JP2011222670A

JP2011222670A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2011222670A
Application number: JP2010088821A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tanaka; 進一田中; Tomoaki Kodama; 智昭児玉; Mutsumi Morita; 睦森田; Masayuki Kanechika; 正之金近; Masayuki Makishima; 政幸牧嶋; Yasuo Chikasato; 泰郎近郷; Toshiyuki Sugawara; 利幸菅原
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP5490597B2

Abstract

【課題】基板上に成長結晶層の膜厚均一性を向上させることができ、歩留まりが高い気相成長装置を提供する。
【解決手段】基板１５を支持する底面サセプタ部１４ａと、サセプタ１４ａ，ｂの上面に沿って流れる材料ガス流を供給するノズル１１と、を含む。サセプタ１４ａ，ｂは、それぞれが基板と同一材料からなる、底面サセプタ部１４ａの上面に基板に嵌合する凹状の基板保持部を画定する外周サセプタ部１４ｂとサセプタ１４ａ，ｂの裏面を画定する底面サセプタ部１４ａとから構成されていること、外周サセプタ部１４ｂは、基板１５の上面と同一平面となる基板保持部を囲む上面を有しかつ、基板保持部を囲む上面が基板の上面の結晶面方位と同一の結晶面方位を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体結晶のエピタキシャル成長を行う気相成長装置に関する。

エピタキシャル成長（気相成長）を行う結晶成長装置は、その反応容器（リアクタ）内に導入された反応ガス（材料ガス）が加熱された半導体結晶成長用の基板（ウエハ、成長基板）上で熱分解反応して、化合物やその固溶体結晶となり、その時、基板の結晶面方位を維持したまま同じ結晶面の単結晶層が該基板上に成長するようにした気相成長装置である。

気相成長反応装置のうち、たとえば、２フローリアクタでは、ウエハ上の材料ガスの層流と押さえガス流の合成流で成膜ガス流が形成され、材料ガスは基板と平行に、かつ直上に流される（特許文献１、参照）。その結果、材料ガスが基板に押し付けられるように流れる。この２つのガス流（フロー）構成により、例えば、ＧａＮ結晶成長において、材料ガスが基板上で高温（１０００℃程度）になり約４．５倍の体積膨張が起こっても、基板上で安定的な材料ガス流が保たれる。

図１は従来の２フローリアクタの排気可能な反応容器（図示せず）の内部構造の一例を示す概略断面図である。同図において、１１は材料ガスの層流を水平に供給する材料ガスノズルであり、１２は材料ガスの層流を押さえる押さえガスを供給する押さえガス噴出器であり、１４は回転自在に配置されたサセプタであり、１５は基板であり、１７はサセプタを輻射加熱する加熱器である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱されるサセプタ１４上に基板１５を設置して、基板を加熱する気相成長装置において、凹部（ザグリ）を持つサセプタで基板裏面の外周部を支持することにより、凹部底Bから離間した基板１５の反りなどに起因する基板のスリップを防止する技術が知られている（特許文献２、参照）。

特開平０４−２８４６２３特開平０５−２３８８８２

従来技術のサセプタでは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１５の側面とサセプタ１４の間に隙間ＳＰを生じているため、図３に示すように、基板１５の外周部の隙間ＳＰにて層流ガスフローが乱れ、基板１５の外周部に副生成物を生じさせる。その後、その副生成物が、材料ガスフローと共に基板１５上の内部へ混入し、ヒロックなどの結晶欠陥部位を発生させる。

従来技術では、基板とサセプタが異種材料からなるため、精度良く基板とサセプタを密着させると熱膨張差により、冷却時に基板割れなどを生じる。このため、基板設置スペースに隙間ＳＰが必要となり、この隙間ＳＰにより、副生成物を発生させてしまう。

従来技術では、基板裏面の外周部でサセプタと接しているため基板外周部の温度が内部とは異なり、基板外周部では、膜の均一性が阻害される。結果、基板を回転させつつ成長しても膜厚均一にならず凹状膜厚分布になる。

そこで本発明は、エピタキシャル層の凹状膜厚分布を抑制し、膜厚均一性を向上させることができ、歩留まりが高い気相成長装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明の気相成長装置は、基板を支持するサセプタと、サセプタの上面に沿って流れる材料ガス流を供給するノズルと、を含む。サセプタは、それぞれが基板と同一材料からなる、サセプタの上面に基板に嵌合する凹状の基板保持部を画定する外周サセプタ部とサセプタの裏面を画定する底面サセプタ部とから構成されていること、外周サセプタ部は、基板の上面と同一平面となる基板保持部を囲む上面を有しかつ、基板保持部を囲む上面が基板の上面の結晶面方位と同一の結晶面方位を有することを特徴とする。

かかる本発明の構成により、基板上に流入するガスフローを乱すことがなくなると共に、副生成物の発生範囲を狭くして外周サセプタ部上に収めることができる。そのため、副生成物の発生箇所と基板との距離が遠くなることでガスフローにより基板上に副生成物流入する可能性が低くなる。特に、外周サセプタ部の材料ガス接触上面を基板と同じ材料かつ、同じ結晶面方位で作製することにより、外周サセプタ部上にも基板同様に結晶成長が行われるためである。基板上に流入する層流ガスフローを乱すことがなくなるので、基板外周部への副生成物の発生および、その混入によるヒロックの発生、ひいては結晶欠陥の発生を抑制することができる。また、従来なし得なかった基板外周部までの均一な膜成長を実現できる。このため、エピタキシャル基板からのＬＥＤチップの歩留まりが向上できる。

従来では基板異種材料で構成されていたサセプタを、かかる本発明の構成によれば、基板と同じ材料により構成するので、加熱および冷却による熱膨張差がなくなるため加工限界の精度レベルでサセプタと基板とを密着させることができるようになり、結晶成長中、基板とサセプタとの間および、基板裏面に材料ガスが流れ込むことがなく、層流ガスフローの乱れをなくすことができる。

本発明のエピタキシャル成長層の製造方法は、成長基板と同一材料からなり、成長基板が嵌合する凹状の基板保持部と、成長基板の上面と同一平面に位置しかつ成長基板の上面の結晶面方位と同一の結晶面方位を有する基板保持部を囲む上面と、を備えたサセプタを気相成長装置に用意する工程と、サセプタの基板保持部に成長基板を載置する工程と、サセプタを加熱し回転させつつ、成長基板上に材料ガスを供給してエピタキシャル成長する工程と、を含むことを特徴とする。かかる本発明の製造方法によれば、基板外周部への副生成物の発生を抑制することができ、ガスフローへの副生成物の流入等を抑制することができる。また、凹状の基板保持部と基板側面に隙間が不要となったことにより、基板裏面への材料ガスの回りこみ、層流ガスフローの乱れがなくなる。さらに、サセプタと成長基板とを同一材料で構成することにより、加工精度限界まで基板保持部においてサセプタと基板を密着させても、基板割れを生じることなく結晶成長ができるようになる。

従来の２フローリアクタの内部構造を示す概略断面図である。従来のサセプタおよび基板の概略断面図である。従来の２フローリアクタのサセプタと材料ガスノズルの関係を示す概略上面図である。本発明による実施形態の２フローリアクタの内部構造を示す概略断面図である。本発明による実施形態の２フローリアクタの嵌合サセプタおよび基板の概略断面図である。本発明による実施形態の２フローリアクタの嵌合サセプタと材料ガスノズルの関係を示す概略斜視図である。本発明による他の実施形態の２フローリアクタの嵌合サセプタおよび基板の概略断面図である。

以下に、本発明による一実施形態の装置について、図面を用いて説明する。

図４は、横形の成長炉として構成された実施形態の２フローリアクタの排気可能な反応容器（図示せず）の内部構造を示す概略断面図である。同図において、１１は材料ガスノズルであり、１２は押さえガス噴出器であり、１３は押さえガスを受けるためのフロー補助板であり、１４ａは底面サセプタ部であり、１４ｂは外周サセプタ部であり、１５は半導体成長用の基板であり、１６は遮熱板であり、１７は加熱器であり、２０は水冷ジャケットである。図５は、実施形態の２フローリアクタの嵌合サセプタおよび基板の概略断面図である。図６は、かかる２フローリアクタの嵌合サセプタと材料ガスノズルの関係を示す概略斜視図である。

底面サセプタ部１４ａは円盤形状をしており、その中心に回転軸を持ち、１０回／ｍｉｎ〜３０回／ｍｉｎで回転できる。

また、フロー補助板１３は、その上面が外周サセプタ部１４ｂと基板の上面と同一平面となるように、底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂに取り付けられており一緒に、回転する。また、加熱器１７は、底面サセプタ部１４ａ裏面に取り付けられており、外周サセプタ部１４ｂより若干大きく底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂを均一な温度に１０００℃以上に加熱できる。加熱器１７の近傍には、熱電対が設置され、その値から温度制御して底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂを設定温度に加熱する。なお、基板１５を保持する底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂは嵌合サセプタと呼ぶこととして、後に詳述する。

遮熱板１６は、加熱器１７の外周に位置し、加熱器の輻射熱でノズル１１が加熱されないように遮断する。なお、遮熱板１６の外周に水冷ジャケット２０が設けると更に断熱性は向上する。また、水冷ジャケット２０の上端はフロー補助板１３の直下まで延長されている。但し、フロー補助板１３の回転を妨げないように僅かな隙間を設けてある。

一般にＧａＮ系エピタキシャル結晶成長は、材料分解位置が基板に近いほうが良質な結晶が成長する。これは、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓなどが８００℃程度で成長するのに対してＧａＮ系結晶では１０５０℃と高温で成長するため、従来のＭＯＣＶＤ装置と同様な熱設計では材料分解が基板遠方の上流で開始されるので、材料の枯渇による成膜エリアが減少する問題や、基板上への不活性結晶種が飛来し結晶性が低下する問題が発生することを防止するためである。

ＧａＮ結晶の結合エネルギーは高く、結晶の融点は２５００℃以上である。そのため、基板表面で材料ガス（例えばＴＭＧａとＮＨ_３）が分解生成した結晶種（ＧａＮ最小単位）が、結晶成長面の安定サイトに移動し、結合する時間を長くするために、結晶成長温度が約１０５０℃と高くなる。また、同理由により基板成長面以外の低温部で生成した結晶種（不活性結晶種）は、ただちにエネルギーを失うため結晶成長に寄与できない（再加熱しても十分なエネルギーに達しない）。または、多結晶の核などになり結晶成長を阻害する。一方、ＴＭＧａなどの有機金属化合物の分解温度は約４００℃〜４５０℃と低い。そのため、４００℃〜４５０℃のガス材料分解熱の温度分布（ガス材料分解熱等温度線）が基板より離れていると、成長速度が遅くなったり、基板全面に結晶成長できなったり、結晶性が低下する。以上より、ＧａＮ系結晶の成長においては、材料ガスのガス材料分解熱等温度線をできる限り基板上流端に近づける必要があるので、材料ガスノズル１１と基板１５の距離は基板から５ｍｍ〜１５ｍｍ以内とされている。

そこで、図４に示すように、円形基板１５を用いる場合、基板の均熱性を作り易い理由によって、底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂおよび加熱器１７を円形になし、エピタキシャル成長膜が均一になるように基板を担持した底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂを回転させる。

ところで、ＧａＮ系結晶を成長させる場合は、成長温度が１０５０℃と高温であるため、その輻射熱は基板遠方まで到達する。遮熱対策をしないと基板遠方より材料ガスの熱分解が起こり、基板上への材料ガス供給量が激減し枯渇する問題が発生する。また遠方で分解した材料ガスの残渣成分が基板へのエピタキシャル成長を阻害するため、ＧａＮ系結晶の結晶品質を低下させる問題が発生する。

材料ガスノズル１１は、基板１５に対し水平もしくは数度傾斜した状態で設置されていて基板上に材料ガスを噴射する。ここで、材料ガスには、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、アンモニアガス（ＮＨ_３）、ｎ型ドーパントガス（モノシランガス（ＳｉＨ_４）、ジシランガス（Ｓｉ_２Ｈ_６））、有機金属ガス（ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、Ｃｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム））を含む。

押さえガス噴出器は基板中央部上面に設置され基板に対し垂直もしくは数度で材料ガスの下流部方向に傾斜した状態で設置されている。押さえガス噴出器１２は、材料ガスの層流を外周サセプタ部１４ｂと基板１５の全面に押さえる押さえガスを供給する。押さえガス噴出器から噴出されるガスは水素ガスもしくは窒素ガスであり、材料ガスは含まない。押さえガス噴出器１２からの押さえガス流（フロー）としては、基板１５を覆う面積で、基板と垂直からやや斜めの角度θ（０°≦θ＜４０°）にＨ_２またはＮ_２またはこれらの混合ガスを吹付ける。

（嵌合サセプタ）
化学気相成長方法において、基板（サファイア、ＧａＮなど）１５を保持する底面サセプタ部１４ａおよび外周サセプタ部１４ｂからなる嵌合サセプタを説明する。

底面サセプタ部１４ａは基板１５と同質材料からなる。外周サセプタ部１４ｂも基板１５と同質材料からなる。嵌合サセプタは、基板同質材料から形成されるため、結晶成長中の加熱、冷却による熱膨張も基板と同様の変化を示すため、基板設置時と同様の基板と底面サセプタ部１４ａの密着状態を維持できる。その結果、結晶成長中、基板と底面サセプタ部１４ａの間および、基板裏面に材料ガスが流れ込むことがなく、層流ガスフローの乱れをなくすことができる。これにより、基板外周部への副生成物の発生および、その混入によるヒロックの発生、ひいては結晶欠陥の発生を抑制することができる。

底面サセプタ部１４ａには、図５に示すように、基板１５を支持するための窪み（凹状の基板保持部の下側の凹部）が高精度に形成されており、この凹部位置に基板を嵌合させ設置することにより、加工限界の精度レベルで底面サセプタ部１４ａと基板１５を密着させることができる。経験的には、±０．０５ｍｍの加工精度があれば、フローの乱れを誘発する隙間および段差とはならない。このように、底面サセプタ部１４ａの上面に基板の裏面を支持する接触部１４ａｃが設けられる。

底面サセプタ部１４ａ上の基板セット位置に配置される基板１５の外周部には、基板と同一結晶面を上面として持つ環状の外周サセプタ部１４ｂを別部品として配置する。外周サセプタ部１４ｂに基板を嵌合させ設置することにより、加工限界の精度レベルで外周サセプタ部１４ｂと基板を密着させることができる。ここで、嵌合させるとは外周サセプタ部１４ｂと基板１５の隙間が０．０５ｍｍ以下であることをいう。基板１５は、その上面１５ｃが外周サセプタ部１４ｂの上面１４ｂｃと共に同一平面となるように、底面サセプタ部１４ａ上に載置される。すなわち、外周サセプタ部１４ｂは基板１５の側面に嵌合するように環状に形成され、外周サセプタ部の上面１４ｂｃが底面サセプタ部１４ａの接触部１４ａｃから基板の上面１５ｃに一致する高さHで同一平面となるように形成されている。すなわち底面サセプタ部１４ａと外周サセプタ部１４ｂで画定される凹状の基板保持部の深さHが基板１５の厚さとなっている。

さらに、外周サセプタ部１４ｂの材料ガス接触上面１４ｂｃは、基板上面１５ｃと同一の結晶面方位とし、基板と同様モード（２次元成長、３次元成長など）の成長が行われるようにする。結晶面方位には、ｃ面、ｍ面、Ｒ面、ｎ面など、あるいはこれらの面からオフセットされた面を含む。たとえば、ｃ面ではａ軸方向へ±０．０５°またはｍ軸方向へ±０．０５°のオフ角度のものが同一の結晶面方位に含まれる。このオフ角度以内であれば許容できるレベルの成長が再現できる。外周サセプタ部１４ｂを別部品とする理由は、様々な結晶面方位を持つ基板を使用する際にも、外周サセプタ部１４ｂのみ変更すれば、対応可能となるためである。ある結晶面方位を持つ基板のみを繰り返し使用する場合には、別部品とせず、外周サセプタ部１４ｂと底面サセプタ部１４ａを一体化しても良い。また、外周サセプタ部１４ｂの結晶面方位については、目的に応じて、多種多様に基板が変更されることから、上記に記載した結晶面方位に限定されないことは言うまでもない。外周サセプタ部１４ｂの半径方向の大きさ（幅）は、０．５〜５ｍｍが望ましい。０．５ｍｍ以下の場合、基板外周部と外周サセプタ部１４ｂ外周部との距離が近すぎるため、以下に述べる外周サセプタ部１４ｂの効果が小さい。５ｍｍ以上の場合、外周サセプタ部１４ｂの効果は損なわれないが、リアクタ自体が大きくなってしまうので、適当な大きさが良い。

外周サセプタ部１４ｂと基板１５の結晶面方位を一致させるために、図６に示すように、外周サセプタ部１４ｂは、基板１５のオリフラFに一致する内周オリフラFｂを備える。

外周サセプタ部１４ｂの厚みの違いにより、図５に示す外周サセプタ部の薄型タイプの他に、図７に示す外周サセプタ部の厚型タイプがある。薄型タイプは、基板厚みより、外周サセプタ部１４ｂの厚みが薄いタイプである。低材料コストであるが、機械的強度が懸念事項となる。厚型タイプは、基板厚みより、外周サセプタ部１４ｂの厚みが厚いタイプである。材料コストはかかるが、機械的強度の問題がなくなる。図７に示す外周サセプタ部の厚型タイプの場合、底面サセプタ部１４ａの接触部１４ａｃが凹部ではなく凸部となるが、かかる凸部接触部１４ａｃの外側面に外周サセプタ部１４ｂが基板１５とともに嵌合する。これら薄型や厚型のタイプは、基板の厚み、大きさに応じて最適なタイプを選択することが好ましい。

本実施形態によると外周サセプタ部１４ｂ（基板に合わせて結晶面方位を変更する）上面自体にも結晶成長が行われるため、従来法に比べ、基板のより外周部まで正常な成長膜が得られ、より大面積での均一な膜成長を実現できる。

なお、サファイア基板など光透過性を有する材料からなる底面サセプタ部１４ａの場合は、その裏面には、図５（ｂ）に示すように、基板セット面と反対側下方に位置する加熱器からの熱を吸収するようにＳｉＣ被覆膜１８を形成する。ＳｉＣ被覆膜１８が１５μｍ×２回被覆膜の３０μｍ厚程度であれば熱吸収を行える。ＳｉＣ被覆膜が、３０μｍ厚未満と薄い場合、熱吸収が不十分となり、厚すぎると基板と同一の熱膨張変化を行えなくなるためである。

ＳｉＣ被覆膜１８は、底面サセプタ部１４ａの裏面全体に熱吸収するように施され、その際、基板セット用の窪み半径方向幅（面積）より、大きいことが不可欠である。これは、基板のみでなく、基板外周に位置する外周サセプタ部１４ｂへの加熱も均一に行うためである。外周サセプタ部１４ｂ外周部から幅３ｍｍ以上大きい半径の加熱器を設置することが望ましい。

なお、気相成長装置として、２フローリアクタ装置で説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。

なお、上記気相成長装置では、材料ガスが基板半径方向である横方向から噴射されるように配置されているが、特に、この例に限定されるものではなく、気相成長装置では材料ガスが上方から噴射されるように配置されても良く、様々な化学気相成長装置の構成に対応可能である。

実施形態では、サファイア基板上にＧａＮ層の成長例が挙げられるが、その他の本実施形態を適用可能な組み合わせは、サファイア基板上にＡｌＮ層、ＧａＮ基板上にＧａＮ層、ＧａＮ基板上にＡｌＮ層を、成膜する場合なども挙げられる。

上記実施形態では、フロー補助板１３の上面が外周サセプタ部１４ｂと基板１５の上面と同一平面となるように、設けられ、フロー乱れのないものであるが、他の実施形態においては、フロー補助板１３を除いたり、あるいは、フロー補助板１３上に外周サセプタ部１４ｂと基板１５の上面が突出させる場合も、本発明は実行可能であり、この場合、副生成物が外周サセプタ部１４ｂの外側端部（側面）に生成されている。しかしながら、従来に比べ、温度の影響のみになるので副生成物生成範囲は狭くなり（量の減少）、かつ基板までの距離も遠くなる。その結果、基板上への副生成物、ヒロック、結晶欠陥の発生が従来方法より少なくなる。

以下に、上記の嵌合サセプタを用いたリアクタ構成にて製造する結晶成長およびＬＥＤチップ化プロセスを記載する。

上記実施形態の２フローリアクタ装置によりＧａＮ結晶などを成長させ、半導体発光そしを製造した。

２フロータイプのＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置にて、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を成長可能な基板（ｃ面サファイア基板）を準備し、この基板上にＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮからなるｎ層、活性層、ｐ層が積層された半導体膜を結晶成長させた。

具体的には、成長用の基板には、２インチφのｃ面サファイア単結晶基板、厚みｔ＝０．４３ｍｍ、面方位が＜１０−１０＞方向へ０．０５°傾いた０．０５°オフ基板、いわゆる（０００１）０．０５°off to＜１０−１０＞基板を用いた。よって、嵌合サセプタも（０００１）０．０５°off to＜１０−１０＞の面方位のｃ面サファイア単結晶板から切り出した。まず、サファイア基板を反応容器内の嵌合サセプタに設置し、水素雰囲気中１０００℃で１０分間加熱し、サーマルクリーニングを行った。

次に、ノズルから約５００℃でＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を流量１０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３（アンモニアガス）を流量３．３ＬＭで３分間供給して、サファイア基板上に低温バッファ層（ＧａＮ層）を形成した。押さえガスにはＨ_２（水素）＋Ｎ_２（窒素）を１：１の混合比で３０Ｌ／ｍｉｎ流した。

その後、１０００℃まで昇温し、形成した低温バッファ層を結晶化させ、そのままの温度でノズルからＴＭＧａを流量４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を流量４．４ＬＭで２０分間供給して結晶化した低温バッファ層上に下地ＧａＮ層を約１μｍの厚さに形成した。押さえガスにはＨ_２（水素）＋Ｎ_２（窒素）を１：１の混合比で３０Ｌ／ｍｉｎ流した。

次に温度１０００℃でＴＭＧａを流量４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を流量４．４ＬＭ、ＳｉＨ_４（モノシラン）を流量２．７×１０^−９μｍｏｌ／ｍｉｎで４０分間供給して、ｎ型ＧａＮ層を約２〜４μｍの厚さに成長させた。押さえガスにはＨ_２（水素）＋Ｎ_２（窒素）を１：１の混合比で３０Ｌ／ｍｉｎ流した。

活性層には例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造を適用した。ここでは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮを１周期として、５周期成長を行った。温度約７００℃で、ＴＭＧａを流量３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を流量１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を流量４．４ＬＭで３３秒間供給して膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を成長させ、ＴＭＧａを流量３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を流量４．４ＬＭで３２０秒間供給して膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層を成長させることを５周期分繰り返した。これらでは、押さえガスにはＮ_２（窒素）を３０Ｌ／ｍｉｎ流した。

その後、温度を８７０℃まで上げ、ＴＭＧａを流量８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を流量７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を流量４．４ＬＭ、Ｃｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を流量２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎで５分間供給して、膜厚約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長させた。引き続き、温度８７０℃でＴＭＧａを流量１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を流量４．４ＬＭ、ｃｐ２Ｍｇを流量２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎで７分間供給して、膜厚約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を成長させた。押さえガスにはＨ_２（水素）＋Ｎ_２（窒素）を１：１の混合比で３０Ｌ／ｍｉｎ流した。

その後、半導体膜が積層された基板を反応容器から取り出し、基板上の成膜状態を観察した。従来方法であれば、２インチφのｃ面サファイア基板であれば外周６ｍｍ幅で異常成長部が現れ膜厚分布は同心円状の凹状であったが、この実施例では基板の外周まで全面に亘って正常成長ミラー部が形成されていた。

得られた基板に対して、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）などを用いて、Ｃｌ_２ドライエッチングを行うことにより、ｎ型ＧａＮ層を露出させた。次いで、フォトリソグラフィなどにより、電極形成部分に開口を持つレジストマスクを形成し、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法などを用いて、ｎ電極金属（Ｔｉ／Ａｌなど）を成膜した。続いて、リフトオフにより、ｎ電極を所望のパターンに形成した。さらにｎ電極のオーミック性を向上させるためにＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌｉｎｇ）などを用いて、温度５００℃で２０秒間、合金化処理を行った。そして、ｐ電極として透明導電膜（ＩＴＯなど）およびパッド電極（ＴｉＡｕなど）をスパッタおよびＥＢ蒸着法などを用いて成膜させた。最後に、レーザースクライブ、ダイシングなどを用いて、素子分離を行い、ＬＥＤチップが作製された。

実施例にて作製された発光素子の発光波長バラツキを観察した。従来方法による素子では発光波長は基板中心部で短く、同心円状に基板周囲方向に長波長化したが、実施例のものでは基板の外周から得られた素子まで標準偏差の低い特性の揃ったものが得られた。

１１材料ガスノズル
１４サセプタ
１５基板
１６遮熱板
２０水冷ジャケット
１２押さえガス噴出器
１３フロー補助板
１７加熱器
１８ＳｉＣ被覆膜

Claims

基板を支持するサセプタと、前記サセプタの上面に沿って流れる材料ガス流を供給するノズルと、を含み、
前記サセプタは、それぞれが前記基板と同一材料からなる、前記サセプタの上面に前記基板に嵌合する凹状の基板保持部を画定する外周サセプタ部と前記サセプタの裏面を画定する底面サセプタ部とから構成され、
前記外周サセプタ部は、前記基板の上面と同一平面となる前記基板保持部を囲む上面を有しかつ、前記基板保持部を囲む上面が前記基板の上面の結晶面方位と同一の結晶面方位を有すること、を特徴とする気相成長装置。
前記底面サセプタ部の裏面側に加熱器を備え、前記加熱器からの熱を吸収するＳｉＣ被覆膜が前記底面サセプタ部の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
前記外周サセプタ部が前記底面サセプタ部と一体となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長装置。
成長基板と同一材料からなり、前記成長基板が嵌合する凹状の基板保持部と、前記成長基板の上面と同一平面に位置しかつ前記成長基板の上面の結晶面方位と同一の結晶面方位を有する前記基板保持部を囲む上面と、を備えたサセプタを気相成長装置に用意する工程と、
前記サセプタの前記基板保持部に前記成長基板を載置する工程と、
前記サセプタを加熱し回転させつつ、前記成長基板上に材料ガスを供給してエピタキシャル成長する工程と、を含むこと、を特徴とするエピタキシャル成長層の製造方法。
前記成長基板がサファイアまたはＧａＮであることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャル成長層の製造方法。
成長基板の裏面を支持する接触部が上面に設けられ、かつ前記成長基板と同一材料からなる底面サセプタ部と、
前記接触部上に載置された前記成長基板の側面に嵌合するように前記成長基板と同一材料で形成され、かつ前記成長基板の上面にと同一平面となるとともに前記成長基板の上面の結晶面方位と同一の結晶面方位の上面を有する外周サセプタ部と、を含むことを特徴とする気相成長用サセプタ。