示的條件，除此以外，與實施例2同樣地制作出半導體發(fā)光元件。定結果示于下述表l。實施例8在本例中，在由Si(lll)制成的基板上形成中間層之前，作為預處理工序，利用Ar等離子體對基板實施反濺射，作為中間層，使用旋轉陰極35式的RF濺射裝置形成由AIGaN構成的單晶層。在此，'減射時的基板溫度為500。C。然后，在上述中間層上，作為基底層，釆用MOCVD法形成由摻雜有Si的AlGaN構成的層，再在該基底層上形成與實施例2同樣的發(fā)光元件半導體疊層結構的膜。此時，中間層的A1組分為70%,基底層的AI組分為15%。然后，采用MOCVD法進行半導體發(fā)光元件疊層結構的生長后，從反應裝置中取出晶片，結果晶片的表面為鏡面。將這樣地制作的晶片與實施例2同樣地作為發(fā)光二極管芯片。在本例中，將各電極設置在半導體側和基板側的上下。然后，在各電極間流通正向電流，結果在電流20mA下的正向電壓為2.9V。另外，通過p側的透光性正極觀察發(fā)光狀態(tài)，結果發(fā)光波長為460nm。發(fā)光輸出功率顯示出10mW。關于由制作的晶片的大致整個面制作的發(fā)光二極管，可沒有偏差地得到這樣的發(fā)光二極管的特性。預處理工序中的反濺射條件和測定結果示于下述表1。實施例9在本例中，在由ZnO(0001)制成的基板上形成中間層之前，作為預處理工序，利用02氣的等離子體實施反濺射，采用DC濺射裝置形成柱狀結晶的由A1N形成的中間層。在此，濺射時的基板溫度為750°C。然后，采用MOCVD法在上述中間層上形成由摻雜有Ge的AlGaN構成的基底層，再在該基底層上形成與實施例2同樣的發(fā)光元件半導體疊層結構的膜。此時的基底層的A1組分為10%。另外，在本例中，試制發(fā)光波長為525nm附近的綠色LED，增大了發(fā)光層的In原料的流量。然后，采用MOCVD法進行半導體發(fā)光元件疊層結構的生長后，從反應裝置中取出晶片，結果晶片的表面為鏡面。將這樣制作的晶片與實施例2同樣地作為發(fā)光二極管芯片。在本例中，將各電極設置在半導體側和基板側的上下。然后，在各電極間流通正向電流，結果在電流20mA下的正向電壓為3.3V。另外，通過p側的透光性正極觀察發(fā)光狀態(tài)，結果發(fā)光波長為525nm,呈現(xiàn)綠色發(fā)光。另外，發(fā)光輸出功率顯示出10mW。關于由制作的晶片的大致整個面制作的發(fā)光二極管，可沒有偏差地得到這樣的發(fā)光二極管的特性。實施例2~9和比較例1~3中的預處理工序的反濺射條件和X射線半值寬度以及發(fā)光輸出功率的測定結果示于下述表1。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>如上述各結果所示，本發(fā)明的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件(實施例1~9)的樣品，由非摻雜的GaN形成的基底層14a的X射線搖擺曲線(XRC)的半值寬度為50~200秒的范圍，相比于基底層的X射線搖擺曲線(XRC)的半值寬度為300-1000秒的范圍的比較例1~3的發(fā)光元件，由III族氮化物化合物形成的半導體層的結晶性格外地提高到迄今所沒有的程度。另外可知，實施例2~7的發(fā)光元件，發(fā)光輸出功率為13~15mW的范圍，而比較例1~3的發(fā)光元件的發(fā)光輸出功率為3~10mW，相比于比較例1~3，大幅度地提高。由此明確知道，本發(fā)明的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，生產(chǎn)率優(yōu)異，并具有優(yōu)異的發(fā)光特性。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明可適用于發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、電子器件等中所使用的ni族氮化物化合物半導體元件的制造方法、III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件和燈。本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的"以上，，和"以下"均包括本數(shù)。權利要求1、一種III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是在基板上至少層疊由III族氮化物化合物形成的中間層，并在該中間層上依次層疊具有基底層的n型半導體層、發(fā)光層和p型半導體層的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，具有對所述基板進行等離子處理的預處理工序；和繼該預處理工序之后的、采用濺射法在所述基板上形成所述中間層的濺射工序。2、根據(jù)權利要求1所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是使含有氮的氣體在室內(nèi)流通而進行的。3、根據(jù)權利要求2所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序中，在所述室內(nèi)流通的所述含有氮的氣體的分壓為lxl()-210Pa的范圍。4、根據(jù)權利要求1~3的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是使所述室內(nèi)的壓力為0.1~5Pa的范圍而進4亍的。5、根據(jù)權利要求1~4的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是4吏處理時間為30秒~3600秒的范圍而進4亍的。6、根據(jù)權利要求5所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是使處理時間為60秒~600秒的范圍而進行的。7、根據(jù)權利要求1~6的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是使所述基板的溫度為25°C100(TC的范圍而進行的。8、根據(jù)權利要求7所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是使所述^的溫度為300800。C的范圍而進行的。9、根據(jù)權利要求i~8的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在同一室內(nèi)進行所述預處理工序和所述賊射工序。10、根據(jù)權利要求i~9的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序中的等離子處理是反濺射。11、根據(jù)權利要求io的所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序是利用釆用了高頻率的電源來產(chǎn)生等離子體，從而進行反濺射。12、根據(jù)權利要求ii所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述預處理工序包括利用采用了高頻率的電源來產(chǎn)生氮等離子體，從而進行反濺射。13、根據(jù)權利要求i~12的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，以覆蓋所述J41表面的至少90%的方式形成所述中間層。14、根據(jù)權利要求i~13的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述濺射工序使用含有v族元素的原料。15、根據(jù)權利要求i~14的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述濺射工序釆用使含有v族元素的原料在反應器內(nèi)流通的反應性濺射法來形成所述中間層。16、根據(jù)權利要求14或15所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述v族元素是氮。17、根據(jù)權利要求14或is所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，作為所述含有v族元素的原料使用氨。18、根據(jù)權利要求i~17的任一項所述的ni族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述濺射工序是采用RF濺射法形成所述中間層的。19、4艮據(jù)權利要求18所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述濺射工序是采用RF濺射法，一邊使陰極的磁鐵移動一邊形成所述中間層的。20、根據(jù)權利要求1~19的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述濺射工序是使所述基板的溫度為400~800。C的范圍而形成所述中間層的。21、根據(jù)權利要求1~20的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，采用MOCVD法在所述中間層上形成所述基底層。22、根據(jù)權利要求1~20的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，采用反應性濺射法在所述中間層上形成所述基底層。23、根據(jù)權利要求1~22的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，使所述基板的溫度為900。C以上而形成所述基底層。24、一種III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，是在基板上至少層疊有由III族氮化物化合物形成的中間層，并在該中間層上依次層疊有具有基底層的n型半導體層、發(fā)光層和p型半導體層的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述基板是通過等離子處理而預處理了的基板，所述中間層是采用濺射法成膜的中間層。25、根據(jù)權利要求24所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層作為單晶而形成。26、根據(jù)權利要求24所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層作為柱狀結晶而形成。27、根據(jù)權利要求26所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層是使所述柱狀結晶的各個晶粒的寬度的平均值為1~100nm的范圍而形成的。28、根據(jù)權利要求26所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層是使所述柱狀結晶的各個晶粒的寬度的平均值為1~70nm的范圍而形成的。29、根據(jù)權利要求24~28的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層是以覆蓋所述基板表面的至少90%的方式形成的。30、根據(jù)權利要求24~29的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層的膜厚為10~500nm的范圍。31、根據(jù)權利要求24~30的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層的膜厚為20~100nm的范圍。32、根據(jù)權利要求24~31的任一項所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述中間層包含含有Al的組成。33、根據(jù)權利要求32所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，上層中間層由A1N形成。34、根據(jù)權利要求24~33的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述基底層由GaN系化合物半導體形成。35、根據(jù)權利要求34所述的m族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其特征在于，所述基底層由AlGaN形成。36、一種III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件，其是采用權利要求1~23的任一項所述的制造方法得到的。37、一種燈，其使用了權利要求2436的任一項所述的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件。全文摘要本發(fā)明提供生產(chǎn)率優(yōu)異、并具有優(yōu)異的發(fā)光特性的III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法以及III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件和燈。該III族氮化物化合物半導體發(fā)光元件的制造方法，是在基板(11)上至少層疊由III族氮化物化合物形成的中間層(12)，并在該中間層(12)上依次層疊具有基底層(14a)的n型半導體層(14)、發(fā)光層(15)和p型半導體層(16)的方法，具有對基板(11)進行等離子處理的預處理工序、和繼該預處理工序之后的、采用濺射法在基板(11)上形成中間層(12)的濺射工序。文檔編號H01L21/205GK101517759SQ200780035629公開日2009年8月26日申請日期2007年9月26日優(yōu)先權日2006年9月26日發(fā)明者三木久幸,橫山泰典,酒井浩光申請人:昭和電工株式會社