JP2002261026A - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体製造装置及びｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚膜のIII−Ｖ族化合物半導体を結晶成長さ
せる場合に、反りやクラックが発生することを抑えるこ
とができる。 【解決手段】 所定の膜厚になるまで、III−Ｖ族化合
物半導体を種基板１０１の表面側に製造した後、種基板
１０１をその裏面側からエッチングガス供給管１６によ
ってエッチングガスを供給し、種基板１０１を除去した
後、Ｖ族原料供給管１４ＢからＶ族原料ガスを種基板１
０１を除去した面に供給するので、表面荒れに起因する
欠陥が抑えられ、また、荒れたＧａＮ面と結晶性の良い
ＧａＮ成長面との応力差から発生する歪みの影響が解消
され、反り、クラック等の欠陥が低減されたIII−Ｖ族
化合物半導体を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚膜のIII-Ｖ族化
合物半導体を成膜するためのIII-Ｖ族化合物半導体製造
装置及び厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】III-Ｖ族化合物半導体を有する発光素子
を製造する場合、III-Ｖ族化合物半導体を成長させるた
めの成長用基板としてサファイアを用いることが多い。

【０００３】しかし、III-Ｖ族化合物半導体とサファイ
アとの格子定数及び熱膨張係数が異なるために、サファ
イア基板上に成膜されたIII-Ｖ族化合物半導体層に、１
０⁹〜１０¹⁰ｃｍ^-3の濃度の貫通転位が生じる。このよ
うな貫通転位が増加すると、III-Ｖ族化合物半導体を有
する発光素子の発光層に、Ｉｎ組成の揺らぎやドーパン
トの活性層への拡散等の現象が発生し、発光素子の素子
特性、寿命、信頼性が低下する。

【０００４】貫通転位を増加させる格子定数及び熱膨張
係数の差異による影響を抑えるため、III-Ｖ族化合物半
導体の厚膜をサファイア基板上に成長させた後に、その
厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体上に発光素子層を成長させ
る試み、また、III-Ｖ族化合物半導体結晶を成長用基板
として用いるために、３００μｍ以上の厚さを有するII
I-Ｖ族化合物半導体の厚膜を作製する試みがなされてい
る。このような厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体を成膜する
場合、III-Ｖ族化合物半導体膜の成膜速度の向上を図る
ことが生産性を向上させる上で重要となる。

【０００５】厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体を成膜する場
合、成膜速度が大きく、結晶性が比較的良好な膜が得ら
れる成膜方法として、Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐ
ｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法（以下、ＨＶＰＥ法）と呼
ばれる成膜方法が知られている。

【０００６】このＨＶＰＥ法によって、窒化物系III-Ｖ
族化合物半導体であるＧａＮ膜を成膜する方法について
説明する。

【０００７】図２１は、III-Ｖ族化合物半導体を製造す
るＨＶＰＥ装置１Ａの断面図、図２２は、図２１のＡ−
Ａ’線に沿う断面図である。

【０００８】このＨＶＰＥ装置１Ａは、ＧａＮを結晶化
して基板上に成膜させるための反応場となる水平状態に
配置された円筒状の反応容器１１を有し、この反応容器
１１の内部には、反応容器１１の中心軸付近に水平状態
で配置されたIII族原料であるＧａ原料を供給する１本
のIII族原料供給管１３と、反応容器１１の中心軸と同
心の円周上に所定間隔を空けて水平状態で配置されたＶ
族原料であるＮ原料を供給する３本のＶ族原料供給管１
４Ａと、Ｖ族原料供給管１４Ａが配置された円周と同一
の円周上に水平状態で配置されたドーピング原料を供給
する１本のドーピング原料供給管１５とが設けられてい
る。

【０００９】このIII族原料供給管１３及びＶ族原料供
給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１５のそれぞれの
原料ガスの吹出し口となる各管の先端から所定距離離れ
た位置には、結晶成長用の基板１０１を固定するための
円板状のサセプタ１２が設けられている。サセプタ１２
は、カーボン（Ｃ）材によって円板状に形成され、その
表面側が基板１０１を保持するための保持面１２ａとな
っている。この保持面１２ａと反対側の面には、サセプ
タ１２を回転自在に支持するサセプタ装着台１９が設け
られている。

【００１０】このＨＶＰＥ装置１ＡによってＧａＮの結
晶を成長させるには、まず、反応容器１１の外側に設け
られる図示しない加熱ヒータによって、反応容器１１を
加熱することにより、サセプタ１２上に固定された基板
１０１の温度を約１０００℃に維持する。

【００１１】III族原料供給管１３から放出させるＧａ
の原料としては、ＧａＣｌが用いられる。III族原料供
給管１３には、所定の位置にＧａ金属を貯蔵するIII族
原料貯蔵部１８を有しており、ＧａＣｌガスは、約７７
０℃に加熱したIII族原料貯蔵部１８上にＨＣｌガスを
導入して、Ｇａ金属とＨＣｌが、下記の（１）式に示す
化学反応により反応することにより発生する。

【００１２】 Ga（液体）＋HCl（気体）→GaCl（気体）＋1/2H₂（気体） (1) 発生したＧａＣｌガスは、III族原料供給管１３の先端
部に設けられた石英製のＧａＣｌ吹出口１３ａから放出
される。

【００１３】このＧａＣｌガスの吹出しと同時に、Ｎ原
料ガスであるＮＨ₃ガスが、Ｖ族原料供給管１４Ａの先
端に形成した石英製のＶ族原料吹出口１４ａから放出さ
れる。両原料供給管１３及び１４Ａから放出されるＧａ
Ｃｌガス及びＮＨ₃ガスは、下記の（２）式で表される
化学反応により、ＧａＮの結晶を生成し、基板１０１の
表面上にＧａＮ膜が成膜される。

【００１４】 GaCl（気体）＋NH₃（気体）→GaN（固体）＋HCl（気体）＋H₂（気体） (2) 上記のＨＶＰＥ法によって、ＧａＮに代表される窒化物
系III−Ｖ族化合物半導体の厚膜を成長させる場合、特
に直径２インチ程度の大きい基板上にIII−Ｖ族化合物
半導体の厚膜を成膜させる場合には、種基板となるサフ
ァイア基板とＧａＮ膜との間に格子定数及び熱膨張係数
の違いが生じていると、成膜されるＧａＮ膜に反り及び
クラックが生じる。

【００１５】III-Ｖ族化合物半導体の一例であるウルツ
ァイト構造のＧａＮのａ軸方向の格子定数は３．１８９
Å、熱膨張係数は５．５９×１０^-6／Ｋ、ｃ軸方向の格
子定数は５．１８５Å、熱膨張係数は３．１７×１０^-6
／Ｋである。これに対して、サファイアのａ軸方向の格
子定数は４．７５８Å、熱膨張係数は７．５×１０^-6／
Ｋであり、ｃ軸方向の格子定数は１２．９９１Å、熱膨
張係数は８．５×１０ ^-6／Ｋであり、サファイア基板と
成膜されるＧａＮ膜との間には、格子定数及び熱膨張係
数に差異があるため、成膜されるＧａＮ膜には、反り及
びクラックが生じることになる。

【００１６】例えば、４５０μｍの厚さのサファイア基
板上にＧａＮ膜を８０μｍの厚さに成長させると、曲率
半径が約７５ｃｍである凸状の反りがＧａＮ膜に生じ
る。

【００１７】このような反りやクラックがＧａＮ膜に生
じると、ＧａＮ膜を成膜した後に、反りやクラックの入
ったＧａＮ膜から種基板であるサファイア基板を研磨に
より除去することは困難である。仮に研磨により種基板
であるサファイア基板を除去することができても、この
ＧａＮ膜を基板として発光素子構造を作製すると、Ｇａ
Ｎ膜の中心部と端部とにおいて、ｃ軸方向のずれやクラ
ックが生じているために、製造される発光素子に不良が
発生するおそれがあり、発光素子の作製の歩留まりが低
くなるおそれがある。

【００１８】特に、ＨＶＰＥ法や有機金属気相成長法
（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、ＭＯＣＶＤ
法）において、５０μｍ以上の膜厚の窒化物系III−Ｖ
族化合物半導体を異種の種基板上に成膜させる場合、窒
化物系III−Ｖ族化合物半導体基板上に反りやクラック
を発生させる熱膨張係数及び格子定数の違いによる影響
が強く現われる。

【００１９】この問題への対処法として、特開平９−２
０８３９６号公報の実施の形態において、種基板の裏面
をエッチングするＨＶＰＥ装置１Ｂが提案されている。
該ＨＶＰＥ装置１Ｂを図２３に示す。エッチングガス供
給管１６が反応容器１１入口まで配置され、反応容器１
１への入口部からエッチングガスが導入され、そのガス
で種基板１０１の裏面をエッチングする。このことによ
り、冷却時の熱膨張係数差から発生する熱応力を抑え
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該装置
１Ｂでは、種基板１０１をエッチングした後、III−Ｖ
族化合物半導体膜が表出されることになり、成長温度で
ある４００〜１０００℃付近においては、窒素ガスなど
のキャリアガスを流しても、種基板１０１が除去された
該III−Ｖ族化合物半導体表面から、ＧａＮが脱離、除
去され、該III−Ｖ族化合物半導体表面は大きく荒れ
て、転位、クラック等の欠陥が増殖していく。さらに該
III−Ｖ族化合物半導体の表面と裏面との応力のバラン
スが崩れ、この状態で降温していくと、該III−Ｖ族化
合物半導体膜に反り、クラック等の欠陥が生じる。

【００２１】仮に、種基板の上にＺｎＯ等の中間層を導
入したとしても、１０００℃付近では、III−Ｖ族化合
物半導体の表面が荒れるか、除去されてしまう。また、
中間層が厚い場合には、中間層は残留するが、冷却時の
熱膨張係数差に起因する熱応力により、欠陥、クラック
が生じる。

【００２２】上記の理由により、従来法では、III−Ｖ
族化合物半導体の反りや欠陥等の発生を抑制することに
関して限界があった。

【００２３】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、厚膜のIII−Ｖ族化合物
半導体を結晶成長させる場合に、反りや転位、クラック
等の欠陥を抑えた高品位のIII−Ｖ族化合物半導体を製
造することができるIII−Ｖ族化合物半導体製造装置及
びIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供することで
ある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置は、III−
Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるための種基板を保持
する保持手段と、III−Ｖ族化合物半導体の原料を前記
種基板の表面、及び裏面に向かって吹き出す原料供給手
段とを備えたIII−Ｖ族化合物半導体製造装置におい
て、前記保持手段は、前記種基板を、前記原料供給手段
に表面が対向する状態及び裏面が対向する状態に変更し
得るように保持し、前記保持手段によって保持された種
基板の裏面をエッチングするエッチングガス供給手段が
設けられていることを特徴とするものである。

【００２５】このため、所定の膜厚までIII−Ｖ族化合
物半導体を製造した後、保持手段によって種基板の表裏
を入れ替えて、該種基板の裏面にエッチングガスを吹き
付け、種基板を除去した後、もう一度、保持手段によっ
て種基板の表裏を入れ替えて、該種基板を除去したIII
−Ｖ族化合物半導体の面へＶ族原料を吹き付けて、該半
導体を保護しながら、反対側の面でIII−Ｖ族化合物半
導体膜の製造を続けることができるので、表面荒れ、表
裏面の応力差から発生する歪みの影響が解消され、反
り、クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合
物半導体を製造することができる。

【００２６】また、本発明の他のIII−Ｖ族化合物半導
体製造装置は、III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させ
るための種基板を保持する保持手段と、III−Ｖ族化合
物半導体の原料を前記種基板の表面、及び裏面に向かっ
て吹き出す原料供給手段とを備えたIII−Ｖ族化合物半
導体製造装置において、前記種基板の裏面をエッチング
するエッチングガス供給管が、前記種基板の裏面に対向
するように配置されていることを特徴とするものであ
る。

【００２７】このため、所定の膜厚までIII−Ｖ族化合
物半導体を製造した後、エッチングガス供給手段によっ
て、種基板の裏面を、直接、エッチングし、種基板を除
去した後、該種基板を除去したIII−Ｖ族化合物半導体
の面へＶ族原料を吹き付けて、該半導体を保護しなが
ら、反対面側でIII−Ｖ族化合物半導体膜の製造を続け
ることができるので、表面荒れ、表裏面の応力差から発
生する歪みの影響が解消され、反り、クラック等の欠陥
の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造するこ
とができる。

【００２８】上記本発明において、前記保持手段に保持
された種基板の裏面の中心部分と、前記エッチングガス
供給手段のエッチングガス吹き出し位置との距離が、５
〜１５０ｍｍの範囲になるように配置されていることが
好ましい。

【００２９】また、前記エッチングガス供給手段は、前
記保持手段に保持された種基板の裏面の中心軸線に沿っ
た中心線方向ベクトル（種基板裏面から表面への方向を
正）と、エッチングガス供給手段のエッチングガスが吹
き出される方向に沿ったエッチングガス吹き出し方向ベ
クトル（エッチングガスが吹き出される方向を正）との
なす角度が、８０°以下になっていることが好ましい。

【００３０】種基板の裏面とエッチングガス供給手段と
の位置関係を上記のようにすると、種基板のエッチング
に要する時間を短縮することができ、エッチング時のII
I−Ｖ族化合物半導体のダメージを抑え、エッチングの
均一性もあがり、反り、クラック等の欠陥の発生を低減
したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。

【００３１】また、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体の
製造方法は、上記本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置を用い、前記原料供給手段から、Ｖ族原料としてＮ
Ｈ₃を、III族原料としてIII族原料のハロゲン化物を、
吹き出させることを特徴とするものである。

【００３２】この結果、反り、クラック等の欠陥の発生
を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することがで
きる。

【００３３】また、上記本発明において、前記種基板
は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｉｎ
Ａｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄等のスピ
ネル型結晶（ＡＢ₂Ｘ₄：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元
素）、ＮｄＧａＯ₃等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧ
ａＯ₂のいずれかによって構成されていることが好まし
い。

【００３４】上記の種基板を用いることにより、反り、
クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半
導体を製造することができる。

【００３５】なお、本発明において、窒化物系III−Ｖ
族化合物半導体とは、Ｖ族元素が窒素であるIII−Ｎ系
化合物半導体のことを示しており、例えば、ＧａＮ、Ｂ
Ｎ、ＡｌＮ、ＡｌαＧａ１−αＮ（０＜α＜１）、Ｉｎ
Ｎ、ＩｎβＧａ（１−β）Ｎ（０＜β＜１）、ＩｎγＧ
ａδＡｌ（１−γーδ）Ｎ（０＜γ＜１、０＜δ＜１）
等がある。

【００３６】また、原料吹出し部とは、原料吹出し口、
または原料吹出し口にノズルが装着されている場合はノ
ズルのことを示している。

【００３７】また、種基板とは、その上にIII−Ｖ族化
合物半導体を成長させるための元となる基板のことを示
している。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のIII−Ｖ族化合
物半導体製造装置及びIII−Ｖ族化合物半導体の製造方
法について、図面に基づいて詳細に説明する。

【００３９】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０の概略を
示す断面図、図２は、図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、
図３は、図１のＣ−Ｃ’線に沿う断面図をそれぞれ示し
ている。

【００４０】このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０
は、III族原料及びＶ族原料を充填し、加熱処理するこ
とにより結晶成長させる反応場となる水平状態に配置さ
れた円筒状の反応容器１１を有し、この反応容器１１の
内部に、III−Ｖ族化合物半導体の結晶成長を開始する
ための種基板１０１を垂直状態で保持するサセプタ１２
と、垂直状態に保持された基板１０１に向けてIII族原
料を供給する円筒状のIII族原料供給管１３と、Ｖ族原
料を供給する断面が矩形状になっているＶ族原料供給管
１４Ａと、種基板１０１の裏面側までＶ族原料を供給で
きるもう一方のＶ族原料供給管１４Ｂと、ドーピング原
料を供給する円筒状のドーピング原料供給管１５と、種
基板１０１の除去のために使用されるエッチングガスを
供給する円筒状のエッチングガス供給管１６とが設けら
れている。反応容器１１の外部には、反応容器１１の外
周面に沿うように加熱ヒータ１７が設けられており、反
応容器１１の全体を外周面から加熱する。

【００４１】III族原料供給管１３は、円筒状の反応容
器１１の中心軸に沿って水平状態で設けられており、矢
印Ｄで示す方向にIII族原料を進行させる。また、III族
原料供給管１３の所定の位置には、III族原料を発生さ
せるためのIII族原料を貯蔵するIII族原料貯蔵部１８を
有している。

【００４２】なお、III族原料供給管１３は、二重管構
造として、内管からIII族原料を供給するとともに、外
管からキャリアガスである水素、窒素等を吹出させるよ
うにして、III族原料とＶ族原料との結晶物がIII族原料
供給管１３の吹出口に付着することを防止する構造とし
てもよい。

【００４３】Ｖ族原料供給管１４Ａは、III族原料供給
管１３から所定間隔を空けた上方に水平状態に設けられ
ており、矢印Ｅで示す方向にＶ族原料を進行させる。

【００４４】Ｖ族原料供給管１４Ｂは、種基板１０１の
裏側まで達しており、該裏側に矢印Ｍの方向にＶ族原料
を供給できる。

【００４５】ドーピング原料供給管１５は、III族原料
供給管１３から所定間隔を空けた下方に水平状態に設け
られており、矢印Ｅと同方向である矢印Ｆで示す方向に
ドーピング原料を進行させる。

【００４６】エッチングガス供給管１６は、Ｖ族原料供
給管１４Ａから所定間隔を空けた上方に水平状態に設け
られており、矢印Ｄ〜Ｆと同方向である矢印Ｇで示す方
向にエッチングガスを進行させる。

【００４７】各供給管１３〜１６の先端部には、生成物
の付着及びこの生成物の付着による割れを防止するため
に、各原料またはエッチングガスを吹き出す吹出ノズル
１３ａ〜１６ａがそれぞれ設けられている。各吹出ノズ
ル１３ａ〜１６ａは、それぞれカーボン材（Ｃ）によっ
て形成され、表面にはポリ窒化ボロン（以下、ＰＢＮで
示す）が２００ｎｍの膜厚でコーティングされている。

【００４８】サセプタ１２は、リング状に構成されてお
り、各供給管１３〜１６に対向して垂直方向に沿って配
置されており、その下部がサセプタ台１９に、周方向に
回転自在に取り付けられている。図２に示すように、サ
セプタ１２の内部には、上下に設けられた回転用治具２
０を介して、種基板１０１を同心状態で保持するリング
状の保持爪２１が設けられている。この保持爪２１は、
上下の回転用治具２０によって垂直軸回りに回転自在に
なっている。サセプタ１２に対して各供給管１３〜１６
とは反対側には、回転用ロッド２２が各供給管１３〜１
６に沿った水平状態で配置されている。回転用ロッド２
２は、種基板１０１に対して接離可能になっており、種
基板１０１に当接することにより、種基板１０１が１８
０度にわたって回転される。保持爪２１、回転用治具２
０、サセプタ１２、サセプタ台１９は、それぞれカーボ
ン材（Ｃ）により形成され、その表面には、ＰＢＮが２
００μｍの膜厚でコーティングされている。

【００４９】反応容器１１における各供給管１３〜１６
の遠方側の端部の上側には、各供給管１３〜１６から導
入された未反応の原料ガス及びエッチングガス等を排気
するガス排気口２３が設けられており、未反応の原料ガ
ス等が順次、このガス排気口２３から図示しない排ガス
処理装置に排出され、この排ガス処理装置によって排ガ
ス処理を施した後、大気に放出される。

【００５０】以下、上記構成のIII−Ｖ族化合物半導体
製造装置１０を用いて、種基板１０１にIII−Ｖ族化合
物半導体を成膜させ、その後エッチングガスによって種
基板を除去する本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造方
法について、ＧａＮ厚膜の成膜を例として説明する。

【００５１】まず、（１１１）Ａ面を主面とする２イン
チ径のＧａＡｓ種基板１０１を、アセトン、アルコール
によって洗浄した後、反応容器１１内のサセプタ１２に
保持爪２１によって垂直状態で固定する。ここで、Ｇａ
Ａｓの格子定数は４．５３Å、熱膨張係数は６×１０^-6
／Ｋである。

【００５２】なお、本実施の形態１では、種基板１０１
として（１１１）Ａ面を主面とするＧａＡｓを使用した
例について記載するが、他に本発明のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置においてエッチングが可能であるような
（１００）等の他の面を主面とするＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇ
ａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｚｎ
Ｏ、雲母、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄等のスピネル型結晶（ＡＢ
₂Ｘ₄：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ
₃等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ₂等の基板を使
用してもよい。

【００５３】次に、反応容器１１の内部を真空引きし、
その後、大気圧になるまで、反応容器１１内に窒素ガス
を充填する。

【００５４】次に、サセプタ１２を周方向に回転駆動す
ることにより、種基板１０１を５回転／ｍｉｎ．程度の
回転速度で回転させながら、加熱ヒータ１７を駆動さ
せ、Ｖ族原料供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１
５のそれぞれの原料供給ノズル１４ａ及び１５ａから、
合計１０Ｌ／ｍｉｎ．の窒素ガスを流しながら、種基板
１０１の温度を６００℃まで昇温する。また、III族原
料供給管１３のIII族原料供給部１８にＧａ金属を貯蔵
しておき、III族原料貯蔵部１８を８００℃程度に加熱
する。各部の温度が安定した時点で、III族原料供給管
１３に、１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５
００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを導入する。II
I族原料供給管１３内に導入されたＨＣｌガスは、III族
原料貯蔵部１８のＧａと反応して、ＧａＣｌガスを発生
し、III族原料供給ノズル１３ａから、ＧａＣｌガスが
吹き出される。

【００５５】III族原料供給管１３にＨＣｌガスを導入
し始めてから約３分が経過した後、Ｖ族原料供給管１４
Ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ₃ガスと５Ｌ／ｍ
ｉｎ．の流量の窒素ガスとを吹き出させる。各原料供給
管１３及び１４Ａから吹き出されるＧａＣｌとＮＨ₃と
が反応して、種基板１０１上にＧａＮ結晶を生成して、
膜の成長が開始される。

【００５６】ＧａＮ膜厚が６００Å程度になるまで、４
０分程度成長を続ける。この操作により、本成長温度で
ある１０００℃までの昇温時に主面であるＧａＡｓ（１
１１）Ａ面からＧａＡｓが離脱し、ＧａＮ結晶が劣化す
ることを防ぐことができる。

【００５７】その後、ＧａＮ膜が分離、離脱することを
防ぐため、基板へＶ族原料供給管１４ＡからＮＨ₃ガス
と窒素ガスの供給を継続しながら、種基板１０１の温度
を１０００℃まで昇温し、前記と同様の手順でＧａＮ膜
を成長する。

【００５８】ドーピング原料供給管１５から供給される
ガスは、ＧａＮ膜の電気伝導の特性をｐ型にする際に
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃ
ｐ₂Ｍｇと記す）等が吹き出される。他方、ＧａＮ膜の
電気伝導の特性をｎ型にする場合には、ジクロロシラン
（以下、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂と記す）等が吹き出される。以
下、本実施の形態１では、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂を導入して、ｎ
型半導体を製造する場合について説明する。

【００５９】種基板１０１の温度が１０００℃に達した
後、継続して供給されているＮＨ₃ガスに加えて、III族
原料供給管１３から１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣ
ｌガスと５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスを供給
する。その後、ドーピング原料供給管１５から窒素ガス
により１００ｐｐｍに希釈したＳｉＨ₂Ｃｌ₂を２００ｃ
ｃ／ｍｉｎ．の流量で吹き出させ、キャリアガスとして
窒素ガスを２Ｌ／ｍｉｎ．の流量で導入し、ｎ型ＧａＮ
膜を成長させる。この状態で、３０分間ｎ型ＧａＮ膜の
成長を行い、ＧａＮの膜厚が５０μｍ程度に達した後、
III族原料供給管１３、Ｖ族原料供給管１４Ａ、ドーピ
ング原料供給管１５からのそれぞれの原料ガスの供給を
停止し、回転用ロッド２２により種基板１０１の裏面が
エッチングガス供給管１６に対向するように表裏に回転
させる。

【００６０】このとき、Ｖ族原料供給管１４ＢからＧａ
Ｎ膜を保護するために、ＮＨ₃ガスを５Ｌ／ｍｉｎ．の
流量で供給する。

【００６１】次に、エッチングガス供給管１６から、２
００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスを流し、種基板
１０１を形成するＧａＡｓをエッチングにより除去す
る。エッチングガスが種基板１０１の中心付近に当たる
ようにすれば、中心付近のＧａＡｓが除去され、周囲の
保持爪２１近傍のＧａＡｓが残った状態になる。また、
エッチングガス供給管１６に面した種基板１０１の全て
がエッチングにより除去されても、保持爪２１の溝部分
にＧａＮ膜が入り込み、この状態で安定するので、Ｇａ
Ｎ膜の成長を続行することができる。本実施の形態１で
は、ＧａＡｓを全てエッチングにより除去し、ＧａＮ膜
のみが残るようにした。

【００６２】種基板１０１を形成するＧａＡｓを除去し
た後、エッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスの供
給を停止し、再び、回転用ロッド２２により、サセプタ
１２の表裏を回転させる。この後すぐに、III族原料供
給管１３から、１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガ
スと５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを流し、
Ｖ族原料供給管１４Ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮ
Ｈ₃ガスと５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを流し、
ドーピング原料供給管１５から、２００ｃｃ／ｍｉｎ．
の流量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂と２Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガ
スとを流し、ｎ型ＧａＮ膜の成長を再開する。このと
き、Ｖ族原料供給管１４Ｂから種基板１０１を除去した
ＧａＮ面を保護するために、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量でＮ
Ｈ₃ガスの供給を行う。この供給は、反対側の面でＧａ
Ｎの成長を終えて、ＧａＮ膜の温度が４００℃以下にな
るまで続ける。

【００６３】ＧａＮ膜の成長を４時間にわたって続け、
ＧａＮの膜厚が４５０μｍ程度に達した後、加熱ヒータ
１７の出力を停止し、III族原料供給管１３に導入して
いるＨＣｌガス及び窒素ガス、ドーピング原料供給管１
５に導入しているＳｉＨ₂Ｃｌ₂の供給をそれぞれ停止
し、サセプタ１２に保持されているＧａＮ膜の温度が４
００℃になるまで降温する。

【００６４】ＧａＮ膜の温度が４００℃以下になった
後、Ｖ族原料供給管１４Ａ及び１４Ｂから供給している
ＮＨ₃ガスを窒素ガスに変更し、反応容器１１内の温度
を室温まで降温した後、成膜されたＧａＮ膜をサセプタ
１２から取り出す。

【００６５】本実施の形態１の方法により成長させたＧ
ａＮ膜の中心部分の膜厚は４５０μｍ、膜厚分布は±３
０μｍ、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の曲率半径
は、９．２×１０³ｍｍであり、１００倍の倍率にした
光学顕微鏡の観察でクラックは見られなかった。また、
ＧａＮ膜の中央付近の０００２反射の半値全幅は、１９
０ａｒｃｓｅｃ．であった。

【００６６】一方、比較のために、従来例として、図２
３に示す従来技術のＨＶＰＥ装置１Ｂを製作し、該装置
を用いて、ＧａＡｓを種基板１０１として、膜厚４５０
μｍのＧａＮを成長させた。この方法を以下に説明す
る。

【００６７】５０μｍのＧａＮ膜を成長させるまでは、
本実施の形態のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０を
用いた成長方法と同様である。このときドーピング原料
ガスはＶ族原料供給管１４Ａから、Ｖ族原料ガスと同時
に導入する。

【００６８】このあと、エッチングガス供給管１６か
ら、５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５Ｌ／
ｍｉｎ．の流量の水素ガスを供給し、種基板１０１のエ
ッチングを開始する。このとき反対側の面でのＧａＮ膜
の成長は継続する。

【００６９】４時間程度の成長でＧａＮを膜厚４５０μ
ｍ成長させる。また、種基板１０１のＧａＡｓを除去す
るのに要する時間も、ほぼ４時間程度要する。その後、
加熱ヒータ１７の出力を停止し、エッチングガス供給管
１６からのＨＣｌガスと水素ガスの供給を停止し、替わ
って５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスを供給する。ま
た、III族原料供給管１３に導入しているＨＣｌガス及
び窒素ガス、ドーピング原料であるＳｉＨ₂Ｃｌ₂の供給
をそれぞれ停止し、ＧａＮ膜の温度が４００℃になるま
で降温する。

【００７０】ＧａＮ膜の温度が４００℃以下になった
後、Ｖ族原料供給管１４Ａから供給しているＮＨ₃ガス
を窒素ガスに変更し、反応容器１１内の温度を室温まで
降温した後、成膜されたＧａＮ膜を反応容器１１から取
り出す。

【００７１】図４は、前記の従来例の方法で成膜したＧ
ａＮ膜１０２を模式的に示した断面図である。この従来
例により、ＧａＮ膜１０２を製造した場合、ＧａＮ膜１
０２の端部から１ｃｍの距離の領域に５０本程度の割合
でクラックが発生していた。また、膜中央付近のＸ線の
０００２反射の半値全幅は、２７０ａｒｃｓｅｃ．であ
った。さらに、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の曲率
半径は、８．２×１０ ²ｍｍであった。

【００７２】図５は、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合
物半導体の製造方法と従来法により製造されたそれぞれ
のＧａＮ膜の膜厚と曲率半径との関係を示すグラフであ
る。

【００７３】図５を参照すると、□により示す本実施の
形態１のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造
されたＧａＮ膜は、０〜８００μｍの広範囲で、曲率半
径が一定であり、膜厚が厚くなっても反りが殆ど現れな
いことが解かる。

【００７４】上記のように、本実施の形態１のIII−Ｖ
族化合物半導体製造装置１０を用いて成長させたＧａＮ
膜は、従来法により成長させたＧａＮ膜に比べて、反
り、クラックともに少なく、高品質であることが明らか
である。これは、所定の膜厚までＧａＮ膜を製造した
後、エッチングガス供給手段によって、種基板１０１の
裏面を、直接、エッチングし、種基板１０１を除去した
後、該種基板１０１を除去したＧａＮ面へ窒素ガスより
も膜表面の保護能力の高いＶ族原料を吹き付けて、該Ｇ
ａＮ面を保護しながら、反対側の面でＧａＮ膜の製造を
続けることができるので、該種基板１０１を除去したＧ
ａＮ面での表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、
荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差
から発生する歪みの影響が解消されたことによるものと
考えられる。

【００７５】なお、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置１０において、エッチングガスとして、
ＨＣｌを用いているが、種基板１０１のエッチング速
度、状態等を調整するために、Ｈ₂、Ｃｌ₂、ＨＦ等の他
のガスを使用してもよい。

【００７６】また、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置１０において、種基板１０１に対してほ
ぼ垂直な方向から各原料ガスを導入しているが、ＧａＮ
膜を成長させることができれば、種基板１０１に対して
ほぼ平行な方向から各原料ガスを導入する等、各原料ガ
スを導入する方向と種基板１０１の方向との関係を他の
関係にしても、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導
体製造装置１０と同様に、ＧａＮ膜に反り、クラックが
発生することが抑えられることを確認している。

【００７７】次に、種基板１０１をエッチングにより除
去するためのエッチングガス吹出ノズル１６ａと種基板
１０１との距離及び角度についての最適な位置関係につ
いて調べた。

【００７８】図６は、エッチングガス供給管１６のガス
吹出ノズル１６ａと種基板１０１との距離及び角度を定
義するためにガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１を保
持した状態のサセプタ１２の周辺を拡大して示す概略図
である。

【００７９】種基板１０１とエッチングガス供給管１６
のガス吹出ノズル１６ａとの距離については、エッチン
グガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａの軸心線から
サセプタ１２に保持されている種基板１０１の中心１０
１ａまでの距離（以後、距離αと表現する）により定義
し、種基板１０１とエッチングガス供給管１６のガス吹
出ノズル１６ａとのなす角度については、種基板１０１
のその中心線に沿ったベクトルＩが、エッチングガス供
給管１６のガス吹出ノズル１６ａの軸心線Ｈに沿ったベ
クトルＪ（ベクトルＩ、Ｊ共にエッチングガスが吹き出
される下流方向を正とする）に対してなす角度（以後、
β角と表現する）により定義する。

【００８０】以下、β角を、（０°、５°、１０°）、
（２０°、４０°）、（６０°、７０°）、（８０°、
８５°、９０°）のそれぞれに設定した場合において、
距離αを種々変更し、良質なＧａＮ膜を得るための、最
適な距離α及びβ角について検討した。

【００８１】図７〜図１０は、距離α及びβ角と種基板
１０１を除去するために要する時間との関係を示すグラ
フである。

【００８２】図７〜図１０に示す各グラフから、距離α
は、種基板１０１の除去に要する時間の短縮を図る上
で、５〜１５０ｍｍの範囲内であることが好ましいこと
が分かった。これは、距離αが５ｍｍ以下であると、種
基板１０１までの距離が近すぎるために、エッチングガ
ス供給管１６から供給されるエッチングガスが種基板１
０１の周辺に十分に供給されず、また、距離αが１５０
ｍｍ以上であると、種基板１０１までの距離が遠すぎ
て、エッチングガス供給管１４から供給されるエッチン
グガスが種基板１０１に達する前に拡散するためである
と考えられる。

【００８３】また、β角は、種基板１０１の除去に要す
る時間の短縮を図る上で、８０°以下（−８０〜０°も
含む）であることが好ましいことが分かった。これは、
β角が８０°以上であると、エッチングガス供給管１６
から供給されるエッチングガスが種基板１０１の外周側
に流れにくくなるためであると考えられる。

【００８４】以上に説明したように、距離αは、５〜１
５０ｍｍ、β角は、８０°以下とすることが、種基板１
０１を除去するために要する時間を短縮する上で最適で
あることが明らかである。

【００８５】（実施の形態２）図１１は、本実施の形態
２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａの概略を示
す断面図である。

【００８６】このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０
Ａでは、種基板１０１が、サセプタ台１９上に周方向に
回転自在に取り付けられたサセプタ１２に装着される。
また、エッチングガス供給管１６が、矢印Ｇのように反
応容器１１の上部に沿って、サセプタ１２の裏面に回り
込んで、種基板１０１の裏面に、直接、図１１の矢印
Ｇ’に示す方向にエッチングガスを吹き出す構成となっ
ている。さらに、Ｖ族原料供給管１４Ｂが、矢印Ｍのよ
うに反応容器１１の上部に沿って、サセプタ１２の裏面
に回り込んで、種基板１０１の裏面に、直接、図１１の
矢印Ｍ’に示す方向にエッチングガスを吹き出す構成と
なっている。他の構成は、実施の形態１のIII−Ｖ族化
合物半導体製造装置１０の構成と同一であるので、同一
構成についての説明は省略する。

【００８７】このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０
Ａは、エッチングガス供給管１６が、反応容器１１の上
端に沿って、サセプタ１２の裏面に回り込んで、種基板
１１の裏面に、直接、エッチングガスを吹き出すことが
できるため、種基板１０１を表裏に回転させることな
く、除去することができ、除去した後は、Ｖ族原料供給
管１４ＢからＶ族原料ガスを吹き出して、ＧａＮ膜を保
護することができる。

【００８８】以下、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置３０Ａを用いて、種基板１０１上にIII
−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させ、その後エッチング
ガスにより種基板１０１を除去する本発明のIII−Ｖ族
化合物半導体の製造方法について、ＧａＮ厚膜の成膜を
例として説明する。

【００８９】まず、ＭＯＣＶＤ法によって、３μｍの膜
厚のＧａＮを成長した２インチ径のＳｉ（１００）種基
板１０１を、アセトン、アルコールによって洗浄した
後、反応容器１１内のサセプタ１２に垂直状態で固定す
る。

【００９０】なお、本実施の形態２では、種基板１０１
としてＳｉ（１００）を使用した例について記載する
が、他に本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置３０Ａにおいてエッチングが可能であるようなＳｉ
（１１１）等の他の面を主面とするＳｉ、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｚｎ
Ｏ、雲母、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄等のスピネル型結晶（ＡＢ
₂Ｘ₄：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ
₃等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ₂等の基板を使
用してもよい。

【００９１】次に、反応容器１１の内部を真空引きし、
その後、大気圧になるまで、反応容器１１内に窒素ガス
を充填する。

【００９２】次に、サセプタ１２を周方向に回転駆動し
て、種基板１０１を５回転／ｍｉｎ．程度の回転速度で
回転駆動させながら、加熱ヒータ１７を駆動し、Ｖ族原
料供給管１４Ａを通じて、Ｖ族原料供給ノズル１４ａか
ら５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ₃ガス、そしてドーピン
グ原料供給管１５の原料供給ノズル１５ａから、５Ｌ／
ｍｉｎ．の流量の窒素ガスを流しながら、種基板１０１
の温度を１１００℃まで昇温する。また、III族原料供
給管１３のIII族原料貯蔵部１８にＧａ金属を貯蔵して
おき、III族原料貯蔵部１８を８００℃程度に加熱す
る。各部の温度が安定した時点で、III族原料供給管１
３に、１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５０
０ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを導入する。III
族原料供給管１３内に導入されたＨＣｌガスは、III族
原料貯蔵部１８のＧａ金属と反応して、ＧａＣｌガスを
発生し、III族原料供給ノズル１３ａから、ＧａＣｌガ
スが吹き出される。

【００９３】III族原料供給管１３にＨＣｌガスを導入
し始めてから約３分が経過した後、Ｖ族原料供給管１４
Ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ₃ガスと５Ｌ／ｍ
ｉｎ．の流量の窒素ガスとを吹き出させる。各原料供給
管１３及び１４Ａから吹き出されるＧａＣｌとＮＨ₃と
が反応して、種基板１０１上にＧａＮ結晶を生成して、
ＧａＮ膜の成長が開始される。

【００９４】ドーピング原料供給管１５から供給される
ガスは、ＧａＮ膜の電気伝導の特性をｐ型にする際に
は、Ｃｐ₂Ｍｇ等が吹き出される。他方、ＧａＮ膜の電
気伝導の特性をｎ型にする場合には、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂等が
吹き出される。以下、本実施の形態２では、ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂を導入してｎ型半導体を製造する場合について説明
する。

【００９５】Ｖ族原料供給管１４ＡからＮＨ₃ガスの供
給を開始した後、直ちに、ドーピング原料供給管１５か
ら、窒素ガスにより１００ｐｐｍに希釈したＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂を２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量で吹き出させ、ま
た、キャリアガスとして窒素ガスを２Ｌ／ｍｉｎ．の流
量で導入し、ｎ型ＧａＮ膜を成長させた。この状態で３
０分間、ＧａＮ膜の成長を行い、ＧａＮ膜の膜厚が５０
μｍに達した後、エッチングガス供給管１６から、２０
０ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスを種基板１０１の
裏面に向けて吹き出させ、Ｓｉ種基板１０１をエッチン
グにより除去していく。エッチングガスが種基板１０１
の裏面の中心付近に当たるようにすれば、この中心付近
の種基板１０１付近のＳｉが残った状態になる。また、
種基板１０１の全体がエッチングにより除去されても、
種基板１０１をサセプタ１２に保持するための保持爪の
溝部分にＧａＮ膜が入り込み、この状態で安定するの
で、ＧａＮ膜の成長を続行することができる。本実施の
形態２では、種基板１０１を全てエッチングにより除去
し、ＧａＮ膜のみが残るようにした。

【００９６】本実施の形態２では、ＧａＮ膜を成長させ
るために種基板１０１の前面側に配置された各原料供給
管１３〜１５に対して、種基板１０１を除去するための
エッチングガス供給管１６は、種基板１０１の裏面側に
配置されているため、サセプタ１２の裏面側にて種基板
１０１をエッチングにより除去しながら、表面側から各
原料供給管１３〜１５のガス吹出しノズル１３ａ〜１５
ａから各原料を供給することによりＧａＮ膜の成長を続
けることができる。

【００９７】このようにして、種基板１０１を除去した
後、エッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスの供給
を停止した。除去した後は、Ｖ族原料供給管１４Ｂから
ＮＨ ₃ガスを吹き出して、ＧａＮ膜を保護する。

【００９８】エッチングにより種基板１０１を除去して
いる最中にも、ＧａＮ膜の成長は続けており、ＧａＮ膜
の成長を４時間にわたって続け、ＧａＮ膜の膜厚が４５
０μｍ程度に達した後、加熱ヒータ１７の出力を停止
し、III族原料供給管１３に導入しているＨＣｌガス及
び窒素ガス、ドーピング原料供給管１５に導入している
ＳｉＨ₂Ｃｌ₂の供給をそれぞれ停止し、種基板１０１の
温度が４００℃になるまで降温する。

【００９９】サセプタ１２に保持されているＧａＮ膜の
温度が４００℃以下になった後、Ｖ族原料供給管１４Ａ
及び１４Ｂから供給しているＮＨ₃ガスを窒素ガスに変
更し、反応容器１１内の温度を室温まで降温した後、Ｇ
ａＮ膜をサセプタ１２から取り出す。

【０１００】本実施の形態２の方法により成長させたＧ
ａＮ膜の中心部分の膜厚は、４５０μｍ、膜厚分布は、
±３５μｍ、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の曲率半
径は、９．１×１０³ｍｍであり、１００倍の倍率にし
た光学顕微鏡の観察によってクラックは見られなかっ
た。また、ＧａＮ膜の中央付近の０００２反射の半値全
幅は、１８０ａｒｃｓｅｃ．であった。

【０１０１】図１２は、本実施の形態２のIII−Ｖ族化
合物半導体の製造方法と従来法とにより製造されたそれ
ぞれのＧａＮ膜の膜厚と曲率半径との関係を示すグラフ
である。

【０１０２】図１２を参照すると、□により示す本実施
の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製
造されたＧａＮ膜は、０〜８００μｍの広範囲で、曲率
半径が一定であり、膜厚が大きくなっても、反りがほと
んど現われないことが分かる。これに対して、●により
示す従来例の製造方法により製造されたＧａＮ膜は、膜
厚が厚くなるに従い、曲率半径が小さくなっており、膜
厚が厚くなるほど反りが大きくなっていくことが分か
る。

【０１０３】このように、本実施の形態２のIII−Ｖ族
化合物半導体製造装置３０Ａを用いて成長させたＧａＮ
膜は、従来法により成長させたＧａＮ膜に比べて、反
り、クラックともに少なく、高品質であることが明らか
である。これは、所定の膜厚までＧａＮ膜を製造した
後、エッチングガス供給手段によって、種基板１０１の
裏面を、直接、エッチングし、種基板１０１を除去した
後、該種基板１０１を除去したＧａＮ面へ窒素ガスより
も膜表面の保護能力の高いＶ族原料を吹き付けて、該Ｇ
ａＮ面を保護しながら、反対側の面でＧａＮ膜の製造を
続けることができるので、該種基板１０１を除去したＧ
ａＮ面での表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、
荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差
から発生する歪みの影響が解消されたことによるものと
考えられる。

【０１０４】なお、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置３０Ａにおいて、エッチングガスとして
ＨＣｌを用いているが、種基板１０１のエッチング速
度、状態等を調整するために、Ｈ₂、Ｃｌ₂、ＨＦ等の他
のガスを使用してもよい。

【０１０５】また、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置３０Ａにおいて、種基板１０１に対して
ほぼ垂直な方向から各原料を導入しているが、ＧａＮ膜
を成長させることができれば、種基板１０１に対してほ
ぼ平行な方向から各原料を導入する等、各原料を導入す
る方向と種基板１０１の方向との関係を他の関係にして
も、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置
３０Ａと同様に、ＧａＮ膜に反り、クラックの発生が抑
えられることを確認している。

【０１０６】次に、種基板１０１をエッチングにより除
去するためのエッチングガス吹出ノズル１６ａと種基板
１０１との距離及び角度についての最適な位置関係につ
いて調べた。

【０１０７】図１３は、エッチングガス供給管１６のガ
ス吹出ノズル１６ａと種基板１０１との距離及び角度を
規定する定義を示すためにエッチングガス吹出ノズル１
６ａと種基板１０１を保持した状態のサセプタ１２の周
辺を拡大して示す概略図である。

【０１０８】種基板１０１とエッチングガス供給管１６
のガス吹出ノズル１６ａとの距離については、エッチン
グガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａの軸心線Ｈ’
からサセプタ１２に保持されている種基板１０１の中心
１０１ａまでの距離（以後、距離αと表現する）により
定義し、種基板１０１とエッチングガス供給管１６のガ
ス吹出ノズル１６ａとのなす角度については、種基板１
０１のその中心線に沿ったベクトルＩ’が、エッチング
ガス供給管１６のエッチングガス吹出ノズル１６ａの軸
心線に沿ったベクトルＪ’（ベクトルＩ’、Ｊ’共にエ
ッチングガスが吹き出される上流方向を正とする）に対
してなす角度（以後、β角と表現する）により定義す
る。

【０１０９】そして、β角を、（０°、５°、１０
°）、（２０°、４０°）、（６０°、７０°）、（８
０°、８５°、９０°）のそれぞれに設定した場合にお
いて、距離αを種々変更し、良質なＧａＮ膜を得るため
の、最適な距離α及びβ角について検討した結果、それ
ぞれの距離α及びβ角について、実施の形態１において
示した図７〜図１０に示した結果と同様の結果が得ら
れ、距離αは、５〜１５０ｍｍ、β角は、８０°以下と
することが、種基板１０１を除去するために要する時間
を短縮する上で最適であることが明らかとなった。

【０１１０】また、（１１１）等の他の面を主面とする
Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡ
ｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄等のスピネ
ル型結晶（ＡＢ₂Ｘ₄：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元
素）、ＮｄＧａＯ₃等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧ
ａＯ₂等の基板を用いた場合にも、程度の差はあるが、
同様の傾向を示した。さらに、エッチングガスとしてＨ
₂、Ｃｌ₂、ＨＦ等の他のガスを使用した場合にも、同様
の傾向を示した。

【０１１１】また、図１１で示すようなIII−Ｖ族化合
物半導体製造装置３０Ａ以外にも、図１４で示すような
III−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ｂも使用できる。

【０１１２】このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０
Ｂでは、回転用ロッド２２の中に、エッチングガス供給
管１６とＶ族原料供給管１４Ｂとを備えている。エッチ
ングガスは矢印Ｇのように流れ、該エッチングガスが、
直接、種基板１０１の裏面に当たり、その後、サセプタ
１２の裏面の一部に空けられた穴から矢印Ｇ’のように
排出される。この構造においては、種基板１０１の回転
が容易であり、エッチングガス及びキャリアガス以外の
関与が殆どないため、エッチング量の制御性が向上する
と考えられる。さらに、種基板１０１を除去した後は、
Ｖ族原料供給管１４Ｂから矢印ＭのようにＶ族原料ガス
を流すことができる。

【０１１３】このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０
Ｂも、図１１に示すIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３
０Ａと同様の効果が得られることを確認している。

【０１１４】また、本実施の形態２では、エッチングガ
スとＧａＮ膜を保護するためのＮＨ ₃ガスの供給管を、
それぞれエッチングガス供給管１６とＶ族原料供給管１
４Ｂとからそれぞれ供給しているが、ガス種によって
は、エッチングが終了した後、エッチングガス供給管１
６から保護ガスとしてＮＨ₃ガスを流しても構わない。
但し、この場合には、ＨＣｌとＮＨ₃とが、常温で気相
反応して、固形の塩化アンモニウム（ＮＨ₄Ｃｌ）が発
生する点に考慮する必要がある。

【０１１５】（実施の形態３）本実施の形態３では、２
枚以上のIII−Ｖ族化合物半導体の厚膜を、同時に製造
するIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０及びこのIII−
Ｖ族化合物半導体製造装置４０によるIII−Ｖ族化合物
半導体の製造方法について、図面に基づき詳細に説明す
る。

【０１１６】図１５は、６枚の種基板１０１に同時に結
晶成長させることができるIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置４０の断面図、図１６は、図１５のＫ−Ｋ’線に沿
った断面図である。

【０１１７】このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０
は、III族原料及びＶ族原料を種基板１０１の表面に供
給し、加熱処理することにより基板１０１に結晶成長さ
せる反応場となる円筒状の反応容器１１を有している。
この反応容器１１は、垂直状態に配置されており、その
内部には、III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるた
めの複数の基板１０１をそれぞれ保持する複数のサセプ
タ１２と、基板１０１に向けてIII族原料を供給するIII
族原料供給管１３と、Ｖ族原料を供給するＶ族原料供給
管１４Ａと、ドーピング原料を供給するドーピング原料
供給管１５と、種基板１０１をエッチングするためのエ
ッチングガスを供給するエッチングガス供給管１６と、
ＧａＮ膜を保護するためのＶ族原料供給管１４Ｂとが設
けられている。反応容器１１の外部には、反応容器１１
の外周に沿うように、反応容器１１を加熱するための加
熱ヒータ１７が設けられている。

【０１１８】反応容器１１は、水平状態に配置された円
板状の底板部１１ａを有し、この底板部１１ａ上に、底
板部１１ａと同心状態になるように垂直状態に配置され
た円筒状の円筒部１１ｂが取り付けられている。この円
筒部１１ｂは、上部を除いて一定の直径になっており、
円筒部１１ｂの上部１１ｃは、上方に突出した半球形状
に構成されている。円筒部１１ｂの最上部には、原料ガ
スを排気するための排気口２３が設けられている。

【０１１９】反応容器１１の内部には、円筒部１１ｂの
中心軸に沿って支軸４１が設けられており、この支軸４
１の上端には、円板状に形成されたサセプタ装着台４２
が、反応容器１１の円筒部１１ｂと同心状態で設けられ
ている。

【０１２０】このサセプタ装着台４２の下面には、６つ
のサセプタ１２がサセプタ装着台４２の中心軸と同心円
上に等しい間隔を空けて設けられている。各サセプタ１
２は、結晶成長時に膜の均一性を向上させるため、それ
ぞれ軸心方向に沿って、３０回転／ｍｉｎ．程度の回転
速度で回転可能になっている。各サセプタ１２は、サセ
プタ装着台４２の下面側に設けられて、その下面に基板
１０１がそれぞれ支持されるフェースダウン型となって
おり、結晶成長中に粉塵が発生しても、粉塵は下方に落
下するために、結晶にピット等の欠陥が発生することを
抑制することができる。

【０１２１】上記のサセプタ装着台４２の下面に設けら
れた各サセプタ１２に対向して、III族原料を供給する
６つのIII族原料供給管１３を内部にした同心状態で嵌
合された二重管として、ドーピング原料を供給するドー
ピング原料供給管１５が、それぞれ設けられている。ま
た、各ドーピング原料供給管１５には、各ドーピング原
料供給管１５を内部に同心状態で嵌合したＶ族原料供給
管１４Ａがそれぞれ設けられている。各ドーピング原料
供給管１５の所定の位置には、III族原料を発生させる
ためのIII族原料貯蔵部１８がそれぞれ設けられてい
る。各原料供給管をこのように配置することにより、II
I族原料とＶ族原料が各原料供給管の吹出し口付近で混
合されて、生成するＧａＮがIII族原料供給管１３の吹
出し口に付着することが防止される。

【０１２２】各Ｖ族原料供給管１４Ａと支軸４１との間
には、エッチングガス供給管１６とＶ族原料供給管１４
Ｂとがそれぞれ設けられている。このエッチングガス供
給管１６とＶ族原料供給管１４Ｂとは、サセプタ装着台
４２の上方に貫通されて、サセプタ１２に保持されたそ
れぞれの種基板１０１に対向して、種基板１０１の上方
から、それぞれエッチングガス、Ｖ族原料ガスを供給す
るように配置されている。

【０１２３】なお、サセプタ１２は、ＧａＮ結晶が付着
し、さらにこのＧａＮ結晶の付着により治具に割れが発
生する等の破損が発生することを防止するために、その
表面部にＰＢＮ、ＳｉＣ、ＴａＣ、Ｂｎ等をコーティン
グ等したカーボン材により構成され、また、各原料管の
原料吹出口は、その表面部にＰＢＮ、ＳｉＣ、ＴａＣ、
ＢＮによりコーティングされたカーボン材により構成さ
れる。

【０１２４】上記構成のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置４０により、III−Ｖ族化合物半導体としてＧａＮ膜
を各種基板１０１に成膜する場合、III族原料供給管１
３からは、ＧａＣｌガスが吹き出される。このＧａＣｌ
ガスは、III族原料貯蔵部１８にＧａ金蔵を貯蔵してお
き、III族原料供給管１３内にＨＣｌガスを導入し、こ
のＨＣｌガスがIII族原料貯蔵部１８のＧａ金属と反応
することにより発生され、III族原料供給管１３の先端
から吹き出される。また、Ｖ族原料供給管１４Ａから
は、ＮＨ₃ガスが基板１０１へ吹き出される。さらに、
ドーピング原料は、ドーピング原料供給管１５を介し
て、基板１０１上に吹き出される。

【０１２５】上記構成のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置４０を用いて、実施の形態２と同様の方法により、Ｇ
ａＮ膜の結晶成長を行った結果、各ＧａＮ膜の中心部分
の膜厚が、４５０μｍ、平均の膜厚分布が、±３０μ
ｍ、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の平均曲率半径
が、８．７×１０³ｍｍとなり、１００倍の倍率の光学
顕微鏡でクラックは観察されなかった。また、膜中央付
近のＸ線の０００２反射の判値全幅は、１８５ａｒｃｓ
ｅｃ．であった。

【０１２６】図１７は、本実施の形態３のIII−Ｖ族化
合物半導体４０の製造方法と従来方法とにより製造され
たそれぞれのＧａＮ膜の膜厚と曲率半径との関係を示す
グラフである。

【０１２７】図１７を参照すると、□により示す本実施
の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製
造されたＧａｎ膜は、０〜８００μｍの広範囲で、曲率
半径が一定であり、膜厚が厚くなっても反りが殆ど現わ
れないことが分かる。これに対して、●により示す従来
方の製造方法により製造されたＧａＮ膜は、膜厚が厚く
なるに従い、曲率半径が小さくなっており、膜厚が厚く
なるほど反りが大きくなっていくことが分かる。

【０１２８】このように、本実施の形態３のIII−Ｖ族
化合物半導体製造装置４０を用いて成長させたＧａＮ膜
は、従来法により成長させたＧａＮ膜に比べて、反り、
クラックともに少なく、高品質であることが明らかであ
る。これは、所定の膜厚までＧａＮ膜を製造した後、エ
ッチングガス供給手段によって、種基板１０１の裏面
を、直接、エッチングし、種基板１０１を除去した後、
該種基板１０１を除去したＧａＮ面へ窒素ガスよりも膜
表面の保護能力の高いＶ族原料を吹き付けて、該ＧａＮ
面を保護しながら、反対側の面でＧａＮ膜の製造を続け
ることができるので、該種基板１０１を除去したＧａＮ
面での表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、荒れ
たＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差から
発生する歪みの影響が解消されたことによるものと考え
られる。

【０１２９】なお、本実施の形態３では、種基板１０１
としてＳｉ（１００）を使用しているが、他に本実施の
形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０において
エッチングが可能であるような（１１１）等の他の面を
主面とするＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、Ｉｎ
Ｐ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄
等のスピネル型結晶（ＡＢ₂Ｘ₄：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘ
は陰性元素）、ＮｄＧａＯ₃等のぺロブスカイト型結
晶、ＬｉＧａＯ₂等の基板を使用しても本実施の形態３
と同様の効果があることを確認している。また、エッチ
ングガスとしては、ＨＣｌ以外にも、Ｈ₂、Ｃｌ₂、ＨＦ
等の他のガスを使用しても本実施の形態３と同様の効果
がある。

【０１３０】また、本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物
半導体製造装置４０において、種基板１０１に対してほ
ぼ垂直な方向から各原料を導入しているが、ＧａＮ膜を
成長させることができれば、種基板１０１に対してほぼ
平行な方向から各原料を導入する等、各原料を導入する
方向と種基板１０１との関係を他の関係にしても、本実
施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０と同
様に、ＧａＮ膜に反り、クラックが発生することが抑え
られることを確認している。

【０１３１】また、実施の形態２で説明したように、距
離αは、５〜１５０ｍｍの範囲にあることが好ましく、
角度βは、８０°以下（−８０°〜０°も含む）である
ことが好ましいことを確認している。

【０１３２】（実施の形態４）本実施の形態４では、本
発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法を利用したレー
ザダイオードを作製するＭＯＣＶＤ装置５０について、
図面に基づいて説明する。

【０１３３】図１８は、このＭＯＣＶＤ装置５０の概略
図、図１９は、図１８のＬ−Ｌ’線に沿った断面図であ
る。

【０１３４】このＭＯＣＶＤ装置５０は、（１００）を
主面としたＳｉ種基板１０１上にIII−Ｖ族化合物半導
体を結晶化して成膜させるための反応場となる反応容器
としての水平に配置された円筒状の石英フローライナー
５１を有し、この石英フローライナー５１の内部には、
結晶成長させる種基板１０１を保持するためのリング状
のサセプタ１２と、円筒状の石英フローライナー５１の
中心軸に沿って設けられたIII族原料供給管１３と、こ
のIII族原料供給管１３を中心とした対称な位置にそれ
ぞれIII族原料供給管１３に平行に配置されたＶ族原料
供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１５とが設けら
れている。また、Ｖ族原料供給管１４Ａの上方には、種
基板１０１にエッチングガスを供給するエッチングガス
供給管１６、Ｖ族原料供給管１４Ｂが設けられており、
サセプタ１２の後方に回り込んで種基板１０１の裏面の
中央部分にそれぞれエッチングガス、Ｖ族原料ガスを供
給するように配置されている。

【０１３５】石英フローライナー５１は、水冷式の冷却
ボックス５２の内部に備えられており、冷却ボックス５
２の水冷により、石英フローライナー５１をその周囲か
ら冷却する。

【０１３６】また、石英フローライナー５１内における
サセプタ１２に近接した端面には、未反応の原料ガス及
びキャリアーガスを排出する排気ガス出口２３が設けら
れており、この排気ガス出口２３は、石英フローライナ
ー５１及び冷却ボックス５２の外部に引き出された排気
用配管５３を介して排ガス処理装置５４に接続されてい
る。

【０１３７】サセプタ１２は、石英フローライナー５１
の底部に設けられたサセプタ装着台１９に回転自在に取
り付けられており、サセプタ１２に保持される基板１０
１が石英フローライナー５１の中心軸を軸として回転す
る。サセプタ１２は、その表面にＰＢＮをコーティング
したカーボン材により構成される。

【０１３８】サセプタ１２の内部には、炭素を材質とす
る熱電対により形成された抵抗加熱用ヒーター（図示せ
ず）が配置されており、この抵抗加熱用ヒーターを加温
することにより基板１０１の温度を制御することができ
る。

【０１３９】III族原料供給管１３の先端部は、サセプ
タ１２に対向する先端側に向かって徐々に径が広くなっ
たIII族原料吹出ノズル１３ａが設けられている。ま
た、Ｖ族原料供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１
５は、径の大きさが一定であり、サセプタ１２に対向す
る先端側において、種基板１０１の中心に向かうように
設定されている。

【０１４０】各原料供給管１３及び１４Ａ及び１５の後
端部は、石英フローライナー５１及び冷却ボックス５２
の外部に設けられた原料入口５５を介して外部に導通さ
れており、この原料入口５５を介して所望の原料ガスが
各原料供給管１３〜１５を通過して、石英フローライナ
ー５１内に導入される。原料入口５５は、III族原料を
貯蔵するIII族原料源５６、Ｖ族原料を貯蔵するＶ族原
料源５７にそれぞれ導通パイプ５８を介して接続されて
いる。

【０１４１】III族原料源５６は、さらに、トリメチル
ガリウム（以後、ＴＭＧ）を貯蔵するＴＭＧ貯蔵部５６
Ａ、トリメチルアルミニウム（以後、ＴＭＡ）を貯蔵す
るＴＭＡ貯蔵部５６Ｂ、トリメチルインジウム（以後、
ＴＭＩ）を貯蔵するＴＭＩ貯蔵部５６Ｃを有している。

【０１４２】各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃは、マスフ
ローコントローラ５９を介して、キャリアガスである窒
素ガスまたは水素ガスを供給するキャリアガス導通管６
０に接続されている。このマスフローコントローラ５９
は、各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃに供給されるキャリ
アガスである窒素ガスまたは水素ガスの流量を正確に制
御する。各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃに貯蔵される各I
II族原料は、キャリアガス導通バルブ６０から供給され
る窒素ガスまたは水素ガスによってバブリングされて、
キャリアガスとともに原料入口５５を介して石英フロー
ライナー５１のIII族原料供給管１３に導かれ、III族原
料吹出ノズル１３ａから基板１０１に向けて吹き出され
る。

【０１４３】Ｖ族原料源５７には、ＮＨ₃ガスが貯蔵さ
れ、キャリアガス導通パイプ６０から供給されるキャリ
アガスとともに、原料入口５５を介して石英フローライ
ナー５１内のＶ族原料供給管１４Ａまたは１４Ｂに通さ
れて、先端のＶ族原料吹出ノズル１４ａから種基板１０
１の表面に向けて、または、Ｖ族原料供給管１４Ｂの先
端から種基板１０１の裏面に向けて吹き出される。

【０１４４】ドーピング原料源７８には、ｎ型半導体を
製造するドーピング原料として、ＳｉＨ₄が貯蔵され
る。なお、ｐ型半導体を製造する場合には、各III族原
料源５６Ａ〜５６Ｃに隣接して設けられた貯蔵部６１
に、ｐ型半導体のドーピング原料であるＣｐ₂Ｍｇが貯
蔵されて、III族原料を種基板１０１上に吹き出す際の
経路と同様の経路を経て、種基板１０１上に吹き出され
る。

【０１４５】図２０は、本実施の形態４のIII−Ｖ族化
合物半導体製造装置であるＭＯＣＶＤ装置５０を用いて
作製したレーザダイオード２００の断面図である。

【０１４６】このレーザダイオード２００は、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２０１上に、ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎク
ラッド層２０２、ｎ型ＧａＮガイド層２０３、活性層２
０４が順次積層された構造を有している。ＧａＡｓから
形成された種基板１０１は、ｎ型ＧａＮコンタクト層２
０１を成膜工程する前にエッチングガスにより除去され
るため、最終的に製造されるレーザダイオード２００中
には存在していない。

【０１４７】活性層２０４の上には、さらに、Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎ_0.85Ａｓ_0.15蒸発防止層２０５、ｐ型ＧａＮ
ガイド層２０６、ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層２
０７、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８が順次積層され、
これら各層の結晶成長が行われた後、ＳｉＯ₂絶縁膜２
０９、ｐ型電極２１０Ａ、ｎ型電極２１０Ｂが形成され
ている。

【０１４８】上記構成のレーザダイオード２００の製造
方法を、図１８に示すＭＯＣＶＤ装置５０を使用した場
合について説明する。

【０１４９】まず、種基板１０１を洗浄して、ＭＯＣＶ
Ｄ装置５０内のサセプタ１２に設置する。石英フローラ
イナー５１内を７０Ｔｏｒｒまで減圧した後、キャリア
ガス導通管６０から窒素ガスを石英フローライナー５１
内に充填し、窒素ガス雰囲気中、５５０℃まで昇温し、
石英フローライナー５１内の温度が一定になった時点
で、キャリアガス導通管６０から供給される窒素ガスの
流量を１０Ｌ／ｍｉｎ．とし、Ｖ族原料供給管１４Ａか
ら供給されるＮＨ₃ガスを３Ｌ／ｍｉｎ．の流量とし
て、原料入口５５を介して、Ｖ族原料供給管１４Ａに通
し、数秒後、III族原料供給源５６ＢからＴＭＧを６０
μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で、III族原料供給管１３か
ら１分間流し、低温条件の下で、ＡｌＮバッファ層の成
長を行った。成長させたＡｌＮ膜の厚さは３０ｎｍであ
った。

【０１５０】次に、III族原料供給管１３からのＴＭＡ
の供給を停止し、石英フローライナー５１内の温度を１
０５０℃まで昇温し、III族原料供給管１３から、ＴＭ
Ｇを５０μｍ／ｍｉｎ．の流量で供給し、ドーピング原
料供給管１５からは、ＳｉＨ ₄ガスを１０ｎｍ／ｍｉ
ｎ．の流量で供給して、ｎ型ＧａＮコンタクト層２０１
を５０μｍの膜厚に成長させた。

【０１５１】この後、エッチングガス供給管１６から、
ＨＣｌガスを２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量で流し、種基
板１０１をエッチングにより除去する。この際、エッチ
ングガスであるＨＣｌガスが、種基板１０１の中心付近
に当たるようにすれば、中心付近の種基板１０１が除去
されて、サセプタ１２付近の種基板１０１は残存した状
態にすることができる。また、種基板１０１が完全に除
去された場合でも、サセプタ１２の溝部分にＧａＮ膜が
入り込み、この状態で安定するので、ＧａＮ膜の成長を
続けることができる。このエッチングガスは、サセプタ
１２の裏面側から供給されているので、種基板１０１を
エッチングにより除去している最中においても、サセプ
タ１２の前面から各原料供給管１３〜１５から各原料を
供給することができるので、ＧａＮ膜の成長を続けるこ
とができる。

【０１５２】本実施の形態４では、種基板１０１である
Ｓｉをエッチングにより、完全に除去し、ＧａＮ膜のみ
が残存する状態とした。

【０１５３】そして、種基板１０１が除去された後、エ
ッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスの供給を停止
する。この後すぐに、Ｖ族原料供給管１４ＢからＮＨ₃
ガスを流し、種基板１０１が除去されて表出したＡｌＮ
バッファ層を保護する。各原料供給管１３〜１５から供
給される各原料の吹き出しにより、種基板１０１の除去
中にもＧａＮ膜の成長を続け、ＧａＮ膜の膜厚が３００
μｍになるまで、ｎ型ＧａＮのコンタクト層２０１の成
長を続けた。

【０１５４】次に、石英フローライナー５１内を７６０
Ｔｏｒｒの圧まで戻し、III族原料供給管１３からＴＭ
Ａを１０μｍ／ｍｉｎ．の流量で追加供給し、厚さ０．
８０μｍのｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎのクラッド層２０２
を成長させた。

【０１５５】次に、III族原料供給管１３からのＴＭＡ
の供給を停止し、０．１μｍの膜厚のｎ型ＧａＮのガイ
ド層２０３を形成した。

【０１５６】ｎ型ＧａＮのガイド層２０３を成長させた
後、ＳｉＨ₄とＴＭＧの供給を停止し、各層の温度を７
３０℃まで低下させ、温度が安定した時点で、III族原
料供給管１３からＴＭＧを１０μｍ／ｍｉｎ．ＴＭＩを
１０μｍ／ｍｉｎ．の流量でそれぞれ供給し、Ｉｎ_0.05
Ｇａ_0.95Ｎからなる活性層２０４の障壁層を５ｎｍの膜
厚になるように成長させた。活性層２０４を成長させる
時には、ドーピング原料供給管１５からＳｉＨ₄を１０
ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．程度の流量で流してもよい。その
後、III族原料供給管１３からＴＭＧを１０μｍｏｌ／
ｍｉｎ．の流量で、ＴＭＩを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の
流量でそれぞれ供給し、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる活性
層２０４の井戸層を３ｎｍの膜厚になるように成長させ
た。さらに、III族原料供給管１３から供給されるIII族
原料をＴＭＩに変更し、１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量
で流し、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる活性層２０４の障
壁層を５ｎｍの膜厚になるように成長させた。この活性
層２０４の障壁層と井戸層との成長を繰り返し、３層の
多重量子井戸層を成長させた後、最後に障壁層を成長さ
せて活性層２０４の成長を終了する。活性層２０４の作
製時には、成長を中断する工程を入れてもよく、この中
断工程を入れることにより、井戸層、障壁層の界面が急
峻になり、活性層の発光効率が向上される。

【０１５７】活性層２０４を成長させた後、III族原料
供給管１３から、ＴＭＧを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流
量、ＴＭＡを５μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量、Ｃｐ₂Ｍｇ
を０．１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量でそれぞれ供給
し、３０ｎｍの膜厚のｐ型Ａｌ _0.15Ｇａ_0.85Ｎの蒸発防
止層２０５を成長させた。

【０１５８】その後、III族原料供給管１３からのＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ、Ｃｐ₂Ｍｇの供給を停止し、ＮＨ₃ガスと窒
素ガスとの雰囲気中に、各層の温度を再び１０５０℃に
昇温する。

【０１５９】昇温後、III族原料供給管１３からのＴＭ
Ｇを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量、Ｃｐ₂Ｍｇを０．
２０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で供給し、ｐ型ＧａＮの
ガイド層２０６を０．１μｍの膜厚に成長させた。

【０１６０】次に、III族原料供給管１３からＴＭＡを
１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で供給し、０．５μｍの
膜厚のｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎのクラッド層２０７を成
長させた。

【０１６１】その後、III族原料供給管１３からのＴＭ
Ａの供給を停止し、III族原料供給管１３からＴＭＧと
Ｃｐ₂Ｍｇとを供給し、ｐ型ＧａＮのコンタクト層２０
８を０．５μｍの膜厚に成長させ、その後、III族原料
供給管１３からのＴＭＧとＣｐ₂Ｍｇとの供給を停止
し、加熱を終了する。

【０１６２】以上説明した方法により作製された各層か
らなる膜の曲率半径は、２インチ基板内において、８．
８×１０³ｍｍであった。

【０１６３】その後は、ＡｌＮバッファ層が除去される
まで、裏面研磨し、ｎ型ＧａＮのコンタクト層２０１を
露出させて、このｎ型ＧａＮのコンタクト層２０１の露
出面にｎ型電極２１０Ｂを形成する。このｎ型電極２１
０Ｂのｎ電極材料としては、Ｔｉ／Ｍｏ、Ｈｆ／Ａｌ等
を使用することができる。ｐ型電極部分には、ＳｉＯ ₂
誘電体膜２０９を蒸着し、ｐ型ＧａＮのコンタクト層２
０８を露出させ、Ｐｄ／Ａｕの２μｍの幅のリッジスト
ライプ形状のｐ型電極２１０Ａを形成する。このｐ型電
極２１０Ａのｐ型電極材料には、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｍ
ｏ／Ａｕを使用しても良い。

【０１６４】最後に、へき開またはドライエッチングを
用いて、共振器長５００μｍのファブリ・ペロー共振器
を作製する。共振器長は、３００〜１０００μｍの範囲
であることが好ましい。へき開及びレーザ素子のチップ
分割は、基板側からスクライバーにより行う。レーザ共
振器の帰還手法以外に、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ ＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）等の手法を用い
てもよい。

【０１６５】次に、ファブリ・ペロー共振器のミラー端
面に７０％の反射率を有するＳｉＯ ₂とＴｉＯ₂の誘電体
膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成した。この
誘電体材料には、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃を誘電体多層反射
膜として用いてもよい。

【０１６６】以上の工程により、本発明を適用したＭＯ
ＣＶＤ装置５０によりIII−Ｖ族化合物半導体のレーザ
ダイオード２００を製造することができる。

【０１６７】上記のようにして製造されたレーザ素子の
良品率は、２インチ基板内において、８６％であった。

【０１６８】種基板を除去した後、保護ガスであるＮＨ
₃ガスを流さない従来法によってレーザ素子を製造した
場合、その良品率は、３１％以下となった。これは、本
発明のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法では、成長中
に種基板を除去することによって、種基板とＧａＮ膜と
の格子定数、熱膨張係数の差異から発生する歪の影響が
なくなり、ＧａＮ膜の反り、クラックともに減少し、こ
の結果、ＧａＮ膜を種基板としてレーザー構造を作り込
んだ方が良品率が向上していると考えられる。

【０１６９】なお、本実施の形態４では、種基板１０１
として（１１１）Ａ面を主面とするＧａＡｓを使用して
いるが、他に本実施の形態４のＭＯＣＶＤ装置５０にお
いてエッチングが可能であるような（１００）等の他の
面を主面とするＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、
ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、
ＭｇＡｌ₂Ｏ₄等のスピネル型結晶（ＡＢ₂Ｘ₄：Ａ、Ｂは
陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ₃等のぺロブス
カイト型結晶、ＬｉＧａＯ₂等の基板を使用してもよい
ことを確認している。また、エッチングガスとしては、
ＨＣｌ以外にも、Ｈ₂、Ｃｌ₂、ＨＦ等の他のガスを使用
してもよい。

【０１７０】また、本実施の形態４において、各原料ガ
スは、基板に対してほぼ垂直な方向から導入している
が、ＧａＮ膜を成長させることができれば、基板に対し
てほぼ平行な方向から原料ガスを導入する等、原料ガス
を導入する方向と基板との関係を他の関係にしても、本
実施の形態４のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置と同様
に、ＧａＮ膜に反り、クラックの発生が抑えられること
を確認している。

【０１７１】また、実施の形態２で説明したように、距
離αは、５ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲であることが好まし
く、β角は、８０°以下（−８０°〜０°も含む）であ
ることが好ましい。

【０１７２】以上、実施の形態１〜４においては、Ｇａ
Ｎ膜の成膜を中心にして説明したが、ＢＮ、ＡｌＮ、Ａ
ｌαＧａ１−αＮ（０＜α＜１）、ＩｎＮ、ＩｎβＧａ
１−βＮ（０＜β＜１）、ＩｎγＧａδＡｌ１−γ−δ
Ｎ（０＜γ＜１、０＜δ＜１）等の製造にも、本発明の
III−Ｖ族化合物半導体製造装置は適用することがで
き、実際にその効果を確認している。

【０１７３】また、ＧａＮ膜の成長温度と同一温度で種
基板のエッチングを行っているが、ＧａＮ結晶に負荷を
与えない範囲であれば、本実施の形態１〜４と同様の効
果が得られる。具体的には、８００℃以上、１１５０℃
以下、さらには９００℃以上、１１００℃以下が好まし
い。

【０１７４】また、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製
造装置は、ＨＶＰＥ装置、ＭＯＣＶＤ装置だけでなく、
ガスソース分子線エピタキシ（ＧＳＭＢＥ）装置、ケミ
カルビームエピタキシ（ＣＢＥ）装置等においても効果
があることを確認している。

【０１７５】さらに、本発明は、ＧａＮを中心とした窒
化物系III−Ｖ族化合物半導体の製造について説明した
が、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、
ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＡｓ等の他のIII−Ｖ族化合物半導
体を製造する場合にも、本発明のIII−Ｖ族化合物半導
体製造装置を適用することができ、実際その効果も確認
している。

【０１７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のIII−Ｖ
族化合物半導体製造装置及びIII−Ｖ族化合物半導体の
製造方法を用いれば、III−Ｖ族化合物半導体を製造し
ている最中、または所定の膜厚まで製造後、種基板をそ
の裏側からエッチングすることにより、効率的に除去で
き、その後、表出したIII−Ｖ族化合物半導体の表面を
Ｖ族原料ガスで保護できるので、表面荒れに起因する欠
陥が抑えられ、また、荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧ
ａＮ成長面との応力差から発生する歪みの影響が解消さ
れ、反り、クラック等の欠陥が低減されたIII−Ｖ族化
合物半導体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置１０の断面図である。

【図２】図１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０の
Ｂ−Ｂ’線に沿う断面図である。

【図３】図１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０の
Ｃ−Ｃ’線に沿う断面図である。

【図４】従来のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法によ
り製造されたＧａＮ膜の反りを示す断面図である。

【図５】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体の製造
方法により製造されたＧａＮ膜及び従来の製造方法によ
り製造されたＧａＮ膜のそれぞれの膜厚と曲率半径との
関係を示したグラフである。

【図６】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置１０における種基板及びエッチングガス供給管の周辺
を示す概略図である。

【図７】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する
時間との関係を示すグラフ（β角＝０°、５°、１０
°）である。

【図８】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する
時間との関係を示すグラフ（β角＝２０°、４０°）で
ある。

【図９】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装
置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する
時間との関係を示すグラフ（β角＝６０°、７０°）で
ある。

【図１０】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要す
る時間との関係を示すグラフ（β角＝８０°、８５°、
９０°）である。

【図１１】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置３０Ａの断面図である。

【図１２】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体の製
造方法により製造されたＧａＮ膜及び従来の製造方法に
より製造されたＧａＮ膜のそれぞれの膜厚と曲率半径と
の関係を示したグラフである。

【図１３】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置３０Ａにおける種基板及びエッチングガス供給管の
周辺を示す断面図である。

【図１４】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置３０Ｂの断面図である。

【図１５】実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造
装置４０の断面図である。

【図１６】図１４のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４
０のＫ−Ｋ’線に沿う断面図である。

【図１７】実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体の製
造方法により製造されたＧａＮ膜及び従来の製造方法に
より製造されたＧａＮ膜のそれぞれの膜厚と曲率半径と
の関係を示したグラフである。

【図１８】実施の形態４の本発明に係るIII−Ｖ族化合
物半導体製造方法を利用したレーザーダイオードを作製
するためのＭＯＣＶＤ装置５０を示す断面図である。

【図１９】図１８のＭＯＣＶＤ装置５０のＬ−Ｌ’線に
沿う断面図である。

【図２０】実施の形態４のＭＯＣＶＤ装置５０を用いて
作製されたレーザダイオードを示す断面図である。

【図２１】III−Ｖ族化合物半導体を製造する典型的な
ＨＶＰＥ装置１Ａを示す断面図である。

【図２２】図２０のＨＶＰＥ装置のＡ−Ａ’線に沿う断
面図である。

【図２３】従来のIII−Ｖ族化合物半導体を製造するＨ
ＶＰＥ装置１Ｂを示す断面図である。

【符号の説明】

１０ III−Ｖ族化合物半導体製造装置 １１ 反応容器 １１ａ 底板部 １１ｂ 円筒部 １２ サセプタ １３ III族原料供給管 １３ａ III族原料ガス吹出ノズル １４Ａ Ｖ族原料供給管 １４Ｂ Ｖ族原料供給管 １４ａ Ｖ族原料ガス吹出ノズル １５ ドーピング原料供給管 １６ エッチングガス供給管 １６ａ エッチングガス吹出ノズル １７ 加熱ヒータ １８ III族原料貯蔵部 １９ サセプタ装着台 ２０ 回転用治具 ２１ 保持爪 ２２ 回転用ロッド ２３ ガス排気口 ３０Ａ III−Ｖ族化合物半導体製造装置 ３０Ｂ III−Ｖ族化合物半導体製造装置 ４１ 支軸 ４２ サセプタ装着台 ５０ ＭＯＣＶＤ装置 ５１ 石英フローライナー ５２ 冷却ボックス ５３ 排気用配管 ５４ 排ガス処理装置 ５５ 原料入口 ５６ III族原料源 ５６Ａ ＴＭＧ貯蔵部 ５６Ｂ ＴＭＡ貯蔵部 ５６Ｃ ＴＭＩ貯蔵部 ５７ Ｖ族原料源 ５８ 導通パイプ ５９ マスフローコントローラー ６０ キャリアガス導入管 ６１ 貯蔵部 ７８ ドーピング原料源 １０１ 種基板 １０１ａ 種基板の中心 １０２ ＧａＮ膜 ２００ レーザダイオード ２０１ ｎ型ＧａＮのコンタクト層 ２０２ ｎ型Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎのクラッド層 ２０３ ｎ型ＧａＮのガイド層 ２０４ 活性層 ２０５ ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの蒸発防止層 ２０６ ｐ型ＧａＮのガイド層 ２０７ ｐ型Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎのクラッド層 ２０８ ｐ型ＧａＮのコンタクト層 ２０９ ＳｉＯ₂誘電体膜 ２１０Ａ ｐ型電極 ２１０Ｂ ｎ型電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 貴之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 津田 有三 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 荒木 正浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 種谷 元隆 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 大石 隆宏 神奈川県相模原市上溝1581−３ Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DB05 DB08 EG24 EG30 HA02 5F004 BB17 BB24 BC03 BC08 CA05 CA08 DA04 DA20 DA24 DA29 DB01 DB19 DB20 DB22 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC13 AC15 AD09 AD10 AD14 AE23 AE29 AF03 AF04 AF06 AF07 AF09 AF13 BB11 BB12 BB13 CA12 DA53 DA55 DP09 DP14 DP28 DQ04 DQ06 EE12 EF02 EF08 EF11 EJ04 EJ09 EK06 EM02 EM07 EM09 HA13 5F052 KA01 5F073 AA45 AA51 AA74 AA83 CA07 CB20 DA05 DA24 DA35

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させ
   るための種基板を保持する保持手段と、III−Ｖ族化合
   物半導体の原料を前記種基板の表面、及び裏面に向かっ
   て吹き出す原料供給手段とを備えたIII−Ｖ族化合物半
   導体製造装置において、 前記保持手段は、前記種基板を、前記原料供給手段に表
   面が対向する状態及び裏面が対向する状態に変更し得る
   ように保持し、 前記保持手段によって保持された種基板の裏面をエッチ
   ングするエッチングガス供給手段が設けられていること
   を特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造装置。
2. 【請求項２】 III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させ
   るための種基板を保持する保持手段と、III−Ｖ族化合
   物半導体の原料を前記種基板の表面、及び裏面に向かっ
   て吹き出す原料供給手段とを備えたIII−Ｖ族化合物半
   導体製造装置において、 前記種基板の裏面をエッチングするエッチングガス供給
   管が、前記種基板の裏面に対向するように配置されてい
   ることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記保持手段に保持された種基板の裏面
   の中心部分と、前記エッチングガス供給手段のエッチン
   グガス吹き出し位置との距離が、５〜１５０ｍｍの範囲
   になるように配置されている、請求項１または２に記載
   のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置。
4. 【請求項４】 前記エッチングガス供給手段は、前記保
   持手段に保持された種基板の裏面の中心軸線に沿った中
   心線方向ベクトル（種基板裏面から表面への方向を正）
   と、エッチングガス供給手段のエッチングガスが吹き出
   される方向に沿ったエッチングガス吹き出し方向ベクト
   ル（エッチングガスが吹き出される方向を正）とのなす
   角度が、８０°以下になっている、請求項１〜３のいず
   れかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかのIII−Ｖ族化
   合物半導体製造装置を用い、前記原料供給手段から、Ｖ
   族原料としてＮＨ₃を、III族原料としてIII族原料のハ
   ロゲン化物を、吹き出させることを特徴とするIII−Ｖ
   族化合物半導体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記種基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳ
   ｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲
   母、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄等のスピネル型結晶（ＡＢ ₂Ｘ₄：Ａ、
   Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ₃等のぺロ
   ブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ₂のいずれかによって構
   成されている、請求項５に記載のIII−Ｖ族化合物半導
   体の製造方法。