JP2010126796A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑え、一枚の半導体基板から良品の割合が高い窒化物系化合物半導体素子を複数作製することが可能な気相成長装置を提供する。
【解決手段】この気相成長装置１０１は載置した半導体基板１０７を保持する基板ホルダー１０８と、基板ホルダー１０９の下方から半導体基板１０７を加熱する加熱ヒータと、を有し、基板ホルダー１０８の半導体基板１０７と対向する面が、半導体基板１０７の基板ホルダー１０８と対向する面の反りの形状と略同一の形状に形成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、気相成長装置に関し、特に基板を保持する基板ホルダーを備えた気相成長装置に関する。

ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶に代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶はバンドギャップが直接遷移型であり、半導体発光素子への利用が期待されている。特に、ＩｎＧａＮの混晶は、紫外光から赤色光にいたる波長の光を発光させることが可能である。このため、すでに、ＩｎＧａＮの混晶を用いて紫外光から緑色光にいたる波長の発光ダイオード素子並びに青紫レーザダイオード素子が実用化されている。これらの半導体発光素子は、高密度光ディスクやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられている。

また、発光ダイオード素子、レーザダイオード素子などの半導体発光素子の製造方法として、有機金属化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、ＭＯＣＶＤ法と呼称する）が一般的に用いられるこのＭＯＣＶＤ法を用いて化合物半導体の薄膜成長を行なう気相成長装置はＭＯＣＶＤ装置と呼ばれる。

図２１は、従来の典型的なＭＯＣＶＤ装置の反応室の構成を説明する断面図である。従来のＭＯＣＶＤ装置５０１では、反応室５０２内に原料ガスを基板上に効率よく導くために管状のフローチャネル５０３が設けられている。このフローチャネル５０３は、その両端が反応室５０２外部に向けて開口し、その開口部はフローチャネル５０３の両端でガス供給口５１７とガス排出口５１８を形成している。また、フローチャネル５０３の長手方向の略中央部には基板ホルダー５０８上に載置された半導体基板５０７表面がフローチャンネル５０３内部に臨む開口部が形成されている。そして、ガス供給口５１７からフローチャネル５０３内部に導入された成膜原料成分を含有する原料ガスは半導体基板５０７表面と接触して反応・成膜し、半導体基板５０７表面に化合物半導体薄膜が形成される。また、半導体基板５０７表面で反応に寄与しなかった原料ガスはガス排出口５１８から反応室５０２外部に排出される。

このとき、半導体基板５０７を保持する基板ホルダー５０８の下部には、半導体基板５０７を加熱するための加熱ヒータ５０９が設けられ、結晶成長に最適な反応状態になるよう半導体基板５０７を加熱することができる。また、加熱ヒータ５０９と基板ホルダー５０８との間には、通常、均熱板５１５が設けられる。この均熱板５１５は加熱ヒータ５０９からの熱を基板ホルダー５０８に均一に熱伝導させる。なお、加熱ヒータ５０９からの熱を直接半導体基板５０７全域にわたり均一に熱伝導することができれば、均熱板５１５を省略することができる。

しかしながら、上記ＭＯＣＶＤ装置５０１では半導体基板５０７上に成長させた化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が半導体基板５０７全域にわたり不均一になるという不都合があり、製造歩留まりが低下するという問題があった。

このような問題に対して、本発明者は成膜原料成分を含有する原料ガスが半導体基板５０７表面で接触して反応・成膜する際、半導体基板５０７の表面温度が同一基板面内で不均一になっていることに起因して、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が半導体基板５０７面内において不均一になり、作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長にバラツキが発生することを見出した。

また、半導体基板５０７の表面温度が面内で不均一になる原因として、半導体基板５０７の反り形状が半導体基板５０７毎に異なり、半導体基板５０７と基板ホルダー５０８との接触度合いが異なることが挙げられる。

例えば、本発明者が特許文献１で開示したＧａＮ基板では、成長させた化合物半導体薄膜の表面平坦性が悪化する問題を解決するために、ストライプ状の溝からなる掘り込み領域を半導体基板５０７上に形成し、半導体基板５０７表面に化合物半導体薄膜を成長させて窒化物系化合物半導体素子を作成する。しかし、ストライプ状の溝からなる掘り込み領域を形成した半導体基板５０７は化合物半導体薄膜を成長させる前後で異なる反りの形状をとる。

図２２は本発明者が特許文献１で開示したＧａＮ基板において、化合物半導体薄膜を形成する前の半導体基板５０７の反り量を示すヒストグラムである。ここで、図２２において示す中心部が負の反り量を示すＧａＮ基板とは、化合物半導体を成膜する方向と逆方向に反っている凹状の基板であり、このＧａＮ基板の成膜面を下にして水平板上に基板を静置したとき、ＧａＮ基板の端部が接触し且つ基板中心部が浮き上がる反り形状をいう。このとき水平板と浮き上がった基板中心部との距離を反り量としている。図２２に示すように、化合物半導体薄膜が形成される前の半導体基板５０７にはその中心部近傍に反りがあり、その反り方向及び反り量は基板ごとのバラツキが大きい。このため、このような形状の半導体基板５０７の成膜面を上にして基板ホルダー５０８上に載置した場合、加熱ヒータ５０９から基板ホルダー５０８へ熱伝導した熱が半導体基板５０７の基板面内へ不均一に熱伝導し、半導体基板５０７の表面温度が基板面内で不均一となっていた。

また、図２３は従来の半導体基板の上面図であり、図２４は図２３に示した半導体基板のＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線における薄膜形成が行われる前の反り量を示す図であり、図２５は図２３に示した半導体基板５０７のＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線における薄膜形成が行われた後の反り量を示す図である。ここで、半導体基板５０７は特許文献１で開示された作製方法と同様の方法により、掘り込み領域がＹ方向に３５０μｍの間隔を隔てて周期的に複数形成され、掘り込み領域のＹ方向のオフ角θａが−０．２８°、Ｘ方向のオフ角θｂが−０．０３°、掘り込み領域の開口幅が３μｍ、深さが３μｍに加工された半導体基板である。また、Ｘ方向は〈１１−２０〉で半導体基板５０７上に形成された掘り込み領域に垂直な方向であり、Ｙ方向は〈１−１００〉で半導体基板５０７上に形成された掘り込み領域に対して水平な方向である。また「掘り込み領域」とは、特許文献１で開示されている半導体基板５０７表面でストライプ状に加工された凹部を意味する。図２４および図２５に示すように、薄膜形成が行われる前後で掘り込み領域が形成された半導体基板５０７はＸ方向において凸状、Ｙ方向において凹状に変形し、Ｘ、Ｙ方向における基板の反り量には大きな差が見られる。特に、半導体基板５０７のＸ方向における半導体基板５０７の反りは、薄膜形成が行われる前後で逆転している。

また、図２６は従来の気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図であり、図２７は図２６に示したＸ−Ｘ’線に沿った断面図であり、図２８は図２６に示したＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。図２６〜図２８に示すように、図２５に示したＸ方向において凸状、Ｙ方向において凹状に変形した半導体基板５０７を基板ホルダー５０８上に載置したとき、半導体基板５０７はＸ方向において凸状、Ｙ方向において凹状に変形しているため、Ｘ方向において半導体基板５０７の端部が基板ホルダー５０８と接触し、半導体基板５０７底面と基板ホルダー５０８の基板載置面５０８ａとの間に空隙が生じる。このため、基板ホルダー５０８と半導体基板５０７との接触部分を介した熱伝導及び基板ホルダー５０８の基板載置面５０８ａと半導体基板５０７底面との空隙の大きさに応じた輻射熱により半導体基板５０７が基板面内において不均一に加熱され、半導体基板５０７表面の温度が面内で不均一となっていた。

また、図２３〜図２５に示したＸ方向において凸状、Ｙ方向において凹状に変形した複数の半導体基板５０７をチップ状に分割して窒化物半導体レーザ素子を複数作製し、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板５０７における発振波長の面内分布を図２９、図３０のグラフにまとめた。図２９は図２３に示したＸ−Ｘ’線に沿った発振波長の面内分布であり、図３０は図２３に示したＹ−Ｙ’線に沿った発振波長の面内分布である。図２９、図３０のグラフが示すように、窒化物系半導体レーザ素子の波長面内分布に標準偏差σに最大σ＝１．９ｎｍのバラツキがあり、基板毎の波長は標準偏差σに最大σ＝２．５ｎｍのバラツキがあった。また、図２３〜図２５と図２９、図３０とを比較した場合、基板ホルダー５０８の基板載置面５０８ａと半導体基板５０７との空隙が大きく、基板載置面５０８ａと半導体基板５０７との距離が離れている部分から得られる窒化物半導体レーザ素子はその距離に応じて発振波長が長波長化していることがわかる。このことから、半導体基板５０７と基板ホルダー５０８の基板載置面との距離が離れた部位では基板ホルダー５０８からの輻射熱が減少し、半導体基板５０７の表面温度が低下するため、この部分を分割して得られる窒化物半導体レーザ素子の発振波長が長波長化し、発振波長の半導体基板面内分布全域の不均一化が起きていると考えられる。

また、半導体基板５０７の表面温度が面内で不均一になる他の原因として、基板ホルダー５０８や加熱ヒータ５１４の製作精度の問題により、加熱ヒータ５１４と基板ホルダー５０８との接触面又は均熱板５１５と基板ホルダー５０８との接触面の平面度や鏡面度により接触度合いが異なることが挙げられる。基板ホルダー５０８と加熱ヒータ５１４との接触面または基板ホルダー５０８と均熱板５１５との接触面の加工精度が悪く、平面度にバラツキが発生している場合、加熱ヒータ５１４毎、均熱板５１５毎で基板ホルダー５０８との間の密着度にバラツキが発生する。その結果、基板ホルダー５０８への熱伝導にバラツキが発生し、基板ホルダー５０８の面内における温度分布が不均一になり、半導体基板５０７への熱輻射量が変化することにより半導体基板５０７の面内温度が不均一になっていた。

特開２００６−１３４９２６号公報

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑え、一枚の半導体基板から良品の割合が高い窒化物系化合物半導体素子を複数作製することが可能な気相成長装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の構成による気相成長装置では、原料ガス供給口および原料ガス排気口と、原料ガス供給口と原料ガス排気口との間に配された開口部とを含み、原料ガス供給口から原料ガス排気口に向かって原料ガスを流すフローチャネルと、フローチャネルの開口部に面するように基板が載置される基板ホルダーと、基板ホルダーの下部に設けられ基板を加熱する加熱ヒータとを備え、基板ホルダーは、載置される基板と対向する面が、基板の反りの形状と略同一に、もしくは、基板の反りの形状に合わせて少なくとも1つ以上の段差を持って階段状に形成されていることを特徴とする。

第1の構成によると、基板ホルダーの基板と対向する面が基板の反りの形状と略同一に形成されているため、対向する基板ホルダーと基板との距離は基板面内において略同一になる。これにより、基板ホルダーからの輻射熱が基板面内において略均一に熱伝導する。したがって、基板の表面温度を基板面内で略均一とすることができ、成膜原料成分を含有する原料ガスが基板表面で接触して反応・成膜する際、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が基板全域にわたり均一化し、作成される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

また、本発明の第２の構成による気相成長装置では、載置される基板と対向する面に、基板を支持する複数の第１凸部を有することを特徴とする。

第２の構成によると、基板の反り形状が基板毎に異なる場合でも、複数の第１凸部により基板を支持することにより、基板を基板ホルダーと面で接触しないように保持することができる。これにより、基板毎に基板ホルダーとの接触度合いが異なることに起因して、基板の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。また、薄膜形成が行われる前後で反りの形状が変形する基板を載置する場合において、第１凸部の高さを基板の変形時に基板と基板ホルダーとが接触しない程度に十分高く設けることにより、薄膜形成が行われる前後で基板と基板ホルダーとが接触するのを防ぐことができる。これにより、薄膜形成が行われる前後で反りの形状が変形する基板を基板ホルダーに載置した場合でも、基板と基板ホルダーとの接触度合により、基板の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。なお、第１凸部は基板ホルダー上に２点設けることにより基板を保持することができ、３点以上設けることにより、基板をより安定して保持することができる。ここで、第１凸部の頂部は基板を支持する際、基板と当接するが、基板保持の安定性の観点から、第１凸部の頂部を平面的に見た場合に５ｍｍ以上の長さを有するとともに、１ｍｍ以上の幅を有するように構成されていること好ましい。また、基板ホルダーの基板載置面から第１凸部の頂部までの距離である第１凸部の高さを高く設けることにより、薄膜形成が行われる前後で基板と基板ホルダーが接触するのを防ぐことができるが、基板ホルダーから第１凸部を介して基板へ伝導する熱および、基板ホルダーから基板への熱輻射分による加熱性を考慮して、第１凸部の高さを、５〜５０００μｍとなるように設けるのが好ましく、５０〜２０００μｍとなるように設けるのがより好ましい。また、第１凸部を複数設ける場合、各第１凸部の高さが必ずしも一律に等しい必要はなく基板の反りの形状に応じて各第１凸部の高さを変えてもよい。

また、本発明の第３の構成による気相成長装置では、基板ホルダーと加熱ヒータとの間に配された均熱板をさらに備え、均熱板は、基板ホルダーと対向する面が、基板ホルダーの均熱板と対向する面の形状と略同一、もしくは、少なくとも1つ以上の段差を持って階段状であることを特徴とする。

第３の構成によると、基板ホルダーと加熱ヒータとの間に配された均熱板の基板ホルダーと対向する面の形状が基板ホルダーの均熱板と対向する面の形状と略同一であるため、互いに対向する均熱板と基板ホルダーとの距離は面内において略同一になる。これにより、均熱板からの輻射熱または当接面からの熱が基板ホルダーへ面内において略均一に熱伝導し、基板ホルダーの基板と対向する面を均熱板の基板ホルダーと対向する面の反りの形状に応じた温度分布に加熱することができる。したがって、均熱板の基板ホルダーと対向する面の形状と基板ホルダーと基板との基板面内における距離の関係から、表面温度が基板面内で略均一になるよう基板を加熱することができる。そして、成膜原料成分を含有する原料ガスが基板表面で接触して反応・成膜する際、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が基板全域にわたり均一化し、作成される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

また、本発明の第４の構成による気相成長装置では、均熱板は、基板ホルダーと対向する面が、基板の反りの形状と略同一、もしくは、基板の反りの形状に合わせて少なくとも1つ以上の段差を持って階段状に形成されていることを特徴とする。

第４の構成によると、基板ホルダーに基板を載置したとき、基板の基板ホルダーと対向する面は均熱板の基板ホルダーと対向する面の形状と略同一であるため、対向する均熱板と基板との距離は基板ホルダーを介して基板面内において略同一になる。これにより、均熱板から基板ホルダーを介して基板面内において略均一に基板へ熱伝導し、基板の表面温度を基板面内で略均一にすることができる。したがって、基板の表面温度を基板面内で略均一とすることができ、成膜原料成分を含有する原料ガスが基板表面で接触して反応・成膜する際、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が基板全域にわたり均一化し、作成される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

また、本発明の第５の構成による気相成長装置では、均熱板は基板ホルダーと面で接触していないことを特徴とする。

第５の構成によると、均熱板と基板ホルダーとが面で接触していないため、均熱板から輻射熱により基板ホルダーを加熱することができる。このため、均熱板からの熱を基板ホルダーへ面内で均一に熱伝導させることができる。これにより、基板ホルダーと均熱板との接触度合いが異なることに起因として、基板ホルダーの面内温度が不均一になるのを防ぎ、均熱板からの輻射熱により基板ホルダーを略均一に加熱することができる。

また、本発明の第６の構成による気相成長装置では、基板ホルダーと対向する面に、基板ホルダーと接する複数の第２凸部を有することを特徴とする。

第６の構成によると、基板ホルダーや均熱板の製作精度の問題により、基板ホルダーと均熱板の接触面の平面度や鏡面度により接触度合いが異なる場合でも、第２凸部により基板ホルダーを均熱板と面で接触しないように支持することができる。これにより、基板ホルダーと均熱板との接触度合いが異なることに起因として、基板ホルダーの面内温度が不均一になるのを防ぎ、均熱板からの輻射熱により基板ホルダーを略均一に加熱することができる。なお、第２凸部を複数設ける場合、各第２凸部の高さが必ずしも一律に等しい必要はなく均熱板及び基板ホルダーの形状に応じて各第１凸部の高さを変えてもよい。

また、上記第１から第６までの構成において、基板の反りの形状と略同一になるように基板ホルダー又は均熱板を加工するかわりに、基板の反りの形状に合わせて少なくとも１つ以上の段差（ステップ）を持つ階段状に基板ホルダー又は均熱板を加工した場合においても、上記第１から第６までの構成と同様の効果を得ることができる。この場合、段差（ステップ）の数を多くするほど、加工された基板ホルダー又は均熱板の面は基板の反りの形状に近似し、略同一化する。例えば、基板ホルダーの基板と対向する面を格子状に複数の面に分割し、各分割面と対向する基板との距離が略同一になるよう隣接する分割面に段差（ステップ）を持たせて階段状に加工することで、各分割面からの輻射熱により基板の面内温度が均一になるように基板を加熱することができる。これにより、基板の表面温度を基板面内でより均一に加熱することができ、成膜原料成分を含有する原料ガスが基板表面で接触して反応・成膜する際、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が基板全域にわたり均一化し、作成される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。また、段差（ステップ）の形状は任意の形状に加工することができ、分割面の形状は四角形状又は円形状が好ましい。また、四角形状及び円形状の面を組み合わせて複数の段差（ステップ）を加工することも可能である。また、各分割面は対向する基板の反りの形状に応じて傾斜させてもよい。また、分割面は格子状に複数分割する場合に限らず、基板中心と対向する面のみを四角形状に１つ段差を持たせて階段状に凹ませたり、凸ませて分割面を形成してもよい。

本発明の気相成長装置は、基板の反り量バラツキによる基板面内における温度のバラツキを小さくする手段が設けられているので、薄膜の結晶性および層厚、特に活性層の発光波長の基板面内での均一性を確保することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、気相成長装置の一例であるMOCVD装置に本発明を適用した例について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による気相成長装置の反応室の断面図であり、図２は図１に示した本発明の第１実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図であり、図３は図２に示したＸ−Ｘ’線に沿った断面図であり、図４は図２に示したＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。ここで、Ｘ方向は〈１１−２０〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に垂直な方向であり、Ｙ方向は〈１−１００〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に対して水平な方向である。まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態のＭＯＣＶＤ装置１０１について説明する。

第１実施形態のＭＯＣＶＤ装置１０１は、図１に示すように、反応室１０２内に原料ガスを基板上に効率よく導くために管状のフローチャネル１０３が設けられ、フローチャネル１０３の両端でガス供給口１１７とガス排出口１１８を形成している。また、フローチャネル１０３の長手方向の略中央部には基板ホルダー１０８上に載置された半導体基板１０７表面がフローチャンネル１０３内部に臨む開口部が形成されている。また、基板回転機構１１１が設置され、基板回転機構１１１は半導体基板１０７を基板ホルダー１０８とともに、基板回転機構１１１の回転により回転させる。これにより、基板回転機構１１１を回転させながら半導体基板１０７表面に薄膜形成を行うことで、半導体基板１０７全域にわたり形成される化合物半導体薄膜の結晶性および層厚を均一化することができる。また、半導体基板１０７を保持する基板ホルダー１０８の下部には、半導体基板１０７を加熱するための加熱ヒータ１０９が設けられ、結晶成長に最適な反応状態になるよう半導体基板１０７を加熱することができる。また、反応室１０２内には、図示しないが半導体基板１０７と基板ホルダー１０８を自動搬出入するための自動搬出入機が設けられている。

また、図２に示すように、基板ホルダー１０８の上面には基板ホルダー１０８の回転中心に対して等しい円周角で第１凸部１０５が４点設けられ、これら第１凸部１０５が半導体基板１０７をフローティング状に支持する。これにより、半導体基板１０７毎に基板ホルダー１０８との接触度合いが異なることに起因して、半導体基板１０７の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。また、本実施形態では、掘り込み領域がＹ方向に形成された半導体基板１０７を２点の第１凸部１０５でＹ方向に支持するとともに、残り２点の第１凸部１０５で掘り込み領域と垂直方向であるＸ方向に支持する。なお、第１凸部１０５と半導体基板１０７に形成された掘り込み領域の延在方向との位置関係は上記場合に限定されず、半導体基板１０７の反りの形状に応じて変更することができる。例えば、図５は図１に示した本発明の第１実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図であるが、図５に示すように、掘り込み領域の延在方向（Ｙ方向）が線状に並んだ２点の第１凸部１０５に対して４５°の角度を有するように各第１凸部１０５を回転させて基板ホルダー１０８上に載置しても、半導体基板１０７の面内温度を均一に加熱することができる。なお、第１凸部１０５は基板ホルダー１０８上に２点設けることにより半導体基板１０７を保持することができ、３点以上設けることにより、半導体基板１０７をより安定して保持することができる。ここで、第１凸部１０５の頂部は半導体基板１０７を支持する際、半導体基板１０７と当接するが、半導体基板１０７保持の安定性の観点から、第１凸部１０５の頂部を平面的に見た場合に５ｍｍ以上の長さを有するとともに１ｍｍ以上の幅を有するように構成されているのが好ましい。

また、図３および図４に示すように、第１凸部１０５は、薄膜形成による半導体基板１０７の変形時に基板ホルダー１０８と半導体基板１０７とが接触しない程度に十分高さを有している。具体的には、第１凸部１０５は約１００μｍの高さを有している。これにより、薄膜形成が行われる前後で半導体基板１０７と基板ホルダー１０８とが接触するのを防ぐことができる。したがって、薄膜形成が行われる前後で反りの形状が変形する半導体基板１０７を基板ホルダー１０８に載置した場合でも、半導体基板１０７と基板ホルダー１０８との接触度合により、半導体基板１０７の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。なお、基板ホルダー１０８の基板載置面１０８ａから第１凸部１０５の頂部までの距離である第１凸部１０５の高さを高く設けることにより、薄膜形成が行われる前後で半導体基板１０７と基板ホルダー１０８が接触するのを防ぐことができるが、基板ホルダー１０８から第１凸部１０５を介して半導体基板１０７へ伝導する熱および、基板ホルダー１０８から半導体基板１０７への熱輻射分による加熱性を考慮して、第１凸部１０５の高さは、５〜５０００μｍとなるように設けるのが好ましく、５０〜２０００μｍとなるように設けるのがより好ましい。

また、図３および図４に示すように、基板ホルダー１０８の半導体基板１０７と対向する基板載置面１０８ａは、薄膜形成が行われた後の半導体基板１０７の基板ホルダー１０８と対向する面の反りの形状と略同一形状にするため、Ｘ方向において０μｍ、Ｙ方向において下に４０μｍ凹んだ形状に加工されている。このような形状に基板載置面１０８ａを成形することにより、薄膜形成が行われる前の半導体基板１０７を基板ホルダー１０８ａに載置したとき、対向する基板ホルダー１０８と半導体基板１０７との距離は半導体基板１０７の基板面内において不均一であるが、薄膜形成が行われ半導体基板１０７が変形した後、対向する基板ホルダー１０８と半導体基板１０７との距離は半導体基板１０７の基板面内において略均一になる。これにより、基板変形後、基板ホルダー１０８からの輻射熱が基板面内において略均一に半導体基板１０７に熱伝導し、半導体基板１０７の表面温度を面内で略均一に加熱することができる。なお、半導体基板１０７の反り方向及び反り量は基板ごとのバラツキが大きいため、想定される基板反り量の最大値から基板載置面１０８ａの反りの形状を決定することにより、半導体基板１０７ごとの反り量のバラツキによる半導体基板１０７の表面温度の面内分布の不均一化を防止することができる。

なお、半導体基板１０７の反りの形状と略同一になるように基板載置面１０８ａを加工するかわりに、半導体基板１０７の反りの形状に合わせて少なくとも１つ以上の段差（ステップ）を持つ階段状に基板載置面１０８ａを加工した場合においても、同様の効果を得ることができる。この場合、段差（ステップ）の数を多くするほど、加工された基板載置面１０８ａは半導体基板１０７の反りの形状に近似し、略同一化する。例えば、基板載置面１０８ａを格子状に複数の面に分割し、各分割面と対向する半導体基板１０７との距離が略同一になるよう隣接する分割面に段差（ステップ）を持たせて階段状に加工することで、各分割面からの輻射熱により基板の面内温度が均一になるように半導体基板１０７を加熱することができる。また、段差（ステップ）の形状は任意の形状に加工することができ、分割面の形状は四角形状又は円形状が好ましい。また、四角形状及び円形状の面を組み合わせて複数の段差（ステップ）を加工することも可能である。また、各分割面は対向する半導体基板１０７の反りの形状に応じて傾斜させてもよい。また、分割面は格子状に複数分割する場合に限らず、基板中心と対向する面のみを四角形状に１つ段差を持たせて階段状に凹ませたり、凸ませて分割面を形成してもよい。

次に、特許文献（特開２００６−１３４９２６）に開示された作製方法と同様の方法により、Ｙ方向に延在する掘り込み領域が３５０μｍの間隔を隔ててＸ方向に周期的に複数形成され、掘り込み領域のＹ方向のオフ角θａが−０．２８°、Ｘ方向のオフ角θｂが−０．０３°、掘り込み領域の開口幅が３μｍ、深さが３μｍに加工された半導体基板１０７を上記第１実施形態のＭＯＣＶＤ装置１０１の第１凸部１０５が設けられた基板ホルダー１０８上に載置し、ＭＯＣＶＤ法により、所定の成長条件で半導体基板１０７上に複数の窒化物半導体薄膜から成る窒化物半導体成長層を積層した。なお、上記掘り込み領域が形成された半導体基板１０７は薄膜形成を行なう前後の反りの形状は、図２４および図２５で示した反り量と略同一の反り量を示す基板である。

このようにして窒化物半導体成長層が形成された半導体基板１０７をチップ状に分割して窒化物半導体レーザ素子を複数作製し、各窒化物半導体レーザ素子に分割前の半導体基板１０７における発振波長面内分布を図６および図７のグラフにまとめた。図６は図２に示したＸ−Ｘ’線に沿った発振波長の面内分布であり、図７は図２に示したＹ−Ｙ’線に沿った発振波長の面内分布である。なお、窒化物半導体成長層の具体的な積層方法及び窒化物半導体レーザ素子の具体的な作製方法について特許文献（特開２００６−１３４９２６）および周知の技術を用いて実施されるので、その詳細な説明は以下省略する。図６および図７のグラフより、窒化物系半導体レーザ素子の波長面内分布の標準偏差σをσ＝０．５９ｎｍのバラツキに抑えることができた。したがって、載置面の形状が半導体基板の反りの形状に関係なく平面状に形成された基板ホルダーを用いて窒化物半導体成長層を積層して得られた図２９および図３０に示す測定値と比較して各発振波長のバラツキが低く抑えられ、非常に高い製造歩留まり結果を得ることができた。

なお、図８〜図１０は第１実施形態による気相成長装置の変形例を説明する図であり、図８は、基板ホルダーの上面図であり、図９は図８に示したＸ−Ｘ’線に沿った断面図であり、図１０は図８に示したＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。ここで、Ｘ方向は〈１１−２０〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に垂直な方向であり、Ｙ方向は〈１−１００〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に対して水平な方向である。

図８〜図１０に示す第１実施形態の変形例では、掘り込み領域が形成されていない半導体基板６０７を載置するための基板ホルダー６０８が用いられ、この基板載置面６０８ａの形状は薄膜形成後の半導体基板６０７の反りの形状と略同一になるよう加工されている。このため、図９および図１０に示すようにＸ方向において下に４０μｍ、Ｙ方向において下に４０μｍ凹んだ状態に加工され、この半導体基板６０７の変形後、半導体基板６０７と基板ホルダー６０８との距離が基板面内において略同一となるよう設計されている。なお、基板ホルダー６０７以外の構成は上記第１実施形態の気相成長装置１０１と同一であり説明を省略する。

ここで、この基板ホルダー１０８上に掘り込み領域が形成されていない半導体基板６０７を載置し、ＭＯＣＶＤ法により、所定の成長条件で半導体基板６０７上に複数の窒化物半導体薄膜から成る窒化物半導体成長層を積層し、窒化物半導体成長層が形成された半導体基板６０７をチップ状に分割して窒化物半導体レーザ素子を複数作成したところ、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板６０７における発振波長面内分布の標準偏差σをσ＝０．５５ｎｍのバラツキに抑えることができた。

また、載置面の形状が平面状に形成された基板ホルダーを用いて同様の方法により窒化物半導体成長層を積層して、窒化物半導体レーザ素子を複数作成したところ、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板における発振波長面内分布の標準偏差σはσ＝１．３７ｎｍのバラツキがあった。すなわち、上述のように薄膜形成が行われた後、変形した半導体基板１０７または半導体基板６０７の反りの形状と略同一形状に基板載置面１０８ａまたは基板載置面６０８ａを加工することにより、半導体基板を基板ホルダーに載置して、成膜原料成分を含有する原料ガスが半導体基板表面で接触して反応・成膜した場合、薄膜形成が行われ半導体基板が変形し、対向する基板ホルダーと半導体基板との距離は半導体基板の基板面内において略均一になる。これにより、半導体基板の変形後、基板ホルダーからの輻射熱が基板面内において略均一に半導体基板に熱伝導し、半導体基板の表面温度が面内で略均一になるよう加熱することができ、その後成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が半導体基板全域にわたり均一化し、作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーを示す上面図であり、図１２は図１１に示したＸ−Ｘ’線に沿った断面図であり、図１３は図１１に示したＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。ここで、Ｘ方向は〈１１−２０〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に垂直な方向であり、Ｙ方向は〈１−１００〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に対して水平な方向である。図１１〜図１３を参照して、本発明の第２実施形態のＭＯＣＶＤ装置２０１について説明する。

第２実施形態のＭＯＣＶＤ装置２０１は、図１１〜図１３に示すように、反応室内の基板ホルダー２０８と加熱ヒータ２０９との間に均熱板２１５が配され、基板ホルダー２０８の半導体基板２０７と対向する面である基板載置面２０８ａは平面状に形成されている。また、均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面は薄膜形成が行われた後の半導体基板２０７の反りの形状と略同一にするために、均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面がＸ方向は上に５μｍ凸、Ｙ方向は下に４０μｍ凹んだ形状に加工されている。また、基板ホルダー２０８の均熱板２１５との接触面は均熱板２１５の形状に合わせて加工されている。つまり、均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面は、基板ホルダー２０８の均熱板２１５と対向する面の形状と略同一であり、均熱板２１５と基板ホルダー２０８とが面で接触し、均熱板２１５と基板ホルダー２０８との間に空隙がない。このため、均熱板２１５から基板ホルダー２０８へ均一に熱伝導させることができる。なお、半導体基板２０７の反り方向及び反り量は基板ごとのバラツキが大きいため、想定されるＸ方向およびＹ方向における基板反り量の最大値から基板載置面２０８ａの形状を決定することにより、半導体基板２０７ごとの反り量のバラツキによる半導体基板２０７の表面温度の面内分布の不均一化を防止することができる。

なお、均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面は薄膜形成が行われた後の半導体基板２０７の反りの形状と略同一になるように加工するかわりに、半導体基板２０７の反りの形状に合わせて少なくとも１つ以上の段差（ステップ）を持つ階段状に加工した場合においても、同様の効果を得ることができる。この場合、段差（ステップ）の数を多くするほど、加工された均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面は半導体基板１０７の反りの形状に近似し、略同一化する。また、段差（ステップ）の形状は任意の形状に加工することができ、分割面の形状は四角形状又は円形状が好ましい。また、四角形状及び円形状の面を組み合わせて複数の段差（ステップ）を加工することも可能である。また、各分割面は対向する半導体基板２０７の反りの形状に応じて傾斜させてもよい。また、分割面は格子状に複数分割する場合に限らず、基板中心と対向する面のみを四角形状に１つ段差を持たせて階段状に凹ませたり、凸ませて分割面を形成してもよい。

また、基板ホルダー２０８の均熱板２１５側の面は均熱板の２１５の形状に合わせて加工されているが、半導体基板２０７側の面は平面状に形成されている。このため、均熱板２１５の熱は接触する基板ホルダー２０８に熱伝導し、基板載置面２０８ａを均熱板２１５の反りの形状に応じた面内温度分布で加熱することができる。このとき、均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面の反りの形状は、半導体基板２０７の基板ホルダー２０８と対向する面の反りの形状と略同一であるため、基板載置面２０８を結果的に輻射熱により半導体基板２０７を基板面内で略均一に加熱可能な温度分布に加熱することができる。

また、基板ホルダー２０８上面には基板ホルダー２０８の回転中心に対して等しい円周角で第１凸部２０５が４点設けられ、これら第１凸部２０５が半導体基板２０７をフローティング状に支持する。これにより、半導体基板２０７毎に基板ホルダー２０８との接触度合いが異なることに起因して、半導体基板２０７の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。このとき、掘り込み領域がＹ方向に形成された半導体基板２０７を２点の第１凸部２０５でＹ方向に支持するとともに、残り２点の第１凸部２０５で掘り込み領域と垂直方向であるＸ方向に支持する。

また、第１凸部２０５は、薄膜形成による半導体基板２０７の変形時に基板ホルダー２０８と半導体基板２０７とが接触しない程度に十分高さを有している。具体的には、第１凸部２０５は約２００μｍの高さを有している。

また、輻射熱は距離の２乗に反比例するため、平面状の基板載置面２０８ａと反った形状の半導体基板２０７間の距離を第１凸部２０５の高さを調節することにより、基板載置面２０８ａから半導体基板２０７への輻射熱による加熱分布の影響を調整することができる。このため、本実施形態において基板載置面２０８ａが基板載置面２０８ａと半導体基板２０７との基板面内における距離に応じた温度分布で加熱されていない場合、第１凸部２０５の高さを調節して、基板載置面２０８ａからの輻射熱による基板面内における加熱分布の強弱を調整することで半導体基板２０７の表面温度を基板面内で略均一にすることができる。

ここで、特許文献（特開２００６−１３４９２６）に開示された作製方法と同様の方法により、Ｙ方向に延在する掘り込み領域が３５０μｍの間隔を隔ててＸ方向に周期的に複数形成され、掘り込み領域のＹ方向のオフ角θａが−０．３３°、Ｘ方向のオフ角θｂが−０．０６°、掘り込み領域の開口幅が３μｍ、深さが３μｍに加工された半導体基板２０７を上記第２実施形態のＭＯＣＶＤ装置２０１の基板ホルダー２０８上に載置し、ＭＯＣＶＤ法により、半導体基板２０７を所定の成長条件で半導体基板２０７上に複数の窒化物半導体薄膜から成る窒化物半導体成長層を積層した。

このようにして窒化物半導体成長層が形成された半導体基板２０７をチップ状に分割して窒化物半導体レーザ素子を複数作製したところ、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板２０７における発振波長面内分布の標準偏差σをσ＝０．６５ｎｍのバラツキに抑えることができた。

また、均熱板の基板ホルダーと対向する面を平面状に形成するとともに、載置面の形状が半導体基板の反りの形状に関係なく平面状に形成された基板ホルダーを用いて窒化物半導体成長層を積層して、窒化物半導体レーザ素子を複数作製したところ、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板における発振波長面内分布の標準偏差σはσ＝１．３７ｎｍのバラツキがあった。すなわち、上述のように、薄膜形成が行われた後、変形した半導体基板２０７の反りの形状と略同一形状に均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面を加工することにより、基板ホルダー２０８に半導体基板２０７を載置して、成膜原料成分を含有する原料ガスが半導体基板２０７表面で接触して反応・成膜した場合、薄膜形成が行われ半導体基板２０７が変形した後、均熱板２１５の基板ホルダー２０８と対向する面と半導体基板２０７との距離は半導体基板２０７の基板面内において略均一になる。これにより、均熱板２１５からの熱が基板ホルダー２０８を介して半導体基板２０７の基板面内において略均一に熱伝導し、半導体基板２０７の表面温度を基板面内で略均一にすることができる。そして、半導体基板２０７の表面温度が基板面内で略均一になるよう加熱することができ、その後成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が半導体基板２０７全域にわたり均一化し、作成される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図であり、図１５は図１４に示したＸ−Ｘ’線に沿った断面図であり、図１６は図１４に示したＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。ここで、Ｘ方向は〈１１−２０〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に垂直な方向であり、Ｙ方向は〈１−１００〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に対して水平な方向である。図１４〜図１６を参照して、本発明の第３実施形態のＭＯＣＶＤ装置３０１について説明する。

第３実施形態のＭＯＣＶＤ装置３０１は、図１４〜図１６に示すように、反応室内の基板ホルダー３０８と加熱ヒータ３０９との間に均熱板３１５が配され、基板ホルダー３０８の半導体基板３０７と対向する面である基板載置面３０８ａは、薄膜形成が行われた後の半導体基板３０７の反りの形状と略同一形状にするため、Ｘ方向において上に５μｍ凸、Ｙ方向において下に４０μｍ凹んだ形状に加工されている。また、均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面も薄膜形成が行われた後の半導体基板３０７の反りの形状と略同一にするため、Ｘ方向は上に５μｍ凸、Ｙ方向は下に４０μｍ凹んだ形状に加工されている。また、基板ホルダー３０８は均熱板３１５と面で当接するよう均熱板３１５との接触面は均熱板３１５の形状に合わせて加工されている。つまり、均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面は、基板ホルダー３０８の均熱板３１５と対向する面の形状と略同一であり、均熱板３１５と基板ホルダー３０８とが面で接触し、均熱板３１５と基板ホルダー３０８との間に空隙がない。このため、均熱板３１５から基板ホルダー３０８へ均一に熱伝導させることができる。なお、半導体基板３０７の反り方向及び反り量は基板ごとのバラツキが大きいため、想定されるＸ方向およびＹ方向における基板反り量の最大値から基板載置面３０８ａの形状を決定することにより、半導体基板３０７ごとの反り量のバラツキによる半導体基板３０７の表面温度の面内分布の不均一化を防止することができる。

また、基板ホルダー３０８の均熱板３１５側の面は均熱板の３１５の形状に合わせて加工され、半導体基板３０７側の面は半導体基板３０７の反りの形状と略同一形状に形成されている。このため、基板面内における半導体基板３０７と基板載置面３０８ａとの距離および基板載置面３０８ａと均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面との距離がそれぞれ略均一になる。これにより均熱板３１５からの熱伝導により、基板載置面３０８ａが面内で略均一に加熱され、基板載置面３０８ａからの輻射熱により半導体基板３０７を基板面内で略均一に加熱することができる。

なお、薄膜形成が行われた後の半導体基板３０７の反りの形状と略同一になるように基板載置面３０８ａ及び均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面を加工するかわりに、半導体基板３０７の反りの形状に合わせて少なくとも１つ以上の段差（ステップ）を持つ階段状に基板載置面３０８ａ及び均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面を加工した場合においても、同様の効果を得ることができる。この場合、段差（ステップ）の数を多くするほど、加工された基板載置面３０８ａ及び均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面は半導体基板３０７の反りの形状に近似し、略同一化する。例えば、基板載置面３０８ａ及び均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面をそれぞれ格子状に複数の面に分割し、各分割面と対向する半導体基板３０７との距離が略同一になるよう隣接する分割面に段差（ステップ）を持たせて階段状に加工することで、均熱板３１５からの熱伝導により、基板載置面３０８ａが面内で略均一に加熱され、基板載置面３０８ａからの輻射熱により半導体基板３０７を基板面内で略均一に加熱することができる。このとき、基板載置面３０８ａ及び均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面は同一に加工する必要はなく、半導体基板３０７が面内で略均一に加熱されるようにそれぞれの形状を加工しても良い。

また、基板ホルダー３０８上面には基板ホルダー３０８の回転中心に対して等しい円周角で第１凸部３０５が４点設けられ、これら第１凸部３０５が半導体基板３０７をフローティング状に支持する。これにより、半導体基板３０７毎に基板ホルダー３０８との接触度合いが異なることに起因して、半導体基板３０７の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。このとき、掘り込み領域がＹ方向に形成された半導体基板３０７を２点の第１凸部３０５でＹ方向に支持するとともに、残り２点の第１凸部３０５で掘り込み領域と垂直方向であるＸ方向に支持する。

また、第１凸部３０５は、薄膜形成による半導体基板３０７の変形時に基板ホルダー３０８と半導体基板３０７とが接触しない程度に十分高さを有している。具体的には、第１凸部３０５は約１００μｍの高さを有している。

また、輻射熱は距離の２乗に反比例するが、本実施形態の基板載置面３０８ａは半導体基板３０７の反りの形状と略同一であるため、基板載置面３０８ａと半導体基板３０７間の距離により、基板面内における基板載置面３０８ａから半導体基板３０７への輻射熱による加熱分布の強弱は変化しない。このため、第１凸部３０５の高さを低く調節して、基板面内における基板載置面３０８ａからの輻射熱により半導体基板３０７を強く加熱することができる。

ここで、特許文献（特開２００６−１３４９２６）に開示された作製方法と同様の方法により、Ｙ方向に延在する掘り込み領域が３５０μｍの間隔を隔ててＸ方向に周期的に複数形成され、掘り込み領域のＹ方向のオフ角θａが−０．３３°、Ｘ方向のオフ角θｂが−０．０６°、掘り込み領域の開口幅が３μｍ、深さが３μｍに加工された半導体基板３０７を上記第３実施形態のＭＯＣＶＤ装置３０１の基板ホルダー３０８上に載置し、ＭＯＣＶＤ法により、半導体基板３０７を所定の成長条件で半導体基板３０７上に複数の窒化物半導体薄膜から成る窒化物半導体成長層を積層した。

このようにして窒化物半導体成長層が形成された半導体基板３０７をチップ状に分割して窒化物半導体レーザ素子を複数作製したところ、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板３０７における発振波長面内分布の標準偏差σをσ＝０．５０ｎｍのバラツキに抑えることができた。

また、均熱板の基板ホルダーと対向する面を平面状に形成するとともに、載置面の形状が半導体基板の反りの形状に関係なく平面状に形成された基板ホルダーを用いて窒化物半導体成長層を積層して、窒化物半導体レーザ素子を複数作製したとろ、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板における発振波長面内分布の標準偏差σはσ＝１．３７ｎｍのバラツキであった。すなわち、上述のように、薄膜形成が行われた後、変形する半導体基板３０７の反りの形状と略同一形状に基板載置面３０８ａ及び均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面を加工することにより、基板ホルダー３０８に半導体基板３０７を載置して、成膜原料成分を含有する原料ガスが半導体基板３０７表面で接触して反応・成膜した場合、薄膜形成が行われ半導体基板３０７が変形した後、基板面内における半導体基板３０７と基板載置面３０８ａとの距離および基板載置面３０８ａと均熱板３１５の基板ホルダー３０８と対向する面との距離が略均一になる。これにより、均熱板３１５からの熱伝導により、基板載置面３０８ａが面内で略均一に加熱され、基板載置面３０８ａからの輻射熱により半導体基板３０７を基板面内で略均一に加熱され、その後、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が基板全域にわたり均一化し、作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

（第４実施形態）
図１７は、第４実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図であり、図１８は図１７に示したＸ−Ｘ’線に沿った断面図であり、図１９は図１７に示したＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。ここで、Ｘ方向は〈１１−２０〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に垂直な方向であり、Ｙ方向は〈１−１００〉で半導体基板上に形成された掘り込み領域に対して水平な方向である。図１７〜図１９を参照して、本発明の第４実施形態のＭＯＣＶＤ装置３０１について説明する。

第４実施形態のＭＯＣＶＤ装置４０１は、図１７〜図１９に示すように、反応室内の基板ホルダー４０８と加熱ヒータ４０９との間に均熱板４１５が配され、基板ホルダー４０８の半導体基板４０７と対向する面である基板載置面４０８ａは、薄膜形成が行われた後の半導体基板４０７の反りの形状と略同一形状にするため、Ｘ方向において上に５μｍ凸、Ｙ方向において下に４０μｍ凹んだ形状に加工されている。また、均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面も薄膜形成が行われた後の半導体基板４０７の反りの形状と略同一にするため、Ｘ方向は上に５μｍ凸、Ｙ方向は下に４０μｍ凹んだ形状に加工されている。また、基板ホルダー４０８の均熱板４１５と対向する面は均熱板４１５の形状に合わせて加工されるとともに、均熱板４１５上に第２凸部４０６が４点設けられ、これら第２凸部４０６が基板ホルダー４０８をフローティング状に支持している。つまり、均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面は、基板ホルダー４０８の均熱板４１５と対向する面の形状と略同一であり、このような形状に均熱板４１５および基板ホルダー４０８を成形することにより、基板ホルダー４０８の載置面４０８ａに半導体基板４０７を載置したとき、均熱板４１５からの輻射熱により基板ホルダー４０８が加熱され、基板載置面４０８ａからの輻射熱により半導体基板４０７を加熱することができる。なお、半導体基板４０７の反り方向及び反り量は基板ごとのバラツキが大きいため、想定されるＸ方向およびＹ方向における基板反り量の最大値から基板載置面４０８ａの形状を決定することにより、半導体基板４０７ごとの反り量のバラツキによる半導体基板４０７の表面温度の面内分布の不均一化を防止することができる。

このとき、基板載置面４０８ａと均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面はともに半導体基板４０７の反りの形状と略同一形状に形成されているため、基板面内における半導体基板４０７と基板載置面４０８ａとの距離および基板載置面４０８ａと均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面との距離はそれぞれ略均一になる。また、均熱板４１５上に設けられた第２凸部４０６が基板ホルダー４０８をフローティング状に支持しているため、均熱板４１５からの熱を基板ホルダー４０８へ輻射熱により熱伝導することができる。このため、均熱板４１５と基板ホルダー４０８の接触面の加工精度の不良により均熱板４１５から基板ホルダー４０８へ不均一に熱伝導することを防止することができる。以上より、均熱板４１５からの輻射熱により、基板載置面４０８ａが面内で略均一に加熱され、基板載置面４０８ａからの輻射熱により半導体基板４０７を基板面内で略均一に加熱することができる。

なお、薄膜形成が行われた後の半導体基板４０７の反りの形状と略同一になるように基板載置面４０８ａ及び均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面を加工するかわりに、半導体基板４０７の反りの形状に合わせて少なくとも１つ以上の段差（ステップ）を持つ階段状に基板載置面４０８ａ及び均熱板４１５の基板ホルダー３０８と対向する面を加工した場合においても、同様の効果を得ることができる。この場合、段差（ステップ）の数を多くするほど、加工された基板載置面４０８ａ及び均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面は半導体基板４０７の反りの形状に近似し、略同一化する。例えば、基板載置面４０８ａ及び均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面をそれぞれ格子状に複数の面に分割し、各分割面と対向する半導体基板４０７との距離が略同一になるよう隣接する分割面に段差（ステップ）を持たせて階段状に加工することで、均熱板４１５からの熱伝導により、基板載置面４０８ａが面内で略均一に加熱され、基板載置面４０８ａからの輻射熱により半導体基板４０７を基板面内で略均一に加熱することができる。このとき、基板載置面４０８ａ及び均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面は同一に加工する必要はなく、半導体基板４０７が面内で略均一に加熱されるようにそれぞれの形状を加工しても良い。

また、基板ホルダー４０８上面には基板ホルダー４０８の回転中心に対して等しい円周角で第１凸部４０５が４点設けられ、これら第１凸部４０５が半導体基板４０７をフローティング状に支持する。これにより、半導体基板４０７毎に基板ホルダー４０８との接触度合いが異なることに起因して、半導体基板４０７の表面温度が基板面内で不均一になるのを防ぐことができる。このとき、掘り込み領域がＹ方向に形成された半導体基板４０７を２点の第１凸部４０５でＹ方向に支持するとともに、残り２点の第１凸部４０５で掘り込み領域と垂直方向であるＸ方向に支持する。

また、第１凸部４０５は、薄膜形成による半導体基板４０７の変形時に基板ホルダー４０８と半導体基板４０７とが接触しない程度に十分高さを有している。具体的には、第１凸部４０５は約１００μｍの高さを有している。

また、輻射熱は距離の２乗に反比例するが、本実施形態の基板載置面４０８ａは半導体基板４０７の反りの形状と略同一であるため、基板載置面４０８ａと半導体基板４０７間の距離により、基板面内における基板載置面４０８ａから半導体基板４０７への輻射熱による加熱分布の強弱は変化しない。このため、第１凸部４０５の高さを低く調節して、基板面内における基板載置面４０８ａからの輻射熱により半導体基板４０７を強く加熱することができる。また、第２凸部４０６についても第１凸部４０５と同様に、均熱板４１５と基板ホルダー４０８との対向する面の距離が面内において略同一であるため、第２凸部４０６の高さを低く調節して、基板面内における均熱板４１５からの輻射熱により基板ホルダー４０８を強く加熱することができる。

ここで、特許文献（特開２００６−１３４９２６）に開示された作製方法と同様の方法により、Ｙ方向に延在する掘り込み領域が３５０μｍの間隔を隔ててＸ方向に周期的に複数形成され、掘り込み領域のＹ方向のオフ角θａが−０．３３°、Ｘ方向のオフ角θｂが−０．０６°、掘り込み領域の開口幅が３μｍ、深さが３μｍに加工された半導体基板４０７を上記第４実施形態のＭＯＣＶＤ装置４０１の第１凸部４０５が設けられた基板ホルダー４０８上に載置し、ＭＯＣＶＤ法により、半導体基板４０７を所定の成長条件で半導体基板４０７上に複数の窒化物半導体薄膜から成る窒化物半導体成長層を積層した。

このようにして窒化物半導体成長層が形成された半導体基板４０７をチップ状に分割して窒化物半導体レーザ素子を複数作成し、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板４０７における発振波長面内分布を図２０のグラフにまとめた。図２０は図１７に示したＸ−Ｘ’線に沿った発振波長の面内分布である。図２０のグラフより、窒化物系半導体レーザ素子の波長面内分布の標準偏差σをσ＝０．１ｎｍのバラツキに抑えることができ、基板毎の波長は標準偏差σに最大σ＝２．５ｎｍのバラツキがあった。

また、均熱板の基板ホルダーと対向する面を平面状に形成するとともに、載置面の形状が半導体基板の反りの形状に関係なく平面状に形成された基板ホルダーを用いて窒化物半導体成長層を積層して、窒化物半導体レーザ素子を複数作成し、各窒化物半導体レーザ素子の分割前の半導体基板における発振波長の面内分布の標準偏差σはσ＝１．３７ｎｍのバラツキがあった。

すなわち、上述のように、薄膜形成が行われた後、変形する半導体基板４０７の反りの形状と略同一形状に基板載置面４０８ａ及び均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面を加工することにより、基板ホルダー４０８に半導体基板４０７を載置して、成膜原料成分を含有する原料ガスが半導体基板４０７表面で接触して反応・成膜した場合、薄膜形成が行われ半導体基板４０７が変形した後、基板面内における半導体基板４０７と基板載置面４０８ａとの距離および基板載置面４０８ａと均熱板４１５の基板ホルダー４０８と対向する面との距離が略均一になる。また、均熱板４１５上には第２凸部４０６が４点設けられ、これら第２凸部４０６が基板ホルダー４０８をフローティング状に支持している。これにより、均熱板３１５からの輻射熱により基板載置面４０８ａが面内で略均一に加熱され、基板載置面４０８ａからの輻射熱により半導体基板４０７を基板面内で略均一に加熱され、その後、成長する化合物半導体薄膜の結晶性および層厚が基板全域にわたり均一化し、作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のバラツキを抑えることができる。

本発明の第１実施形態による気相成長装置の反応室の断面図である。 本発明の第１実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図である。 図２のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。 図２のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの変形例を示す上面図である。 図２のＸ−Ｘ’線に沿った発振波長の面内分布である。 図２のＹ−Ｙ’線に沿った発振波長の面内分布である。 本発明の第１実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの変形例を示す上面図である。 図８のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。 図８のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図である。 図１１のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。 図１１のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図である。 図１４のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。 図１４のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図である。 図１７のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。 図１８のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。 図１７のＸ−Ｘ’線に沿った発振波長の面内分布である。 従来の気相成長装置の反応室の断面図である。 化合物半導体薄膜を形成する前の半導体基板の反り量を示すヒストグラムである。 半導体基板の上面図である。 図２３に示した半導体基板のＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線における薄膜形成が行われる前の反り量を示す図である。 図２３に示した半導体基板１０７のＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線における薄膜形成が行われた後の反り量を示す図である。 従来の気相成長装置を構成する基板ホルダーの上面図である。 図２６のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。 図２６のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。 図２３のＸ−Ｘ’線に沿った発振波長の面内分布である。 図２３のＹ−Ｙ’線に沿った発振波長の面内分布である。

符号の説明

１０１ ５０１ ＭＯＣＶＤ装置
１０２ ５０２ 反応室
１０３ ５０３ フローチャンネル
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５ 第１凸部
４０６、５０６ 第２凸部
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７ 半導体基板
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８ 基板ホルダー
１０９ ５０９ 加熱ヒータ
１１１ ５１１ 基板回転機構
１１５、２１５、３１５、４１５、５１５ 均熱板
１１７ ５１７ ガス供給口
１１８ ５１８ ガス排出口

Claims (6)

1. 原料ガス供給口および原料ガス排気口と、前記原料ガス供給口と前記原料ガス排気口との間に配された開口部とを含み、前記原料ガス供給口から前記原料ガス排気口に向かって原料ガスを流すフローチャネルと、
   前記フローチャネルの前記開口部に面するように基板が載置される基板ホルダーと、
   前記基板ホルダーの下部に設けられ基板を加熱する加熱ヒータとを備え、
   前記基板ホルダーは、載置される基板と対向する面が、基板の反りの形状と略同一に、もしくは、基板の反りの形状に合わせて少なくとも1つ以上の段差を持って階段状に形成されていることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記基板ホルダーは、載置される基板と対向する面に、基板を支持する複数の第１凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記基板ホルダーと前記加熱ヒータとの間に配された均熱板をさらに備え、
   前記均熱板は、前記基板ホルダーと対向する面が、前記基板ホルダーの前記均熱板と対向する面の形状と略同一、もしくは、少なくとも1つ以上の段差を持って階段状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置。
4. 前記均熱板は、前記基板ホルダーと対向する面が、基板の反りの形状と略同一、もしくは、基板の反りの形状に合わせて少なくとも1つ以上の段差を持って階段状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の気相成長装置。
5. 前記均熱板は、前記基板ホルダーと面で接触していないことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の気相成長装置。
6. 前記均熱板は、前記基板ホルダーと対向する面に、前記基板ホルダーと接する複数の第２凸部を有することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１に記載の気相成長装置。

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