JP2011249675A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の一面に面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造する発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】平坦面１ａからなる素子形成部７と、平面視したときに素子形成部７を囲むように設けられ、板厚が外周１ｇ側に向けて薄くされた面取り部１ｄとを備えた基板１を、基板保持部材２の一面２ａに設けた凹部２ｈに、平坦面１ａが基板保持部材２の一面２ａに沿うように配置してから、平坦面１ａに沿って原料ガスを流して、平坦面１ａに半導体膜を成膜する工程と、前記半導体膜上に電極を形成してから、基板１を分割して複数の発光素子を形成する工程と、を有する発光素子の製造方法を用いることにより、上記課題を解決できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）などの半導体発光素子（以下発光素子という。）は、サファイア単結晶などのウエハ基板上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層などの半導体層（化合物半導体層とも言う。）を連続成膜して製造する。
前記半導体層の成膜方法としては、通常、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（以下、ＣＶＤ法）や有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；以下、ＭＯＣＶＤ法）などのドライプロセスが用いられる。前記ドライプロセスでは、ウエハなどの基板を基板保持部材（サセプタ）に保持した状態で前記半導体膜の成膜を行う。

図１１は、従来の発光素子の製造方法で用いられる基板保持部材（サセプタ又はウエハキャリヤとも呼ばれる。）と基板（ウエハ）の一例を示す図であって、図１１（ａ）は平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ’線の断面図である。
図１１（ａ）に示すように、例えば、平面視略円形状の基板保持部材２の一面には、平面視略円形状の凹部２ｈが４つ設けられており、各凹部２ｈには、サテライトディスク４を介して、平面視略円形状の基板１１が配置されている。

図１１（ｂ）に示すように、基板保持部材２には回転軸３が取り付けられており、中心軸ｍを軸として基板保持部材２を回転可能とされている。
また、図１１（ａ）に示すように、基板保持部材２の回転とは独立して、各基板１１は回転軸ｎを軸として回転可能とされている。

従来の発光素子の製造工程では、基板保持部材２及び各基板１１を回転軸ｍ、ｎを軸として回転させた状態で、ＣＶＤ用の原料ガスを各基板１１の一面１１ａ上に吹き付けて、半導体層を連続成膜する。しかし、このとき、前記原料ガスに乱流が生じて、各基板１１の一面１１ａ内において、半導体層の膜厚や組成が均一になされない場合があった。

図１２は、原料ガスの乱流の一例を示す拡大断面図である。
図１２に示すように、基板１１は、基板１１の一面１１ａが基板保持部材２の一面２ａから突出するように配置されている。そのため、基板保持部材２の中心２ｃ側から外周２ｇ側へ向けて基板保持部材２の一面２ａに沿って流される原料ガスＧ_１が、基板１１の外周側面１１ｇに衝突して、基板１１の外周端部１１ｄで乱流を生じる。

例えば、青色発光素子の製造工程で発光層の成膜のために原料ガスＧ_１としてインジウムを含むガスを用いた場合には、基板１１の外周端部１１ｄの半導体膜にはインジウムが多く取り込まれる。そのため、外周端部１１ｄ周辺の発光層からの発光色は、長波長化し、基板１１の中心１１ｃ付近の発光層からの発光色と相違する。
その結果、基板１１から製造される複数の発光素子チップにおいて、発光波長のバラツキ（発光波長の標準偏差σ）が大きくなり、目的とする波長を有する発光素子チップの収率に大きく影響を及ぼしてしまう。
また、同様に、発光層以外の半導体膜（例えば、ｎ型半導体層やｐ型半導体層）の成長過程でも、基板面内における組成のバラツキを生じ、ひいては結晶性の低下を招く。
一方、基板の外周端部（エッジ）は、クラックの発生を防止する目的で、一般に面取りすることが第２高調波発生デバイスに用いられるサファイア基板等で知られている（特許文献１）。

特開平０６―２８１９８３号公報

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、基板面内の発光波長分布が均一である半導体膜を形成することで、前記基板から得られる複数の半導体発光素子の発光波長のバラツキ（σ）を小さくすることが可能な半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
（１） 平坦面からなる素子形成部と、平面視したときに前記素子形成部を囲むように設けられ、板厚が外周側に向けて薄くされた面取り部とを備えた基板を、基板保持部材の一面に設けた凹部に、前記平坦面が前記基板保持部材の一面より高く配置し、かつ前記基板保持部材の一面が、前記面取り部の上端と下端の間の高さに位置するように配置してから、前記平坦面に沿って原料ガスを流して、前記平坦面に半導体膜を成膜する工程と、
前記半導体膜上に電極を形成してから、前記基板を分割して複数の発光素子を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
（２） 前記平坦面と前記基板保持部材の一面との高さの差が１００μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（３） 前記基板保持部材をその一面に垂直な中心軸周りに回転させるとともに、前記基板を前記平坦面に垂直な中心軸周りに回転させて、前記半導体膜を成膜することを特徴とする（１）または（２）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（４） 前記面取り部が、外周側に向けて板厚を薄くなるような傾斜面を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
（５） 前記面取り部が、外周側に向けて板厚を薄くなるような湾曲面を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
（６） 前記原料ガスが、Ｖ族元素を含むガスとＩＩＩ族元素を含むガスの２種類のガスを含み、前記Ｖ族元素を含むガスを、前記ＩＩＩ族元素を含むガスよりも前記平坦面に近づけて流すことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板面内の発光波長分布が均一である半導体膜を形成することが可能となり、１つの基板から得られる複数の半導体発光素子の発光波長のバラツキ（σ）を小さくすることができる。

すなわち、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板の平坦面が基板保持部材の一面より高く配置し、かつ基板保持部材の一面が、面取り部の上端と下端の間の高さに位置するように配置してから、前記平坦面に沿って原料ガスを流すので、基板の面取り部において原料ガスの流れを乱すことなく、前記基板の一面に面内分布が均一な半導体特性を有する半導体膜を形成することができ、均一な発光特性を有する複数の半導体発光素子を製造できる。

本発明の半導体発光素子の製造方法に用いる基板を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法で用いられる基板保持部材と基板の一例を示す概略図であって、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ部の拡大断面図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法を示す概略図であって、図３（ａ）は原料ガスの流れの一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は断面図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法に用いる基板の別の例を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法を示す概略図であって、原料ガスの流れの一例を示す断面図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法に用いる基板の別の例を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法を示す概略図であって、原料ガスの流れの一例を示す断面図である。 参考例としての半導体発光素子の製造方法で用いられる基板保持部材と基板の別の一例を示す拡大断面図である。 参考例としての半導体発光素子の製造方法を示す概略図であって、原料ガスの流れの一例を示す断面図である。 本発明の半導体発光素子の製造方法を示す概略図であって、原料ガスの流れの別の一例を示す断面図である。 従来の半導体発光素子の製造方法で用いられる基板保持部材と基板の一例を示す概略図であって、図１１（ａ）は平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ’線の断面図である。 従来の半導体発光素子の製造方法の一例を示す工程図であって、原料ガスの乱流の一例を示す拡大断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
（第１の実施形態）
本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、基板の面取り部の板厚を外周側に向けて薄くする工程（第１工程）と、前記基板を前記基板保持部材の凹部に配置してから、原料ガスを流して前記基板の一面（平坦面）に半導体膜を成膜する工程（第２工程）と、半導体膜上に複数の電極を形成した後、前記基板を分割して複数の発光素子を形成する工程（第３工程）と、を有する。

（第１工程）
図１に示すように、円板状のウエハ（以下、基板）１の外周１ｇ側の板厚が基板１の中心１ｃ側から基板１の面取り部１ｄ側に向けて薄くなるように面取りして、面取り部１ｄを形成する。面取り部１ｄを設けるための加工方法は特に限定されるものではなく、例えば、公知の研磨装置を用いることができる。面取り部１ｄの形成により、基板１の一面である平坦面１ａは、平面視したときに面取り部１ｄによって囲まれた素子形成部７となる。

図１に示すように、本実施形態では、厚さｄ_１の断面視略矩形状の基板１を用いる。基板１の面取り部１ｄには、傾斜面１ｅ、１ｆが形成されており、中心１ｃ側から外周１ｇ側に向けて板厚が薄くなるように加工された薄肉部１ｋが形成されている。
傾斜面１ｅは平坦面１ａと角度θ_４をなす傾斜面であり、一面側からｄ_４の深さだけ面取りされて、面取り部１ｄが形成されている。また、傾斜面１ｆは平坦面１ａと角度θ_５をなす傾斜面であり、他面側からｄ_５の深さだけ面取りされて、面取り部１ｄが形成されている。なお、角度θ_４は作業性からθ_５と同一にしてもよいが、角度θ_５以下とすることが好ましい。

面取り部１ｄの形成は、基板の段階で実施しても、基板上にバッファ層や下地層などを形成したウエハとしてから実施してもよい。

基板１としては、２インチ、４インチ、６インチなどの径のウエハなどを用いる。基板１の厚みは、例えば、０．２〜１．５ｍｍ程度に設定される。

（第２工程）
図２は、本発明の実施形態である発光素子の製造方法のドライプロセスで用いられる基板保持部材と基板の一例を示す概略図であって、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ部の拡大断面の概略図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、基板保持部材２は、円板状の部材である。
図２（ａ）に示すように、基板保持部材２の中心２ｃと外周２ｇの間には、例えば４つの平面視円形状の凹部２ｈが設けられている。基板保持部材２としては、例えば、グラファイトなどを用いる。なお、本実施形態では、基板保持部材２に凹部２ｈを４つ設けているが、凹部２ｈの数は特に限定されず、例えば、６つの凹部２ｈを形成してもよい。

図２（ｃ）に示すように、断面視矩形状の凹部２ｈは、基板保持部材２の一面２ａから深さｄ_３で形成されている。
第２工程では、まず、図２に示すように、基板保持部材２の凹部２ｈに、サテライトディスク４を介して、基板１を嵌合する。基板１はその平坦面１ａが基板保持部材２の一面２ａと同一の高さ、もしくはそれよりもわずかに突出するように、凹部２ｈに配置されている。即ち、平坦面１ａを基板保持部材２の一面２ａより高く配置し、好ましくは基板保持部材２の一面２ａが、面取り部１ｄを構成する傾斜面１ｅの上端と下端の間の高さに位置するように配置する。

また、平坦面１ａと基板保持部材２の一面２ａが同じ高さになるように配置してもよい。具体的には、平坦面１ａと基板保持部材２の一面２ａの段差が１００μｍ以下になるように配置することが好ましい。これにより、基板保持部材２の一面２ａから基板１が突出する高さを低くして、後述する工程で、半導体膜形成のための原料ガスの乱流の発生を抑制できる。

なお、図２（ｂ）に示すように、基板保持部材２の他面２ｂには、他面２ｂに垂直な中心軸ｍと同軸の回転軸３が取り付けられており、中心軸ｍの周りに基板保持部材２を所定の速度で回転させることができる構成とされている。また、凹部２ｈでも中心軸ｎの周りに各基板１を所定の速度で回転させることができる構成とされている。

基板保持部材２に基板１を配置した後、基板保持部材２を成膜装置のチャンバー内に配置し、チャンバー内を減圧する。
次に、基板保持部材２の一面２ａに沿って、図３に示すように、ＣＶＤ用の原料ガスＧ_１を流して、平坦面１ａに半導体膜を成膜する。

図３は、本発明の実施形態である発光素子の製造方法を示す図であって、図３（ａ）は原料ガスの流れの一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は断面図である。
図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ用の原料ガスＧ_１は、基板保持部材２の中心２ｃ側から外周２ｇ側へ向けて放射状に流される。また、図３（ｂ）に示すように、原料ガスＧ_１は、基板保持部材２の一面２ａに沿って流される。

また、図３（ｂ）に示すように、原料ガスＧ_１は、基板保持部材２の一面２ａに平行に流される。このとき、平坦面１ａは基板保持部材２の一面２ａに平行に配置されているので、原料ガスＧ_１は、平坦面１ａに平行に流される。また、基板１は、平坦面１ａが基板保持部材２の一面２ａからわずかに突出するように配置されているが、中心１ｃ側から外周１ｇ側に向けて板厚が薄くなるように加工されてなる面取り部１ｄが形成されているので、原料ガスＧ_１の流れが、基板１の面取り部１ｄで乱されることがない。これにより、平坦面１ａに原料ガスＧ_１を均一の流速で吹き付けることができ、基板１の面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を成膜できる。

なお、平坦面１ａに半導体膜を成膜する際に、基板保持部材２と基板１を、それぞれの中心軸ｍ、ｎの周りに回転させる。基板保持部材２と基板１を、それぞれの中心軸ｍ、ｎの周りに回転させることにより、平坦面１ａに原料ガスＧ_１をより均一に吹き付けることができ、基板１の面内方向でより均一の半導体特性を有する半導体膜を成膜できる。

（第３工程）
半導体膜成膜後、前記半導体膜上に電極を形成してから、基板１を分割して複数の発光素子を形成する。同じ基板から分割された複数の発光素子は、ほぼ均一の半導体特性を有する半導体膜からなるので、発光特性がほぼ均一の発光素子を大量に製造することができる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、平坦面１ａからなる素子形成部と、前記素子形成部を囲むように設けられ、板厚が外周１ｇ側に向けて薄くされた面取り部１ｄとを備えた基板を、基板保持部材２の一面２ａに設けた凹部２ｈに、平坦面１ａが基板保持部材２の一面２ａに沿うように配置してから、平坦面１ａに沿って原料ガスＧを流して、平坦面１ａに半導体膜を成膜する工程と、前記半導体膜上に電極を形成してから、基板１を分割して複数の発光素子を形成する工程と、を有する構成なので、基板１の面取り部１ｄで、原料ガスの流れを乱すことなく、平坦面１ａに面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、基板１から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。また、たとえ、平坦面１ａを通過した原料ガスＧ_１の流れが乱されて、面取り部１ｄの近傍で乱流が発生し、面取り部１ｄに規格外の濃度の半導体膜が形成されたとしても、これを除去して、規格外の発光素子の発生を抑制できる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、平坦面１ａと基板保持部材２の一面２ａとの段差を１００μｍ以下になるように、基板１を凹部２ｈに配置する構成なので、基板の面取り部で、原料ガスの流れを乱すことなく、平坦面１ａに面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、基板保持部材２をその一面２ａに垂直な中心軸ｍ周りに回転させるとともに、基板１を平坦面１ａに垂直な中心軸ｎ周りに回転させて、前記半導体膜を成膜する構成なので、平坦面１ａ全体に均一に原料ガスを流すことができ、平坦面１ａに面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、基板１の面取り部１ｄを面取りして、外周１ｇ側に向けて板厚を薄くなるような傾斜面１ｅ、１ｆを形成する構成なので、基板の面取り部で、原料ガスの流れを乱すことなく、平坦面１ａに面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本実施形態において使用する基板断面模式図である。
図４に示す基板１は、厚さｄ_１の断面視略矩形状である。基板１の面取り部１ｄには、湾曲面１ｈ、１ｉが形成されており、中心１ｃ側から外周１ｇ側に向けて板厚が薄くなるように加工されている。湾曲面１ｈは、一面１ａ側からｄ_４の深さだけ加工され、面取り部１ｄの一面１ａ側は外周１ｇ側に凸状の湾曲形状とされている。湾曲面１ｉは、他面１ｂ側からｄ_５の深さだけ加工され、面取り部１ｄの他面１ｂ側は外周１ｇ側に凸状の湾曲形状とされている。面取り部１ｄの形成により、基板１の一面である平坦面１ａは、平面視したときに面取り部１ｄによって囲まれた素子形成部７となる。
基板保持部材２の一面２ａは、面取り部１ｄを構成する湾曲面１ｈの上端と下端の間の高さに位置するように配置するとよい。

図５は、本発明の実施形態である発光素子の製造方法を示す図であって、原料ガスの流れの一例を示す断面図である。
図５に示すように、本実施形態では、基板１の面取り部１ｄが、中心１ｃ側から外周１ｇ側に向けて板厚が薄くなるように加工されているので、第１の実施形態と同様に、面取り部１ｄで原料ガスＧ_１に乱流を発生させることがない。これにより、平坦面１ａに原料ガスＧ_１を均一の流速で吹き付けることができ、基板１の面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を成膜できる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、面取り部１ｄが、外周１ｇ側に向けて板厚を薄くなるような湾曲面１ｈ、１ｉを有する構成なので、第１の実施形態と同様に、基板１の面取り部１ｄで原料ガスの流れを乱すことなく、平坦面１ａに面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、基板１から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態において使用する基板の断面模式図である。
図６に示す基板１は、厚さｄ_１の断面視略矩形状である。基板１の面取り部１ｄには、湾曲面１ｊが形成されており、中心１ｃ側から外周１ｇ側に向けて板厚が薄くなるように加工されている。湾曲面１ｊは、面取り部１ｄが流線型になるように加工されて形成されている。面取り部１ｄの形成により、基板１の一面である平坦面１ａは、平面視したときに面取り部１ｄによって囲まれた素子形成部７となる。
基板保持部材２の一面２ａは、面取り部１ｄを構成する湾曲面１ｊの上端と中心の間の高さに位置するように配置するとよい。

図７は、本発明の実施形態である発光素子の製造方法を示す図であって、原料ガスの流れの一例を示す断面図である。
図７に示すように、本実施形態では、基板１の面取り部１ｄは、中心１ｃ側から外周１ｇ側に向けて板厚が薄くなるように加工されているので、第１の実施形態と同様に、面取り部１ｄで原料ガスＧ_１に乱流を発生させることがない。そのため、平坦面１ａに原料ガスＧ_１を均一の流速で吹き付けることができ、基板１の面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を成膜できる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、面取り部１ｄが、外周１ｇ側に向けて板厚を薄くなるような湾曲面１ｊを有する構成なので、第１の実施形態と同様に、基板１の面取り部１ｄで原料ガスの流れを乱すことなく、平坦面１ａに面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、基板１から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

図８は、本発明の実施形態である発光素子の製造方法で用いられる基板保持部材と基板の関係において参考とする一例の拡大断面図である。ここでは、基板保持部材２の凹部２ｈの深さが異なる他は第１の実施形態と同一の構成とされている。
凹部２ｈの深さｄ_６は、第１の実施形態で示した深さｄ_３より深くされている。そのため、図８に示すように、基板１は、平坦面１ａが基板保持部材２の一面２ａよりも凹むように、凹部２ｈに配置されている。

図９は、前記参考とする発光素子の製造方法を示す図であって、原料ガスの流れの一例を示す断面図である。
基板１は、平坦面１ａが基板保持部材２の一面２ａよりも凹むように凹部２ｈに配置されている。また、平坦面１ａと基板保持部材２の一面２ａとの段差ｄ_７は０〜１５０μｍ程度とされている。そのため、図９に示すように、原料ガスＧ_１の流れが、面取り部１ｄで大きく乱されることはない。原料ガスＧ_１に大きく乱流を発生させることがないので、平坦面１ａに原料ガスＧ_１を均一の流速で吹き付けることができ、基板１の面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を成膜できる。

この参考例とする発光素子の製造方法は、平坦面１ａと基板保持部材２の一面２ａとの段差ｄ_７を０〜１５０μｍになるように、基板１を凹部２ｈに配置する構成なので、基板の面取り部で、原料ガスの流れを大きく乱すことなく、基板の一面に面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。また、たとえ、平坦面１ａを通過した原料ガスＧ_１の流れが乱されて、面取り部１ｄの近傍で乱流が発生し、面取り部１ｄに規格外の濃度の半導体膜が形成されたとしても、これを除去して、規格外の発光素子の発生を抑制できる。
また、基板の一面が、例えば（０００１）Ｃ面からなる平面である場合には、面取り部１ｄの近傍で乱流が発生したとしても、面取り部１ｄの近傍では半導体膜は形成されず、面取り部１ｄを除く基板の一面において面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成することができる。その結果、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

（第４の実施形態）
図１０は、本発明の発光素子の製造方法を示す図であって、原料ガスの流れの別の一例を示す断面図である。本実施形態では、ＣＶＤ用の原料ガスＧ_１として、Ｖ族元素を含むガスＧ_２とＩＩＩ族元素を含むガスＧ_３の２種類のガスを用いた他は第１の実施形態と同一の構成とされている。
図１０に示すように、Ｖ族元素を含むガスＧ_２を、ＩＩＩ族元素を含むガスＧ_３よりも平坦面１ａ側に近づけて流す。複数のガスを同時に流す場合には、Ｖ族元素を含むガスＧ_２を他のガスよりも平坦面１ａ側に近づけて流すことが好ましい。
これにより、Ｖ族ガス（アンモニアガス）をウエハ面内に均一に供給出来るため、膜厚均一性の良いエピ膜の形成が可能になる。

本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、原料ガスＧ_１が、Ｖ族元素を含むガスＧ_２とＩＩＩ族元素を含むガスＧ_３の２種類のガスを含み、前記Ｖ族元素を含むガスＧ_２を、前記ＩＩＩ族元素を含むガスＧ_３よりも平坦面１ａ側に近づけて流す構成なので、必要な量のＶ族元素を含むガスＧ_２をウエハ面内に均一に供給することができ、基板の一面に面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、基板１から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造することができる。

本発明が適用される発光素子の構成の一例としては、例えば、特開２００９−１２３７１８号公報に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体発光素子を適用することができる。即ち、本発明が適用される発光素子の構成の一例としては、サファイア等の基板１１上に中間層１２と、ＩＩＩ族元素としてＧａを含有するＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる半導体層２０とが形成されているものが挙げられる。
この半導体層２０は、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６の各層がこの順で積層されてなり、ｎ型半導体層１４はｎ型コンタクト層１４ａとｎ型クラッド層１４ｂとから構成されてなる。また、発光層１５は障壁層１５ａと井戸層１５ｂとが交互に繰り返して積層された構造からなり、ｐ型半導体層１６はｐ型クラッド層１６ａ及びｐ型コンタクト層１６ｂから構成されてなる。
本発明の実施形態である発光素子の製造方法で用いられる基板１は、半導体膜が形成されていない基板（サファイア基板）や半導体膜を少なくとも１層形成したウエハが好ましく適用される。さらに、半導体膜を少なくとも１層形成したウエハの例示として、例えば、基板上にｎ型コンタクト層１４ａを形成したウエハやｎ型半導体層１４を形成したウエハが挙げられる。

（実施例１）
まず、図１に示すように、厚さ１０００μｍの基板の半導体膜を成長させる一面の外周側に、平坦面（一面）側から前記平坦面となす角度が４５度の傾斜面（面取り部）を形成した。面取り部の深さは、一面から１５０μｍの深さとした。
次に、基板の他面側にも同様に平坦面となす角度が４５度の傾斜面（面取り部）を形成した。面取り部の深さは、他面から２１０μｍの深さとした。

次に、前記平坦面を成膜面とするように、図２で示した基板保持部材（サセプタ）の凹部に基板を配置した。基板保持部材の凹部の深さは３９５０μｍとし、基板保持部材の凹部内に配設されるサテライトディスクを用いて、基板保持部材の一面から基板が突出される配置とし、その突出した高さを５０μｍとした。なお、サテライトディスクの底面の厚さは３０００μｍである。
次に、特開２００９−１２３７１８号公報に記載の公知の成膜プロセスを用いて青色発光素子の成膜条件で、前記基板の一面上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層などの複数の半導体膜を積層した後、前記基板を格子状に分割して、複数の発光素子（実施例１の発光素子）を製造した。
各発光素子の発光スペクトル及び電流−電圧−輝度特性を測定した。各発光素子の発光色は青色であり、発光スペクトル特性はほぼ同一であった。製造した発光素子の発光波長の標準偏差σは２ｎｍで、発光波長の均一性は良好であった。また、発光素子の電流−電圧−輝度特性も均一であった。

（実施例２、参考例１〜２）
基板保持部材の凹部の深さを以下のように変えた他は実施例１と同様にして、実施例２、参考例１〜２の発光素子を製造した。
基板保持部材の凹部の深さは、３９００μｍ（実施例２）、４０５０μｍ（参考例１）、４１００μｍ（参考例２）とした。これにより、各凹部にサテライトディスクを嵌合させた場合、基板保持部材２の一面２ａから突出する基板の高さは１００μｍ（実施例２）、−５０μｍ（参考例１）、−１００μｍ（参考例２）となった。

（実施例２、参考例１〜２の発光素子の評価）
実施例２、参考例１〜２の各発光素子の発光スペクトル及び電流−電圧−輝度特性を測定した。
実施例２の発光素子では、実施例１と同様に発光素子の発光色は青色であり、発光スペクトル特性はほぼ同一であった。発光素子の発光波長の標準偏差σは３ｎｍで、発光波長の均一性は良好であった。また、発光素子の電流−電圧−輝度特性も均一であった。
また、参考例１及び２の場合には、サテライトディスクの上部端面に半導体積層物の小さな堆積物が観察された。

（比較例１）
基板の面取り部を加工しなかった他は実施例１と同様にして、複数の発光素子（比較例１の発光素子）を製造した。
（比較例２）
基板保持部材の凹部の深さを表１の通りに変えた他は比較例１と同様にして、比較例２の発光素子を製造した。
基板保持部材の凹部の深さは、４０５０μｍとした。これにより、各凹部にサテライトディスクを嵌合させた場合、基板保持部材２の一面２ａから突出する基板の高さは−５０μｍとなった。

（比較例１及び比較例２の発光素子の評価）
比較例１及び比較例２の各発光素子の発光スペクトル及び電流−電圧−輝度特性を測定した。基板の中心付近から得られた発光素子の発光色は青色であり、発光スペクトル特性はほぼ同一であった。
しかし、基板の外周端部付近から得られた発光素子の発光波長は中心付近から得られた発光素子よりも長波長側に約２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度移動しており、基板内に大きな分布が存在していた。その結果、得られた発光素子の発光波長の標準偏差σは、７ｎｍ以上と大きいものであった。
また、基板の中心付近から得られた発光素子と、基板の外周端部付近から得られた発光素子の電流−電圧−輝度特性も大きく異なるものとなった。
また、比較例２においては、サテライトディスクの上部端面に半導体積層物の小さな堆積物が観察された。

（実施例３）
サファイア基板を、ｎ型コンタクト層１４ａを上層とする半導体膜（膜厚７μｍ）を形成したサファイア基板（厚さ１０００μｍ）に変えた他は実施例１と同様にして、順次半導体層を形成し、実施例３の発光素子を製造した。実施例３の基板から得られた各発光素子の発光色は青色であり、発光スペクトル特性はほぼ同一であった。得られた発光素子の発光波長の標準偏差σは２ｎｍであった。また、各発光素子の電流−電圧−輝度特性も均一であった。

本発明は、発光素子の製造方法に関するものであって、特に、平坦面に面内方向で均一の半導体特性を有する半導体膜を形成して、前記基板から均一の発光特性を有する複数の発光素子を製造する発光素子の製造方法に関するものであって、発光素子を製造・利用する産業において利用可能性がある。

１…基板（ウエハ）、１ａ…平坦面（一面）、１ｂ…他面、１ｃ…中心、１ｄ…面取り部、１ｅ、１ｆ…傾斜面、１ｇ…外周、１ｈ、１ｉ、１ｊ…湾曲面、１ｋ…薄肉部、２…基板保持部材（サセプタ）、２ａ…一面、２ｂ…他面、２ｃ…中心、２ｇ…外周、２ｈ…凹部、３…回転軸、４…サテライトディスク、７…素子形成部、１１…基板（ウエハ）、１１ａ…一面、１１ｂ…他面、１１ｃ…中心、１１ｄ…外周端部、１１ｇ…外周。

Claims (6)

1. 平坦面からなる素子形成部と、平面視したときに前記素子形成部を囲むように設けられ、板厚が外周側に向けて薄くされた面取り部とを備えた基板を、基板保持部材の一面に設けた凹部に、前記平坦面が前記基板保持部材の一面より高く配置し、かつ前記基板保持部材の一面が、前記面取り部の上端と下端の間の高さに位置するように配置してから、前記平坦面に沿って原料ガスを流して、前記平坦面に半導体膜を成膜する工程と、
   前記半導体膜上に電極を形成してから、前記基板を分割して複数の発光素子を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 前記平坦面と前記基板保持部材の一面との高さの差が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 前記基板保持部材をその一面に垂直な中心軸周りに回転させるとともに、前記基板を前記平坦面に垂直な中心軸周りに回転させて、前記半導体膜を成膜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 前記面取り部が、外周側に向けて板厚を薄くなるような傾斜面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
5. 前記面取り部が、外周側に向けて板厚を薄くなるような湾曲面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
6. 前記原料ガスが、Ｖ族元素を含むガスとＩＩＩ族元素を含むガスの２種類のガスを含み、前記Ｖ族元素を含むガスを、前記ＩＩＩ族元素を含むガスよりも前記平坦面に近づけて流すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。

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