JP2015095599A - 化合物半導体薄膜成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面を流れる原料ガスの流量を均一にし、化合物半導体薄膜の結晶成長の均一性の低下を防止する。
【解決手段】反応容器と、上記反応容器の反応室内に回転可能に設置されて、複数の化合物半導体基板(１４)を支持する支持体と、上記支持体上に、上記支持体の回転中心を中心とする円周上に配置されると共に、上記化合物半導体基板(１４)を保持する複数の基板保持体(１２)とを備え、上記基板保持体(１２)は、上記化合物半導体基板(１４)を着脱自在に保持する凹部(１３)と、上記凹部(１３)の底面(１３a)に上記基板保持体１２と同一素材で形成されると共に、側部に下方に向かって広がる傾斜部を有して、上記化合物半導体基板(１４)を支持するリム(２０)とを含んでいる。
【選択図】図４

Description

この発明は、化合物半導体薄膜成長装置に関する。

近年、III族窒化物に代表される化合物半導体薄膜を用いた半導体素子が広く用いられるようになってきている。この化合物半導体薄膜を用いた半導体素子は、例えば発光ダイオード等の発光素子や太陽電池等の受光素子に応用されている。

そして、化合物半導体結晶を成長させる方法として有機金属気相成長法(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯＣＶＤ法と言う)が知られている。ＭＯＣＶＤ法では、例えば有機金属原料ガスおよび窒素原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応室内に供給し、上記反応室内において加熱された基板の付近で原料を熱分解し、上記基板上に半導体結晶をエピタキシャル成長させることによって、化合物半導体薄膜を得ている。

ＭＯＣＶＤ法を用いたＭＯＣＶＤ装置として、特表２００３‐５１８１９９号公報(特許文献１)に開示された「化学気相成膜反応室」がある。この化学気相成膜反応室では、反応ガス(原料ガス)が供給される反応室の内部において、化合物半導体薄膜の成長対象となる複数のウェハを、基板ホルダ上に、夫々の結晶の成長面が上方になるように配置するようにしている。

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の化学気相成膜反応室においては、以下のような問題がある。

すなわち、上記反応室の内部には、回転する上記基板ホルダ上に配置されて公転するようにシリコンウェハが設置される。そして、上記反応室内に導入された原料ガスが反応することによって生成された結晶を、基板ホルダを介して加熱されたシリコンウェハ上にエピタキャシタル成長させている。

この場合、上記基板ホルダ上のシリコンウェハの反りが結晶の成長に応じて変化する。そのため、シリコンウェハが基板ホルダ内部で偏心することになり、化合物半導体薄膜の結晶をエピタキャシタル成長させるための原料ガスの流量が、シリコンウェハの表面で不均一になる。そのために、成長される化合物半導体薄膜の膜厚分布が不均一となり、化合物半導体薄膜の結晶成長の均一性が低下するという問題がある。

尚、上記化合物半導体薄膜の結晶成長が不均一な部位については、最終的な製品である半導体素子を形成できなくなってしまうため、半導体素子の製造における歩留まりの低下を招くことになる。

さらに、上記基板ホルダ上にウェハを装着するための凹部を複数形成し、この凹部内にウェハを装着する場合がある。ここで、上記基板ホルダ上のシリコンウェハの反りが結晶の成長に応じて変化する。そのため、シリコンウェハが基板ホルダの上記凹部内で偏心することになり、シリコンウェハが基板ホルダの部材(ホルダ部材)と接触し、上記ホルダ部材の表面に接触による傷が発生してしまい、ホルダ部材の寿命を縮めてしまうと言う問題もある。

特表２００３‐５１８１９９号公報

そこで、この発明の課題は、化合物半導体薄膜の結晶成長時における基板の偏心を抑制して基板表面を流れる原料ガスの流量を均一にし、化合物半導体薄膜の結晶成長の均一性の低下を防止できる化合物半導体薄膜成長装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の化合物半導体薄膜成長装置は、
反応室を有する反応容器と、
上記反応室内に回転可能に設置されて、複数の化合物半導体基板を支持する支持体と、
上記支持体上に、上記支持体の回転中心を中心とする円周上に配置されると共に、上記化合物半導体基板を保持する複数の基板保持体と
を備え、
上記基板保持体は、
上記化合物半導体基板を着脱自在に保持する凹部と、
上記凹部の底面に上記基板保持体と同一素材で形成されると共に、側部に下方に向かって広がる傾斜部を有して、上記化合物半導体基板を支持するリムと
を含んでいる
ことを特徴としている。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記基板保持体の上記リムは、上記凹部の底面において、保持される上記化合物半導体基板の有効チップ部分の外側に位置する無効チップ部分を支持可能な位置に形成されている。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記リムは、上記化合物半導体基板の底面を上記凹部の底面と平行に最小面積で支持でき、且つ上記傾斜部を有する、円錐および三角錐を含む立体形状に形成されている。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記リムにおける上記凹部の内周面からの距離が、０.５ｍｍ〜５.０ｍｍに設定されている。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記リムは、石英,カーボン,ＳiＣ,ＡlＮ,アルミナ,サファイア,ボロンナイトライド,ジルコニア,モリブデンおよびタングステンから選択された材料で構成されている。

以上より明らかなように、この発明の化合物半導体薄膜成長装置は、上記基板保持体に設けられた凹部の底面に、上記化合物半導体基板を支持するリムを設けている。その場合に、上記リムは、上記基板保持体と同一素材で形成されると共に、側部に下方に向かって広がる傾斜部を有している。したがって、上記化合物半導体基板上に化合物半導体薄膜をエピタキシャル成長させる際に、熱によって上記化合物半導体基板に凹状や凸状の反りが発生した場合に、上記化合物半導体基板の底面と上記基板保持体の凹部の底面との間隔が大きくなるのを、上記リムの上記傾斜部の存在によって抑制することができる。

すなわち、この発明によれば、化合物半導体薄膜の結晶成長時に生ずる上記化合物半導体基板の温度変化に起因する反りの変化を抑制することができる。したがって、基板の偏心を抑制して基板表面を流れる原料ガスの流量を均一にし、化合物半導体薄膜の結晶成長の均一性の低下を防止することができるのである。

この発明の化合物半導体薄膜成長装置の一例としてのＭＯＣＶＤ装置の概略縦断面図である。 図１に示すＭＯＣＶＤ装置を上から見た図である。 図１および図２における基板保持体の平面図である。 図３におけるＣ‐Ｏ‐Ｃ’矢視断面図およびリムの拡大図である。 製造される発光素子チップの縦断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、本実施の形態においては、化合物半導体としてIII族窒化物半導体を用いた半導体素子を基板上に形成する場合を例に挙げて化合物半導体薄膜成長装置を説明する。

上記III族窒化物半導体は、例えば発光ダイオード,レーザダイオード等の発光素子や、例えば太陽電池等の受光素子の電子材料として用いられる。以下においては、上記半導体素子として、III族窒化物半導体を用いた発光素子チップの製造方法を例にして説明を行う。

図１は、本実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置の一例としてのＭＯＣＶＤ装置の概略縦断面図である。また、図２は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置を上から見た図である。

図１および図２において、ＭＯＣＶＤ装置１は、内部に反応室２aが形成される反応容器２と、反応容器２の反応室２a内に配置される支持体３とを備えている。そのうち、反応容器２は、収容部４と蓋部５とを有している。尚、図２は、収容部４の蓋部５を取り外した状態で上方から見た図である。

上記収容部４は、有底の円筒状の形状を有し、上方に開口が形成されると共にその内部には支持体３を収容している。また、蓋部５は、円板状の形状を有し、収容部４の上部に開閉自在に取り付けられて上記開口を開閉する。そして、蓋部５は、収容部４の上記開口を閉じた場合には、収容部４と共に反応室２aを形成する。

上記蓋部５の中央には、外部に設けられたガス供給機構(図示せず)から反応室２aの内部に原料ガス６を供給するための貫通孔が設置されている。そして、この貫通孔には原料ガス６の供給管７が挿通されている。さらに、蓋部５の中央から偏倚した位置には、外部から反応室２a内を観察するための観察孔８が形成されている。

一方、上記収容部４の底面４aには、反応室２a内に供給された原料ガス６を反応室２aの外部に排出するための複数の排気管９が貫通して形成されている。さらに、収容部４の底面４aの中央には、後述する軸１０を通すための貫通孔が形成されている。

ここで、上記ＭＯＣＶＤ装置１において使用する原料ガス６について説明する。

本実施の形態においては、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて基板上に任意の組成の化合物半導体層を形成した化合物半導体基板上に、さらにIII族窒化物半導体層を形成する。そのために、原料として、III族の元素を含む有機金属と窒素を含むアンモニアＮＨ_３とを使用する。但し、有機金属は主として液体原料であるため、液体状の有機金属に窒素Ｎ_２および水素Ｈ_２によってバブリングを行い、得られた窒素Ｎ_２と水素Ｈ_２と有機金属とを混合してなる有機金属ガスを原料ガス６として供給する。本実施の形態においては、供給管７から有機金属ガスおよびアンモニアＮＨ_３の供給を行う。

尚、上記有機金属としては、例えばIII族のＧaを含むトリメチルガリウム(ＴＭＧ)あるいはトリエチルガリウム(ＴＥＧ)、例えばIII族のＡlを含むトリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)あるいはトリエチルアルミニウム(ＴＥＡ)、例えばIII族のＩnを含むトリメチルインジウム(ＴＭＩ)あるいはトリエチルインジウム(ＴＥＩ)が挙げられる。

また、ｎ型のドーパントとしては、モノシラン(ＳiＨ_４)やジシラン(Ｓi_２Ｈ_６)をＳi原料として用いてもよい。あるいは、ゲルマンガス(ＧeＨ_４)やテトラメチルゲルマニウム（(ＣＨ_３)_４Ｇe)やテトラエチルゲルマニウム((Ｃ_２Ｈ_５)_４Ｇe)をＧe原料として用いてもよい。一方、ｐ型のドーパントとしては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Ｃp_２Ｍg)あるいはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(ＥtＣp_２Ｍg)をＭg原料として用いてもよい。

上記支持体３は、カーボン(Ｃ)で形成された基材の外側にＳiＣのコーティングを施して、円板状に形成されている。そして、支持体３は、一方の面(表面)が上方を向き、且つ他方の面(裏面)が下方を向くように、収容部４内に配置されている。ここで、支持体３の表面側には、夫々が円形状を有する８個の凹部１１が、円周方向に等間隔に形成されている。一方、支持体３における裏面側の中央には、下方に向かって延在する石英製の軸１０が取り付けられている。この軸１０は、収容部４の底面４a中央に設けられた貫通孔を介して反応容器２の外部に突出している。そして、支持体３は、反応容器２の外部から軸１０に駆動力を与えることによって、図２において矢印Ａで示す方向に回転するようになっている。

また、上記支持体３の表面に設けられた８個の凹部１１内には、夫々が円板状の基板保持体１２が嵌合されて収納されている。また、各基板保持体１２の上面には円形の凹部１３が形成されており、各凹部１３内には化合物半導体基板１４が収容される。尚、基板保持体１２も、カーボンで形成された基材の外側にＳiＣのコーティングを施して構成されている。また、支持体３に設けられた凹部１１と基板保持体１２との間には隙間が形成されており、８個の基板保持体１２は、支持体３に対して着脱・回転自在となっている。

ここで、上記化合物半導体基板１４は、その結晶成長面(つまり結晶の被形成面)が外部に露出するように基板保持体１２の凹部１３内に保持されている。尚、化合物半導体基板１４は、基板保持体１２に対して着脱自在となっている。

そして、各基板保持体１２は、化合物半導体基板１４を保持した状態で、軸１０および支持体３を通って凹部１１の底面に至る貫通孔３０a,３０bを介して供給される窒素Ｎ_２の流れによって、図２において矢印Ｂで示す方向に回転するようになっている。

このように、上記支持体３が矢印Ａの方向に回転するのに伴って、各基板保持体１２内に保持された各化合物半導体基板１４は矢印Ａの方向に(左回りに)公転する。それと同時に、各基板保持体１２が矢印Ｂの方向に回転するのに伴って、各化合物半導体基板１４は矢印Ｂの方向に(左回りに)自転する。こうして、各化合物半導体基板１４を公転させることによって、供給管７から供給される原料ガス６の流れに偏流が生じても、原料ガス６の流れを均一に各化合物半導体基板１４の表面に当てることが可能になる。

さらに、上記各化合物半導体基板１４を各基板保持体１２と同一に、上記公転の方向と同じ左回りに自転させることによって、反応室２a内における原料ガス６の流れを、均一にすることができる。この場合、各化合物半導体基板１４自転の方向が上記公転の方向とは逆の右回りになるように、上記窒素Ｎ_２の流れの方向を設定した場合には、原料ガス６の流れに乱流が生じて、均一な流れにすることができないのである。

上記ＭＯＣＶＤ装置１における支持体３の裏面側と収容部４の底面４aとの間には、支持体３および基板保持体１２を介して化合物半導体基板１４を加熱する加熱部１５が設けられている。この加熱部１５は、軸１０を貫通させる穴１５aを有するリング状に形成されており、内部にはコイル(図示せず)が収容されている。そして、加熱部１５は、上記コイルに高周波電力が供給されることによって、支持体３を構成するカーボンを高周波誘導加熱するようになっている。

さらに、このＭＯＣＶＤ装置１においては、蓋部５の下方であり、且つ支持体３の上方(本実施の形態においては蓋部５の裏面)には、反応室２a内に供給される原料ガス６の反応によって生成される生成物(図示せず)が、蓋部５の内壁に付着して堆積するのを防止して、蓋部５を保護するための上部プレート１６が設けられている。ここで、上部プレート１６は円板状を成しており、蓋部５と同様に、中央に外部から反応室２aの内部に原料ガス６を供給する供給管７が挿通される貫通孔が形成されている。さらに、上部プレート１６には、蓋部５の観察孔８と連通して、外部から反応室２a内部を観察するための観察孔１７が形成されている。

上記上部プレート１６は、取付部材(図示せず)によって、蓋部５の裏面に取り付けられている。ここで、上記取付部材は、蓋部５に対して着脱自在となっており、これに伴って上部プレート１６も蓋部５に対して取り付け取り外しが可能になっている。また、上部プレート１６は、上記取付部材によって蓋部５に取り付けられることにより、固定されるようになっている。

尚、図２に破線で示すように、上部プレート１６は、平面視において支持体３の全面を覆うように配置されている。したがって、各基板保持体１２を介して支持体３で保持される８枚の化合物半導体基板１４は、上部プレート１６の下方に位置している。

また、このＭＯＣＶＤ装置１においては、上記支持体３と収容部４の底面４aとの間には、反応室２a内に供給されて結晶のエピタキシャル成長に使用された原料ガス６等を、底面４aに設けられた排気管９側へ導く排気部材１８が設けられている。この排気部材１８は、円筒状の形状を有している。さらに、排気部材１８の内壁は、支持体３に設けられた８つの凹部１１よりも外側に位置している。そして、排気部材１８の外壁には、使用後の原料ガス６等を取り込むための複数の貫通孔(図示せず)が形成されている。さらに、排気部材１８は、支持体３の外周縁端との対向部において、支持体３の回転を妨げないように構成されている。

さらに、上記ＭＯＣＶＤ装置１における蓋部５の上面には、観察孔８の箇所に、監視装置１９が取り付けられている。この監視装置１９は、蓋部５および上部プレート１６に設けられた貫通孔８,１７を介して、反応室２aの内部の状態、より具体的には、基板保持体１２を介して支持体３で保持された化合物半導体基板１４上にエピタキシャル成長される結晶の状態、および、化合物半導体基板１４の反りや表面温度の状態等を監視するために用いられる。

上記上部プレート１６には、不純物濃度が低く、耐久性が高いことから、石英製の部材が用いられている。この上部プレート１６の表面、すなわち化合物半導体基板１４との対向面は、一定の温度に制御することが望ましい。例えば、支持体３における凹部１１の底面からの化合物半導体基板１４自転用のＮ_２ガス等によって急激な温度変化が発生した場合、上部プレート１６の表面温度は低温で不安定となり、上部プレート１６の表面により多く生成された反応性生物が剥がれて、化合物半導体基板１４上へ落下してしまう恐れがある。

本実施の形態においては、上部プレート１６の表面温度を約５度〜５０度ほど蓋部５の温度よりも上昇させることによって、上部プレート１６の表面に付着したIII族窒化物半導体の剥がれを抑制するようにしている。さらに、成膜の過程においても、化合物半導体基板１４上に異物が付着して堆積することを抑制する。

次に、この発明の特徴である上記基板保持体１２について詳細に説明する。図３は、基板保持体１２の平面図である。また、図４は、基板保持体１２の断面図である。

図３において、上記基板保持体１２の円形の凹部１３内における破線で描かれた円は、収容される化合物半導体基板１４の輪郭を表している。そして、凹部１３の底面１３aにおける化合物半導体基板１４の輪郭の近傍には、化合物半導体基板１４の輪郭に沿って上記輪郭を３等分する位置に、円錐形のリム２０が形成されている。したがって、図４は、図３における底面１３aの中心Ｏを通るＣ‐Ｏ‐Ｃ’矢視断面図である。

ここで、上記リム２０は円錐形の形状を有しており、基板保持体１２と同じカーボンで形成されている。このように、リム２０の側部に傾斜部を設けることによって、化合物半導体基板１４上に化合物半導体結晶を成長させる場合に、熱によって化合物半導体基板１４が凹凸状の反りが発生しても、化合物半導体基板１４の底面と基板保持体１２の凹部１３との間隔が大きくなるのを抑制することができる。

例えば、図４(a)において、上記基板保持体１２の凹部１３内に収容された化合物半導体基板１４に、凹状の反りが発生した場合を考える。その場合、化合物半導体基板１４は円錐形のリム２０の頂部２０aで支持されている。ここで、上記リムが、図４(b)に示すように、円錐形のリム２０の底面と同じ底面を有する円柱状のリム２０’であるとする。そうすると、化合物半導体基板１４の底面の支持点が、リム２０の頂部２０aよりも凹部１３の底面１３aの中心Ｏ寄りの角部２０bとなる。その結果、化合物半導体基板１４の底面１４aが「１４a’」の位置まで「Ｈ」だけ上昇する。このことは、凸状の反りが発生した場合も同様であり、化合物半導体基板１４の底面の支持点がリム２０の頂部２０aよりも中心Ｏから離れた角部２０cとなる。そのために、化合物半導体基板１４の底面１４aが上昇することになる。したがって、化合物半導体基板１４の底面１４a’と基板保持体１２の凹部１３との間隔が大きくなるのである。

以上のことより、上記リム２０の側部に傾斜部を設けることによって、化合物半導体基板１４の底面１４aの支持点をリム２０の軸上にすることができ、熱によって化合物半導体基板１４が凹凸状の反りが発生しても、化合物半導体基板１４の底面１４aと基板保持体１２の凹部１３との間隔が大きくなるのを抑制することができるのである。

このように、上記化合物半導体基板１４の底面１４aと基板保持体１２の凹部１３との間隔が大きくなるのを抑制することによって、化合物半導体基板１４表面の温度変化に起因する反りの変化を抑制することができる。したがって、化合物半導体基板１４の偏心を抑制して化合物半導体基板１４表面を流れる原料ガスの流量を均一にし、化合物半導体薄膜の結晶成長の均一性の低下を防止することができるのである。

また、上記リム２０は、基板保持体１２の凹部１３内において、化合物半導体基板１４における後に半導体素子が形成される有効チップ部分に影響を与えない部分(無効チップ部分)に形成されている。さらに、リム２０は、上記円錐形に限らず、三角錘形等の化合物半導体基板１４の底面１４aを凹部１３の底面１３aと平行に最小面積で支持でき、且つ上記傾斜部を有する立体形状に形成されている。こうして、できるだけ基板保持体１２の化合物半導体基板１４への接触面積を減らして、化合物半導体基板１４、特に上記有効チップ部分への熱的影響を減少させて、化合物半導体基板１４の温度の安定化を図るようにしている。

さらに、上記リム２０における凹部１３の内周面からの距離が、０.５ｍｍ〜５.０ｍｍに設定されている。通常、基板保持体１２の外周部は底部(本体部)よりも温度が低い。そこで、温度の低い凹部１３の内周面から離れた位置にリム２０を配置することによって、リム２０の温度斑、延いては化合物半導体基板１４の温度斑を無くして、化合物半導体基板１４の熱的均一性を保つようにしている。

尚、本実施の形態においては、上記リム２０をカーボンで形成しているが、これに限定されるものではなく、耐熱性を有する材料であればよい。例えば、石英,カーボン,ＳiＣ,ＡlＮ,アルミナ,サファイア,ボロンナイトライド,ジルコニア,モリブデンおよびタングステン等であればよい。そのうち、基板保持体１２と同じ材料であれば、基板保持体１２の形成時に形成できるので、さらに望ましい。

以下、上記ＭＯＣＶＤ装置１を用いた化合物半導体薄膜の製造方法の一例として、III族窒化物半導体を用いた発光素子チップの製造方法について説明する。図５は、上記発光素子チップの製造方法によって製造される発光素子チップの縦断面図である。

先ず、初めに、上記化合物半導体基板１４を準備する。この化合物半導体基板１４は、上述したＭＯＣＶＤ装置１における支持体３の凹部１１内に収納された基板保持体１２の凹部１３内に収容される。

上記化合物半導体基板１４は、所定の直径および厚さを有するサファイア製の基板２１を、スパッタリング装置(図示せず)にセットする。そして、基板２１上に、Ｖ族元素を含むガスと金属材料とを、プラズマで活性化して反応させることによって、III族窒化物からなる中間層２２を形成する。

次いで、上記中間層２２が形成された基板２１を、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１の支持体３上の基板保持体１２にセットする。具体的には、中間層２２が上方に向かうように、基板２１を８個の基板保持体１２に収容する。そして、基板２１が収容された８個の基板保持体１２を、支持体３に設けられた８個の各凹部１１の夫々に、中間層２２が上方を向くようにセットする。そして、ＭＯＣＶＤ装置１によって、中間層２２上に下地層２３を形成して、化合物半導体基板１４を得る。

次に、上記ＭＯＣＶＤ装置１を用いて、化合物半導体基板１４上にIII族窒化物半導体層を成膜する成膜プロセスに移行する。

先ず、８個の上記基板保持体１２の凹部１３の夫々に、１枚ずつ化合物半導体基板１４を収容する。その際に、化合物半導体基板１４の下地層２３を外部に露出させる(上方を向く)ようにする。続いて、反応容器２の蓋部５を開け、化合物半導体基板１４が収容された８個の基板保持体１２を、支持体３に設けられた８個の凹部１３にセットする。その際に、化合物半導体基板１４の下地層２３が上方を向くようにする。

その後、上記上部プレート１６が取り付けられた蓋部５で収容部４の開口を閉じて、収容部４と蓋部５とを密着させる。そして、支持体３が、軸１０によって矢印Ａの方向に回転される一方、各基板保持体１２が、上記窒素Ｎ_２の流れによって矢印Ｂの方向に回転される。

その後、上記ＭＯＣＶＤ装置１において、上記加熱部１５のコイルに対する給電が開始され、加熱部１５に流れる電流によって支持体３が電磁誘導加熱される。さらに、支持体３が電磁誘導加熱されることによって、支持体３に保持された８個の基板保持体１２および各基板保持体１２に保持された化合物半導体基板１４が、所定の温度に加熱される。そして、供給管７から反応室２a内に向けてパージガスの供給が開始される。

そうした後、上記ＭＯＣＶＤ装置１は、上記ガス供給機構から反応室２aに対して、供給管７を介して、ｎ型コンタクト層２４a用の有機金属ガス(原料ガス６)およびアンモニアＮＨ_３(原料ガス６)を供給する。それに伴って、反応室２a内では、加熱された化合物半導体基板１４の近傍において、上記ｎ型コンタクト層２４a用の有機金属とアンモニアＮＨ_３とが反応して、ｎ型コンタクト層２４a用のIII族窒化物化合物が化合物半導体基板１４上に成長する。その場合、化合物半導体基板１４は所定の温度に加熱されているために、ｎ型コンタクト層２４a用のIII族窒化物化合物は、化合物半導体基板１４における下地層２３上に、エピタキシャル成長する。

尚、上記反応室２aに原料ガス６が供給されるに伴って、既に反応室２a内に存在するガスの一部は、排気部材１８に設けられた上記貫通孔を介して取り込まれ、排気管９を通って反応容器２の外部に排出される。

こうして、上記ｎ型コンタクト層２４aの形成が終了すると、上記ガス供給機構によって、ＭＯＣＶＤ装置１の反応室２a内に、供給管７を介して、ｎ型コンタクト層２４a用の有機金属ガスに代えてｎ型クラッド層２４b用の有機金属ガスが供給される。その場合、アンモニアＮＨ_３の供給は引き続いて行われる。

そうすると、上記反応室２a内では、加熱された化合物半導体基板１４の近傍において有機金属とアンモニアＮＨ_３とが反応し、ｎ型クラッド層２４b用のIII族窒化物化合物が化合物半導体基板１４上に成長する。その場合、化合物半導体基板１４は所定の温度に加熱されているため、ｎ型クラッド層２４b用のIII族窒化物化合物は、化合物半導体基板１４におけるｎ型コンタクト層２４a上に、エピタキシャル成長する。

こうして、上記化合物半導体基板１４上に、ｎ型コンタクト層２４aとｎ型クラッド層２４bとで成るｎ型半導体層２４が形成される。

以後、上記ガス供給機構によって反応室２aに供給する有機金属ガスを順次変更することによって、化合物半導体基板１４上に形成されたｎ型クラッド層２４b上には、複数の障壁層２５aと複数の井戸層２５bとが交互に積層されると共に最上に障壁層２５aが形成されて成る発光層２５が、エピタキシャル成長される。

さらに、上記発光層２５上に、ｐ型クラッド層２６aおよびｐ型コンタクト層２６bが順次形成されてｐ型半導体層２６が形成される。

以上のような手順を経て、III族窒化物半導体エピタキシャルウェハが得られる。

こうして、上記ＭＯＣＶＤ装置１を用いた成膜プロセスが終了すると、ＭＯＣＶＤ装置１における反応容器２の蓋部５を開け、得られたIII族窒化物半導体エピタキシャルウェハが収容部４から取り出される。

その後、上記III族窒化物半導体エピタキシャルウェハにおける個々のIII族窒化物半導体素子の間にｎ型コンタクト層２４aに達する溝が形成されて、ｎ型コンタクト層２４aに露出領域２４cが形成される。さらに、ｐ型半導体層２６のｐ型コンタクト層２６b上に、透明正極２７が積層され、透明正極２７上に正極ボンディングパッド２８が形成される。また、ｎ型半導体層２４のｎ型コンタクト層２４aに形成された露出領域２４cに、負極ボンディングパッド２９が形成される。

ここで、上記透明正極２７,正極ボンディングパッド２８および負極ボンディングパッド２９の構造は特に限定するものではなく、公知の構造を採用することができる。

ところで、上述したＭＯＣＶＤ装置１を用いた成膜プロセスにおいては、反応室２a内で生成されたIII族窒化物半導体は、化合物半導体基板１４にだけでなく、その一部は例えば上部プレート１６の表面にも付着する。ここで、化合物半導体基板１４は、上述したように支持体３を介して所定の温度に加熱された状態でIII族窒化物半導体層が成膜される。したがって、化合物半導体基板１４には、エピタキシャルに成長したIII族窒化物半導体層が形成される。これに対して、上部プレート１６は、III族窒化物半導体層が形成される対象ではなく、化合物半導体基板１４のように所定の温度に加熱されてもいない。そのため、上部プレート１６に付着するIII族窒化物半導体は、エピタキシャルに成長していない不安定な反応生成物である。

こうして、上記上部プレート１６に付着したIII族窒化物半導体(不安定な反応生成物)は、成膜プロセスが終了した後に、蓋部５から上部プレート１６を取り外すことによって除去される。

以上のごとく、この発明の化合物半導体薄膜成長装置は、
反応室２aを有する反応容器２と、
上記反応室２a内に回転可能に設置されて、複数の化合物半導体基板１４を支持する支持体３と、
上記支持体３上に、上記支持体３の回転中心を中心とする円周上に配置されると共に、上記化合物半導体基板１４を保持する複数の基板保持体１２と
を備え、
上記基板保持体１２は、
上記化合物半導体基板１４を着脱自在に保持する凹部１３と、
上記凹部１３の底面１３aに上記基板保持体１２と同一素材で形成されると共に、側部に下方に向かって広がる傾斜部を有して、上記化合物半導体基板１４を支持するリム２０と
を含んでいる
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記基板保持体１２に設けられた凹部１３の底面１３aに、上記化合物半導体基板１４を支持するリム２０を設けている。その場合に、上記リム２０は、上記基板保持体１２と同一素材で形成されると共に、側部に下方に向かって広がる傾斜部を有している。したがって、上記化合物半導体基板１４上に化合物半導体薄膜をエピタキシャル成長させる際に、上記化合物半導体基板１４を上記リム２０の軸上の頂部で支持することができる。そのため、熱によって上記化合物半導体基板１４に凹凸状の反りが発生した場合に、上記化合物半導体基板１４の底面１４aと上記基板保持体１２の凹部１３の底面１３aとの間隔が大きくなるのを、上記リム２０の上記傾斜部の存在によって抑制することができる。

したがって、上記化合物半導体薄膜を成長させる場合に生ずる反りの変化を抑制することができ、基板の偏心を抑制して基板表面を流れる原料ガスの流量を均一にすることができる。したがって、化合物半導体薄膜の結晶成長の均一性の低下を防止することができるのである。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記基板保持体１２の上記リム２０は、上記凹部１３の底面１３aにおいて、保持される上記化合物半導体基板１４の有効チップ部分の外側に位置する無効チップ部分を支持可能な位置に形成されている。

この実施の形態によれば、上記リム２０は、保持される上記化合物半導体基板１４の無効チップ部分を支持する位置に形成されているので、上記化合物半導体基板１４の上記有効チップ部分への熱的影響を減少させて、上記化合物半導体基板１４の温度の安定化を図ることができる。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記リム２０は、上記化合物半導体基板１４の底面を上記凹部１３の底面１３aと平行に最小面積で支持でき、且つ上記傾斜部を有する、円錐および三角錐を含む立体形状に形成されている。

この実施の形態によれば、上記リム２０は、円錐および三角錐を含む、上記化合物半導体基板１４の底面を上記凹部１３の底面１３aと平行に最小面積で支持でき、且つ上記傾斜部を有する立体形状を有している。したがって、上記基板保持体１２の上記化合物半導体基板１４への接触面積をできるだけ減らし、上記化合物半導体基板１４への熱的影響を減少させて、上記化合物半導体基板１４の温度の安定化を図ることができる。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記リム２０における上記凹部１３の内周面からの距離が、０.５ｍｍ〜５.０ｍｍに設定されている。

通常、上記基板保持体１２の外周部は、底部よりも温度が低い。この実施の形態によれば、温度の低い上記凹部１３の内周面から離れた位置に上記リム２０を配置している。したがって、上記リム２０の温度斑、延いては上記化合物半導体基板１４の温度斑を無くして、上記化合物半導体基板１４の熱的均一性を保つことができる。

また、一実施の形態の化合物半導体薄膜成長装置では、
上記リム２０は、石英,カーボン,ＳiＣ,ＡlＮ,アルミナ,サファイア,ボロンナイトライド,ジルコニア,モリブデンおよびタングステンから選択された材料で構成されている。

この実施の形態によれば、上記リム２０を耐熱性を有する材料で形成することができ、上記リム２０の熱的安定性を向上できる。さらに、上記基板保持体１２と同じ材料を選択することによって、上記基板保持体１２の形成時に形成することが可能になる。

１…ＭＯＣＶＤ装置、
２…反応容器、
２a…反応室、
３…支持体、
４…収容部、
５…蓋部、
６…原料ガス、
７…供給管、
９…排気管、
１０…軸、
１１…支持体の凹部、
１２…基板保持体、
１３…基板保持体の凹部、
１４…化合物半導体基板、
１５…加熱部、
１６…上部プレート、
１８…排気部材、
１９…監視装置、
２０…リム、
２０a…リムの頂部、
２１…基板、
２２…中間層、
２３…下地層、
２４…ｎ型半導体層、
２４a…ｎ型コンタクト層、
２４b…ｎ型クラッド層、
２５…発光層、
２５a…障壁層、
２５b…井戸層、
２６…ｐ型半導体層、
２６a…ｐ型クラッド層、
２６b…ｐ型コンタクト層、
２７…透明正極、
２８…正極ボンディングパッド、
２９…負極ボンディングパッド。

Claims (5)

1. 反応室を有する反応容器と、
   上記反応室内に回転可能に設置されて、複数の化合物半導体基板を支持する支持体と、
   上記支持体上に、上記支持体の回転中心を中心とする円周上に配置されると共に、上記化合物半導体基板を保持する複数の基板保持体と
   を備え、
   上記基板保持体は、
   上記化合物半導体基板を着脱自在に保持する凹部と、
   上記凹部の底面に上記基板保持体と同一素材で形成されると共に、側部に下方に向かって広がる傾斜部を有して、上記化合物半導体基板を支持するリムと
   を含んでいる
   ことを特徴とする化合物半導体薄膜成長装置。
2. 請求項１に記載の化合物半導体薄膜成長装置において、
   上記基板保持体の上記リムは、上記凹部の底面において、保持される上記化合物半導体基板の有効チップ部分の外側に位置する無効チップ部分を支持可能な位置に形成されている
   ことを特徴とする化合物半導体薄膜成長装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の化合物半導体薄膜成長装置において、
   上記リムは、上記化合物半導体基板の底面を上記凹部の底面と平行に最小面積で支持でき、且つ上記傾斜部を有する、円錐および三角錐を含む立体形状に形成されている
   ことを特徴とする化合物半導体薄膜成長装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の化合物半導体薄膜成長装置において、
   上記リムにおける上記凹部の内周面からの距離が、０.５ｍｍ〜５.０ｍｍに設定されている
   ことを特徴とする化合物半導体薄膜成長装置。
5. 請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の化合物半導体薄膜成長装置において、
   上記リムは、石英,カーボン,ＳiＣ,ＡlＮ,アルミナ,サファイア,ボロンナイトライド,ジルコニア,モリブデンおよびタングステンから選択された材料で構成されている
   ことを特徴とする化合物半導体薄膜成長装置。

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