JP5644256B2 - 化合物半導体の製造装置及び化合物半導体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、化合物半導体の製造装置、化合物半導体の製造方法及び化合物半導体に関する。
従来、化合物半導体結晶を成長させる方法の一つとして、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ。）が知られている。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体製造装置としては、例えば、特許文献１に、原料ガスが供給される反応管の内部に、化合物半導体結晶の成長対象となる複数の基板を、ＳｉＣで形成されたホルダにそれぞれ結晶の成長面が上方となるように搭載し、ホルダを回転させることで基板を回転させながら結晶成長を行わせる装置が記載されている。
特開２００４−１０３７０８号公報
ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体製造装置では、サテライトディスクやウエーハキャリヤ（以下、併せて「サテライトディスク」と称する。）と呼ばれるホルダ上にサファイア基板等が載置される。そして、装置内に導入された原料ガスが反応することにより生成した化合物半導体の結晶を、サテライトディスクを介して加熱されたサファイア基板上にエピタキシャル成長させる。
この場合、サテライトディスクとサファイア基板とが直接接触しないように、サファイア基板を所定の支持部材上に載置する方法が採用されている。
しかし、サファイア基板を支持する支持部材の位置や形状により、サファイア基板表面に温度差が生じ、化合物半導体の結晶成長の均一性が低下する場合がある。また、サファイア基板および化合物半導体層の成長過程で生じるウェーハの反りによっても、同様な問題が発生する。
本発明の目的は、ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体の製造において、化合物半導体の結晶を成長させる基板表面の温度分布及び反りの変化によるウェーハ面内平均の狙い値からのズレを抑制することにある。これによって、半導体薄膜の品質のバラツキが低減し、例えば、発光素子の場合、発光波長、発光出力の特性の均一性が向上し、収率の改善が期待できる。
本発明によれば、以下（１）〜（１２）に係る化合物半導体の製造装置及び化合物半導体の製造方法が提供される。
（１）有機金属気相成長法を用いて化合物半導体の層を形成する化合物半導体製造装置であって、反応容器と、前記反応容器内に配置され、被形成体の被形成面が上方を向くように当該被形成体が載置される保持体と、前記反応容器内に外部から原料ガスを供給する原料供給口と、を備え、前記保持体は、当該保持体の上面の中心から前記被形成体の外周部よりも内側で当該被形成体の下面と接し、当該保持体の上面と当該被形成体の下面とが所定の間隔を保つように当該被形成体を支持する支持部を有し、前記支持部は、前記保持体の前記上面の中心から、前記被形成体の有効半径Ｒ０の０．７０倍〜０．７３倍の半径（Ｒ１）の同心円間の位置に設けられることを特徴とする化合物半導体の製造装置。
（２）前記支持部は、前記保持体の前記上面の少なくとも３箇所に設けられた突起を有することを特徴とする前項（１）に記載の化合物半導体の製造装置。
（３）前記保持体の前記上面に設けられた前記突起の周囲に、当該突起に沿って当該上面から所定の段差を有するように溝部が形成されていることを特徴とする前項（２）に記載の化合物半導体の製造装置。
（４）前記支持部と前記被形成体の接触面積は、当該被形成体の面積の１％以下であることを特徴とする前項（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
（５）前記支持部は、前記保持体の前記上面に形成されたリング形状を有することを特徴とする前項（１）に記載の化合物半導体の製造装置。
（６）前記保持体の前記上面に設けられた前記リング形状の前記支持部の内周側と外周側とに、それぞれ、当該上面から所定の段差を有するように溝部が形成されていることを特徴とする前項（５）に記載の化合物半導体の製造装置。
（７）前記支持部は、成長温度における熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなることを特徴とする前項（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
（８）前記保持体は、炭化珪素（ＳｉＣ）でコートされた黒鉛（Ｃ）で構成され、前記支持部は、サファイアからなることを特徴とする前項（１）乃至（７）のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
（９）前記化合物半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体であることを特徴とする前項（１）乃至（８）のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
（１０）有機金属気相成長法を用いて反応容器内で化合物半導体の層を被形成体上の被形成面にエピタキシャル成長により形成する化合物半導体の製造方法であって、保持体に、当該保持体の上面の中心から前記被形成体の外周部よりも内側で当該被形成体の下面に接し当該保持体の上面と当該被形成体の下面とが所定の間隔を保つように当該被形成体を支持する支持部を設け、当該支持部上に当該被形成体の前記被形成面が上側を向き、且つ、当該被形成体の裏面が当該保持体の上面と接触しないように当該被形成体を載置する工程と、前記被形成体を載置した前記保持体を前記反応容器内に回転可能に設置する工程と、前記保持体を設置した前記反応容器内に前記化合物半導体の原料ガスを供給する工程と、を有し、前記被形成体を載置する工程において、前記被形成体は、前記保持体の前記上面の中心から当該被形成体の有効半径Ｒ ０ の０．７０倍〜０．７３倍の半径（Ｒ １ ）の同心円間の円周上の少なくとも３箇所に設けられた突起状の前記支持部上に載置されることを特徴とする化合物半導体の製造方法。
（１１）前記被形成体を７００℃以上１２００℃以下に加熱することを特徴とする前項（１０）に記載の化合物半導体の製造方法。
（１２）前記化合物半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体であることを特徴とする前項（１０）又は（１１）に記載の化合物半導体の製造方法。
本発明によれば、ＭＯＣＶＤ法による化合物半導体の製造装置又は製造方法において、化合物半導体の結晶を成長させる基板を保持体（サテライトディスク）上に直接載置する場合に比べ、基板表面の温度分布が抑制される。このため、化合物半導体の結晶成長の均一性が向上し、発光層が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長の標準偏差（σ）が低減する。
また、基板をサテライトディスク上に直接載置する場合に比べ、基板に反りが生じていても、基板表面の温度分布が抑制される。さらに、基板とサテライトディスクの接触面積が小さく、接触面積のバラツキによる温度不均一が生じにくい。
ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の断面構成を示す概略図の一例である。 図１に示すＭＯＣＶＤ装置のＩＩ−ＩＩ断面から見た平面図である。 （ａ）は、３個の突起状の支持部を有する基板保持体の上面図であり、（ｂ）は、化合物半導体基板を載置した場合の（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の支持部の拡大断面図である。 （ａ）は、リング形状の支持部を有する基板保持体の上面図であり、（ｂ）は、化合物半導体基板を載置した場合の（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図である。 ＭＯＣＶＤ装置を用いて製造される積層半導体ウェーハの断面図の一例である。 積層半導体ウェーハにさらに加工を施すことによって得られる発光素子チップの断面図の一例である。 実施例１の結果を示すグラフである。 比較例１の結果を示すグラフである。 基板の反りの変化による基板面内の平均発光波長のズレをシミュレーションした結果を説明するグラフである。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。
＜ＭＯＣＶＤ装置＞
図１は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１の断面構成を示す図である。図２は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
ＭＯＣＶＤ装置１は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶をエピタキシャル成長させるための基板１１０（後述する図５参照）や、さらにその上に、予め任意の組成の化合物半導体層を少なくとも１層形成してなる化合物半導体基板（一例として、後述する化合物半導体基板４０も挙げられ、本明細書ではこれらを被形成体ともいう）を任意に選ぶことができる。例えば、化合物半導体基板４０を用いる場合には、その結晶成長面が上方を向くように配置し、且つ、エピタキシャル成長を行わせる結晶の原料となる原料ガスを、化合物半導体基板４０の上方から供給する、所謂、縦型の構成を有している。
ＭＯＣＶＤ装置１は、内部に反応室が形成される反応容器１０と、反応容器１０の反応室内に配置される支持体２０とを備えている。反応容器１０は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともに、その内部に支持体２０を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられる蓋部１２とを備える。
収容部１１および蓋部１２は、ステンレス等の金属にて構成されている。また、蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合には、収容部１１とともに反応室を形成する。なお収容部１１と蓋部１２とが対向する部位には、図示しないＯリング等のシール材が取り付けられている。
蓋部１２の中央部には、外部に設けられたガス供給機構（図示せず）から反応室内部に原料ガスを供給するための貫通孔が形成されている。貫通孔には供給管１３が接続されている。蓋部１２の中央部から偏倚した位置には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
収容部１１の底面には、反応室内に供給された原料ガスを反応室の外部に排出するための複数の排気管が貫通形成されている。収容部１１の底面中央部には、後述する軸２１を通すための貫通孔が形成されている。
支持体２０は円板状の形状を有し、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１１内に配置されている。支持体２０は、カーボン（Ｃ）で形成された基材の外側に、炭化珪素（ＳｉＣ）によるコーティングを施したもので構成されている。支持体２０の表面側には、それぞれ円形状を有する６個の凹部が、円周方向に等間隔に形成されている。支持体２０の裏面側には、その中央部から下方に向かう金属製の軸２１が取り付けられている。軸２１は、収容部１１の底面中央部に設けられた貫通孔を介して反応容器１０の外部に突出している。支持体２０は、反応容器１０の外部から軸２１に駆動力を与えることにより、図２に示す矢印Ａ方向に回転するようになっている。支持体２０の内部には、支持体２０に設けられた６個の凹部の底面に向けて窒素Ｎ２を供給するためのガス供給口（図示せず）が形成されている。
支持体２０の表面に設けられた６個の凹部には、それぞれ円形状を有する保持体の一例としての基板保持体３０が取り付けられている。基板保持体３０は、それぞれ、上方を向く面に円形状の凹部が形成されており、各凹部には化合物半導体基板４０が取り付けられている。支持体２０に設けられた凹部と基板保持体３０との間には隙間が形成されており、これら６個の基板保持体３０は、支持体２０に対して着脱自在となっている。
被形成体の一例としての化合物半導体基板４０は、その結晶成長面（結晶の被形成面）が外側に露出するように基板保持体３０の凹部に保持されている。化合物半導体基板４０は、基板保持体３０に対して着脱自在となっている。各基板保持体３０は、それぞれが化合物半導体基板４０を保持した状態で、図示しない貫通孔を介して供給される窒素Ｎ２の流れにより、図２に示す矢印Ｂ方向に回転するようになっている。
ＭＯＣＶＤ装置１の支持体２０の裏面側と収容部１１の底面との間には加熱部５０が設けられている。加熱部５０は、支持体２０および基板保持体３０を介して化合物半導体基板４０を加熱する。加熱部５０は、軸２１を貫通させる穴が形成されたリング状の形状を備えており、その内部にはコイルが収容されている。加熱部５０は、コイルに電流が供給されることにより、支持体２０を構成するカーボンを電磁誘導加熱する。
ＭＯＣＶＤ装置１の蓋部１２の下方且つ支持体２０の上方には保護部材６０が設けられている。保護部材６０は、反応室内に供給される原料ガスの反応によって生成される生成物が、蓋部１２の内壁に付着、堆積するのを防止することにより蓋部１２を保護する。保護部材６０は円形状を有しており、蓋部１２と同様、中央部に外部から反応室の内部に原料ガスを供給するための貫通孔が形成されている。保護部材６０には、蓋部１２と同様、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
ＭＯＣＶＤ装置１の支持体２０と保護部材６０との間には排気部材８０が取り付けられている。排気部材８０は、反応室内に供給され、結晶のエピタキシャル成長に使用された原料ガス等を収容部１１の底面に設けられた排出管側へと導く。排気部材８０は、リング状の形状を有している。排気部材８０の内壁は、支持体２０に設けられた６つの凹部よりも外側に位置している。排気部材８０の内壁には、使用後の原料ガス等を外部に排出するための複数の貫通孔（図示せず）が形成されている。排気部材８０は、支持体２０の外周部の縁端側との対向部において、支持体２０の回転を妨げないように構成されている。図２においては、排気部材８０の記載を省略している。
ＭＯＣＶＤ装置１の蓋部１２に設けられた貫通孔の上部には、監視装置９０が取り付けられている。監視装置９０は、蓋部１２および保護部材６０にそれぞれ設けられた貫通孔を介し、反応室の内部の状態、具体的には、基板保持体３０を介して支持体２０に保持された化合物半導体基板４０上にエピタキシャル成長する結晶の状態、化合物半導体基板４０の反りの状態等を監視する。尚、貫通孔を介して監視装置９０に原料ガス等が流入するのを防止するため、監視装置９０から反応室に向けて、例えば、窒素Ｎ２等のパージガスが供給されている。
＜基板保持体＞
図３は、上述したＭＯＣＶＤ装置１で使用される基板保持体３０の構成を説明する図である。図３（ａ）は、３個の突起状の支持部３２を有する基板保持体３０の上面図であり、図３（ｂ）は、化合物半導体基板４０を載置した場合の図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の支持部３２の拡大断面図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、保持体の一例としての基板保持体３０は、円形状の形状を有する本体部３１と、本体部３１の周縁部３１ａに嵌め込まれたリング３０ａとを備えている。本体部３１の上面には平坦な中央部３１ｂが形成されている。中央部３１ｂの直径は、後述する被成形体としての化合物半導体基板４０の直径よりもわずかに大きく設定されている。また、被成形体としての化合物半導体基板４０のオリエンテーションフラット（以下、「オリフラ」と称する。）に対応するように、円弧状の周縁部３１ａの一部が直線状に形成されている（オリフラ対応部３１ｃ）。本実施の形態において、本体部３１は炭化ケイ素（ＳｉＣ）でコートされた黒鉛で構成されている。尚、本体部３１の円周方向外側側面および裏面側に、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）で構成される被覆部を設けてもよい。
本体部３１の中央部３１ｂには突起状の３個の支持部３２が形成されている。３個の支持部３２は、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ１の円Ｃの円周上に、円周に沿って互いに略等間隔を保つように配置されている。支持部３２が配置されている円Ｃの半径Ｒ１は、後述する化合物半導体基板４０の有効半径Ｒ０より短い長さである（Ｒ１＜Ｒ０）。ここで、有効半径Ｒ０とは、化合物半導体基板４０のオリフラ以外の円形部分の半径である。
本実施の形態で使用する化合物半導体基板４０の有効半径Ｒ０は特に限定されない。通常、有効半径Ｒ０は、２５ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲である。このとき、３個の支持部３２が配置される円Ｃの半径Ｒ１は、通常、１２ｍｍ〜１３５ｍｍの範囲である。本実施の形態では、化合物半導体基板４０の有効半径（Ｒ０）が１００ｍｍ以上の大口径となるほど効果が顕著となるため望ましい。一方、化合物半導体基板４０を構成する材料としては、例えば、サファイアが好ましい。サファイアは、シリコン、ガリウム砒素等と比較して熱伝導率が小さく、温度分布が大きいので効果が顕著となり好適である。
さらに、本実施の形態では、支持部３２が配置されている円Ｃの半径Ｒ１と、化合物半導体基板４０の有効半径Ｒ０との関係は、（Ｒ１＝０．５×Ｒ０〜０．９×Ｒ０）が望ましく、さらに望ましくは、（Ｒ１＝０．６×Ｒ０〜０．８×Ｒ０）であり、最も好ましくは、（Ｒ１＝０．６５×Ｒ０〜０．７５×Ｒ０）である。円Ｃの半径Ｒ１が、有効半径Ｒ０の９０％より大きいと、反りの影響による本体部３１と化合物半導体基板４０との距離の偏差が大きくなり、温度分布が出やすくなる傾向がある。一方、円Ｃの半径Ｒ１が、有効半径Ｒ０の５０％未満の場合は、化合物半導体基板４０を安定的に支持できない場合が生じる。また、化合物半導体基板４０の回転やガスの流れにより、化合物半導体基板４０が傾くと、温度分布が大きくなる可能性が高くなる。
化合物半導体基板４０を、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ１＝０．７×Ｒ０付近の円Ｃの円周上に配置された３個の支持部３２上に載置すると、化合物半導体基板４０の反りが変化しても、結晶のエピタキシャル成長面であるウェーハ面内の平均温度が一定に保たれる。その結果、発光層が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長の平均値が一定に保たれる。これは、基板保持体３０とウェーハ裏面との隙間の平均値が、ウェーハの反りに依らず、一定に保たれることによる。
図３（ｂ）に示すように、基板保持体３０に載置される化合物半導体基板４０は、本体部３１の中央部３１ｂの上面と化合物半導体基板４０の下面とが接触しないように３個の支持部３２によって支持される。また、化合物半導体基板４０の外周側面は、低熱伝導部材で構成されたリング３０ａと接触することにより、本体部３１からの熱伝達が低減している。
図３（ｃ）に示すように、突起状の支持部３２は、中央部３１ｂの上面から所定の高さＨを有する突起部３２１を有し、さらに突起部３２１の周囲には、中央部３１ｂの上面から所定の深さＬを有するように溝部３２２が形成されている。
本実施の形態では、突起部３２１の高さＨは、特に限定されないが、通常、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲であり、好ましくは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。突起部３２１の高さＨが過度に高いと、化合物半導体基板４０の表面温度を所定の温度に保つために、基板保持体３０の温度をより高温にする必要があり、電力負荷の増大や耐熱性の点で課題が発生する。
また、例えば、結晶のエピタキシャル成長が７００℃未満の低温成長の場合、突起部３２１の高さＨを高くすることが可能となる。突起部３２１の高さＨが過度に低い場合、反りにより化合物半導体基板４０が基板保持体３０に接触し、温度が不均一となる可能性があるため望ましくない。
溝部３２２の深さＬは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であり、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲である。
尚、突起部３２１の径Ｄは、化合物半導体基板４０の下面との接触面積が小さくなるように突起部３２１を構成するのが、望ましい。突起部３２１の材質および劣化と加工精度を考慮し、通常０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲であり、好ましくは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。また、溝部３２２の幅Ｗは、通常、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲であり、好ましくは、０．７ｍｍ〜３ｍｍの範囲である。
また、突起部３２１の断面形状は特に限定されず、例えば、円形、三角形、四角形、楕円形等が挙げられる。同様に、溝部３２２の断面形状も限定されず、例えば、長方形、半（楕）円形、台形、３角形等も利用可能である。さらに、突起部３２１の化合物半導体基板４０との接触面の形状は特に限定されず、例えば、平面、曲面等が挙げられる。
本実施の形態では、支持部３２は、基板保持体３０の本体部３１と別体で成形されてもよい。例えば、本体部３１に突起状の支持部３２を嵌め込んだものでもよい。この場合、支持部３２と本体部３１が分割されることにより熱伝導性が低下し、化合物半導体基板４０と基板保持体３０との間の熱伝導が更に抑制される。
また、支持部３２を本体部３１と異なる材料を用いて構成してもよい。この場合、支持部３２を構成する材料としては、化合物半導体基板４０にエピタキシャル成長させる温度における熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものであることが好ましい。具体的な材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、石英ガラス（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等が挙げられる。これらの中でも、石英ガラス（ＳｉＯ２）又はジルコニア（ＺｒＯ２）は熱伝導性が特に小さく、化合物半導体基板４０と本体部３１の間の熱伝導を抑制することが可能となる。
本実施の形態では、上述したように、化合物半導体基板４０の内周側の３箇所が突起状の支持部３２に支持されることにより、中央部３１ｂの上面と接触しない状態で基板保持体３０に載置されている。これにより、化合物半導体基板４０と基板保持体３０との接触面積が小さくなり、化合物半導体基板４０と基板保持体３０の間の熱伝導が抑制される。また、化合物半導体基板４０の反りにより生じる不均一な接触状態に起因する温度変化が抑制される。化合物半導体基板４０と基板保持体３０の接触面積は、化合物半導体基板４０の面積の１％以下であることが好ましい。この場合、化合物半導体基板４０と基板保持体３０と接触による影響が減少し、温度がより均一となる。
また、突起状の支持部３２を低熱伝導材料により構成し、支持部３２の周囲に溝部３２２を設けることにより、化合物半導体基板４０と基板保持体３０の間の支持部３２付近の熱伝導が抑制され、支持部３２の影響が緩和される。
（基板保持体３０の第２の実施の形態）
図４は、上述したＭＯＣＶＤ装置１で使用される基板保持体３０の第２の実施の形態を説明する図である。図４（ａ）は、リング形状の支持部を有する基板保持体の上面図であり、図４（ｂ）は、化合物半導体基板４０を載置した場合の図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図である。図３と同じ構成については同じ符号を使用しその説明を省略する。
図４（ａ）に示すように、本体部３１の中央部３１ｂにはリング形状の支持部３２Ｌが形成されている。リング形状の支持部３２Ｌは、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ２の円の円周上に配置されている。また、リング形状の支持部３２Ｌの外周側及び内周側には、それぞれ、中央部３１ｂの上面から所定の段差を有するように溝部３２２Ｌｏ，３２２Ｌｉが形成されている。
支持部３２Ｌが配置されている円の半径Ｒ２は、化合物半導体基板４０の有効半径Ｒ０より短い長さである（Ｒ２＜Ｒ０）。図３に示した実施の形態と同様に、支持部３２Ｌが配置されている円の半径Ｒ２と、化合物半導体基板４０の有効半径Ｒ０との関係は、Ｒ１と同様であることが好ましい。化合物半導体基板４０を、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ２の円上に配置された支持部３２Ｌ上に載置すると、化合物半導体基板４０の反りが変化しても、結晶のエピタキシャル成長面の平均温度変化が抑制され、発光層が形成されたウェーハ面内の発光波長の平均値の目標値からのズレが抑制される。
図４（ｂ）に示すように、化合物半導体基板４０は、本体部３１の上面の中心から化合物半導体基板４０の有効半径Ｒ０より短い長さの位置に設けたリング形状の支持部３２Ｌに支持されることにより、中央部３１ｂの上面と接触しない状態で基板保持体３０に載置されている。これにより、図３で示した突起状の支持部３２の場合と同様に、化合物半導体基板４０と基板保持体３０との接触面積が小さくなり、化合物半導体基板４０と基板保持体３０の間の熱伝導が抑制される。また、化合物半導体基板４０の裏面と基板保持体３０の接触状態のバラツキによる接触部付近での温度のバラツキが抑制される。
また、リング形状の支持部３２Ｌを低熱伝導材料により構成し、支持部３２Ｌの外周側及び内周側に溝部３２２Ｌｏ，３２２Ｌｉを設けることにより、化合物半導体基板４０の支持部３２Ｌ付近の基板保持体３０との間の熱伝導が抑制される。
さらに、本実施の形態では、支持部３２Ｌは、基板保持体３０の本体部３１と別体で成形されてもよい。例えば、本体部３１にリング形状の支持部３２Ｌを嵌め込んだものでもよい。この場合、支持部３２Ｌと本体部３１が分割されることにより熱伝導性が低下し、化合物半導体基板４０と基板保持体３０との間の熱伝導が更に抑制される。この場合、支持部３２Ｌを構成する材料としては、前述した突起状の支持部３２の場合と同様なものが挙げられる。
次に、ＭＯＣＶＤ装置１で使用する原料ガスについて説明する。
＜原料ガス＞
本実施の形態では、ＭＯＣＶＤ装置１を用いてサファイア製の基板１１０（図５参照）上（サファイア基板（ｃ面））に予め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４０上に、さらにＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する。原料としては、ＩＩＩ族の元素を含む有機金属と窒素を含むアンモニアＮＨ３とを使用する。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Ｎ２および水素Ｈ２にてバブリングを行い、得られた窒素Ｎ２、水素Ｈ２および有機金属を混合させてなる有機金属ガスＭＯを原料ガスとして供給する。本実施の形態では、供給管１３より有機金属ガスＭＯおよびアンモニアＮＨ３の供給を行う。
有機金属としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）等の有機ガリウム化合物；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等の有機アルミニウム化合物；トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）等の有機インジウム化合物が挙げられる。
ｎ型のドーパントの原料としては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシラン化合物；ゲルマンガス（ＧｅＨ４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等のゲルマニウム化合物が挙げられる。
ｐ型のドーパントの原料としては、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）等の有機マグネシウム化合物が挙げられる。
次に、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて製造される積層半導体ウェーハを説明する。
＜積層半導体ウェーハ＞
図５は、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて製造される積層半導体ウェーハＳＷの断面図の一例を示している。積層半導体ウェーハＳＷを構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好ましく、ＩＩＩ族窒化物半導体がより好ましい。以下、ＩＩＩ族窒化物半導体を有する積層半導体ウェーハＳＷを例に挙げて説明する。特に、成長温度が、特性に与える影響が大きい発光素子について示す。
この積層半導体ウェーハＳＷは、基板１１０と、基板１１０上に形成された中間層１２０と、中間層１２０の上に順次積層される下地層１３０とｎ型半導体層１４０と発光層１５０とｐ型半導体層１６０とを備えている。本実施の形態では、基板１１０、中間層１２０及び下地層１３０が順次積層されたものを化合物半導体基板４０と称している。
ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有する。発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有する。ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有する。以下の説明においては、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて化合物半導体層１００と称する。
以下に、積層半導体ウェーハＳＷの構成を説明する。
（基板１１０）
基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化珪素が好ましい。本実施の形態では、基板１１０としてサファイアを用いている。基板１１０の表面は、例えば、鏡面加工や凹凸加工を施したものが望ましい。
（中間層１２０）
基板１１０はＩＩＩ族窒化物半導体とは異なる材料から構成されるため、バッファ機能を発揮する中間層１２０を基板１１０上に設けておくことが好ましい。単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用し、中間層１２０上に成膜される下地層１３０と化合物半導体層１００とは、良好な結晶性を持つ結晶膜となる。中間層１２０は、Ａｌを含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物半導体であるＡｌＮを含むことが特に好ましい。
（下地層１３０）
下地層１３０に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物半導体（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられる。特に、ＡｌＧａＮ、ＧａＮが好ましい。なお、本明細書中、各元素の組成比を省略して、ＡｌＧａＮやＧａＩｎＮ等といった表記を用いることがある。下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。
（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０は、ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂから構成される。ｎ型コンタクト層１４０ａとしては、下地層１３０と同様にＧａＮ系化合物半導体が用いられる。下地層１３０およびｎ型コンタクト層１４０ａを構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。
ｎ型クラッド層１４０ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等により形成される。これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。ｎ型クラッド層１４０ｂとしてＧａＩｎＮを採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。ｎ型クラッド層１４０ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
（発光層１５０）
発光層１５０は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層１５０ａと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側にそれぞれ障壁層１５０ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層１５０は、６層の障壁層１５０ａと５層の井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層される構成となっている。
井戸層１５０ｂには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。
また、障壁層１５０ａとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ≦０．３）等の窒化ガリウム系化合物半導体を好適に用いることができる。
（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６０ａとしては、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６０ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐ型コンタクト層１６０ｂとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
ここで、化合物半導体基板４０は、以下のように製造される。まず、所定の直径と厚さとを有するサファイア製の基板１１０を、図示しないスパッタリング装置にセットする。そして、スパッタリング装置にて、基板１１０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り、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層１２０を形成する。続いて、中間層１２０が形成された基板１１０を、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１にセットする。具体的には、中間層１２０が外側に向かうように、各基板１１０を各基板保持体３０にセットし、各基板１１０がセットされた各基板保持体３０を、支持体２０に設けられた各凹部に、中間層１２０が上方を向くように配置する。そして、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて中間層１２０の上に下地層１３０の形成を行い、化合物半導体基板４０を得る。
次に、積層半導体ウェーハＳＷから得られる発光素子チップＬＣを説明する。
図６は、積層半導体ウェーハＳＷにさらに加工を施すことによって得られる発光素子チップＬＣの断面図を示している。
発光素子チップＬＣにおいては、ｐ型半導体層１６０のｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０が積層され、さらにその上に正極ボンディングパッド１８０が形成されるとともに、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに形成された露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０が積層されている。
以下に、発光素子チップＬＣの構成を説明する。
（透明正極１７０）
透明正極１７０を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の従来公知の材料が挙げられる。透明正極１７０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極１７０は、ｐ型半導体層１６０上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
（正極ボンディングパッド１８０）
透明正極１７０上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。正極ボンディングパッド１８０の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
（負極ボンディングパッド１９０）
負極ボンディングパッド１９０は、基板１１０上に成膜された中間層１２０および下地層１３０の上にさらに成膜された化合物半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）において、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに接するように形成される。負極ボンディングパッド１９０を形成する際は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４０ａの露出領域１４０ｃを形成し、この上に負極ボンディングパッド１９０を形成する。負極ボンディングパッド１９０の材料としては、正極ボンディングパッド１８０と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
次に、積層半導体ウェーハＳＷの製造方法を説明する。
（積層半導体ウェーハＳＷの製造方法）
本実施の形態では、前述した基板１１０上に、スパッタ法を用いて、プラズマで活性化して反応した原料を基板１１０上に成膜して中間層１２０を形成する。ここで、Ｖ族元素を窒素とし、中間層１２０を成膜する際のガス中における窒素のガス分率を５０体積％〜９９体積％以下の範囲とするとともに、中間層１２０を単結晶として形成する。次いで、中間層１２０上に、ＭＯＣＶＤ法又はスパッタ法によって下地層１３０を成膜し、化合物半導体基板４０を形成する。
続いて、このように形成した化合物半導体基板４０を使用し、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて以下の手順に従い製造される。
初めに、６枚の基板保持体３０の中央部３１ｂに、それぞれ１枚ずつ化合物半導体基板４０を載置し、下地層１３０を外部に露出させる。続いて、６枚の基板保持体３０をＭＯＣＶＤ装置１の支持体２０に設けられた６個の凹部に設置する。その後、保護部材６０が取り付けられた蓋部１２を閉じて収容部１１と蓋部１２とを密着させる。
次に、ガス供給口を介して支持体２０の各凹部の底部に向けて窒素Ｎ２の供給を開始させ、軸２１の回転を開始させる。これに伴い、支持体２０は矢印Ａ方向に回転し、支持体２０に取り付けられた６個の基板保持体３０は矢印Ｂ方向に回転する。
また、加熱部５０のコイルに対する給電が開始され、加熱部５０に流れる電流により、支持体２０が電磁誘導加熱され、支持体２０に保持される６個の基板保持体３０および各基板保持体３０に保持される化合物半導体基板４０が所定の温度に加熱される。
化合物半導体基板４０は、７００℃〜１２００℃の範囲に加熱される。また、化合物半導体基板４０の温度は、それぞれの結晶成長に適した値に調整される。
ＭＯＣＶＤ装置１の反応室では、供給管１３から供給されたｎ型コンタクト層１４０ａ用の有機金属ガスＭＯおよびアンモニアＮＨ３が、加熱される化合物半導体基板４０の近傍で分解し、ｎ型コンタクト層１４０ａ用のＩＩＩ族窒化物半導体が化合物半導体基板４０上に成長する。このとき、ｎ型コンタクト層１４０ａ用のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、所定の温度に加熱された化合物半導体基板４０の下地層１３０上にエピタキシャルに成長する。
ｎ型コンタクト層１４０ａの形成が完了すると、ＭＯＣＶＤ装置１の反応室では、供給管１３から供給されたｎ型クラッド層１４０ｂ用の有機金属ガスＭＯおよびアンモニアＮＨ３が、加熱される化合物半導体基板４０の近傍で分解し、ｎ型クラッド層１４０ｂ用のＩＩＩ族窒化物半導体がｎ型コンタクト層１４０ａ上に成長する。このとき、ｎ型クラッド層１４０ｂ用のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、所定の温度に加熱された化合物半導体基板４０の上に形成されたｎ型コンタクト層１４０ａ上にエピタキシャルに成長する。
以後、反応室に供給する有機金属ガスＭＯを順次変更することにより、化合物半導体基板４０上に形成されたｎ型クラッド層１４０ｂには、複数の障壁層１５０ａおよび複数の井戸層１５０ｂを有する発光層１５０、そして、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂを有するｐ型半導体層１６０が順次形成される。このような手順を経て、積層半導体ウェーハＳＷを得ることができる。
次に、発光素子チップＬＣの製造方法を説明する。
＜発光素子チップＬＣの製造方法＞
上述したような製膜プロセスが終了すると、支持体２０から基板保持体３０が取り出され、さらに基板保持体３０から積層半導体ウェーハＳＷが取り外される。そして、積層半導体ウェーハＳＷのｐ型半導体層１６０上に透明正極１７０を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８０を形成する。また、エッチング等を用いてｎ型コンタクト層１４０ａに露出領域１４０ｃを形成し、この露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０を設ける。その後、基板１１０の中間層１２０の形成面とは反対の面を、所定の厚さになるまで研削及び研磨する。そして、基板１１０の厚さが調整されたウェーハを、例えば３５０μｍ角の正方形に切断することにより、発光素子チップＬＣを得る。
以上、詳述したように、本実施の形態では、化合物半導体基板４０上に化合物半導体層１００をエピタキシャル成長させる際に、化合物半導体基板４０の周縁部の３箇所を支持する支持部３２を用いることにより、基板保持体３０の上面と接触しない状態で化合物半導体基板４０を載置している。これにより、化合物半導体基板４０と基板保持体３０との接触面積が小さくなり、化合物半導体基板４０の局所的な温度変化を低減（抑制）することができる。
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例において、サファイア基板のエピタキシャル結晶成長面の温度測定と化合物半導体ウェーハから得られた発光波長の分布（波長分布σ）の評価方法は以下の通りである。
（１）サファイア基板のエピタキシャル結晶成長面の温度測定
サファイア基板のエピタキシャル結晶成長面の温度は、８μｍ〜１４μｍの波長域の光を利用した放射温度計を用いて測定した。測定方法は、発光層成長中の測定ポートの下を、自転しながら公転するウェーハが横切る軌跡上の温度を測定し、測定値は、基板中心からの距離毎に平均した。
（２）化合物半導体ウェーハから得られた発光波長の分布（標準偏差σ）
発光波長の波長分布は、ＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）を用いて測定した。
（実施例１）
＜積層半導体ウェーハＩの調製＞
有効半径（Ｒ０）５０ｍｍ、厚さ０．９１ｍｍのサファイア製の基板１１０（表面：ｃ面）を使用し、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１を用いて、この基板１１０上に化合物半導体層１００をエピタキシャル成長させ、積層半導体ウェーハＩを調製した。
ＭＯＣＶＤ装置１の基板保持体３０として、図３（ａ）に示すように３個の突起状の支持部３２を有する構成とした。３個の突起状の支持部３２は、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ１（３５ｍｍ）の円の円周上に沿って互いに略等間隔を保つように配置されている。
支持部３２を構成する材料は、基板１１０と同様にサファイア（表面；ｃ面）である。支持部３２の形状は、径Ｄ＝１ｍｍφ、高さＨ＝０．３ｍｍである。ここで、基板１１０と支持部３２の接触面積は、基板１１０の面積の約０．０３％である。溝部３２２の形状は、深さＬが１ｍｍ、幅Ｗが２ｍｍである。本体部３１の材質は、ＳｉＣコートされた黒鉛である。
先ず、サファイア製の基板１１０上に、スパッタ法によりＡｌＮからなる厚さ０．０５μｍの中間層１２０を成膜し、その上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層１３０及び厚さ２μｍのＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層１４０ａを成膜した化合物半導体基板４０を作成した。次に、この化合物半導体基板４０を、３個の突起状の支持部３２を有する基板保持体３０上に載置し、ＭＯＣＶＤによって厚さ２５０ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ型クラッド層１４０ｂを形成した後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮからなる障壁層１５０ａおよび厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる井戸層１５０ｂを５回積層し、最後に障壁層１５０ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。
さらに、発光層１５０の上に、厚さ１０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層１６０ａ、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６０ｂを順に形成し、積層半導体ウェーハＩを調製した。尚、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
その後、ＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）により積層半導体ウェーハＩから得られた発光波長（ｎｍ）を測定し波長分布を求めた。
表１に、ＭＯＣＶＤ装置１で使用した基板保持体３０の本体部３１の中心から半径Ｒ（ｍｍ）の位置、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における基板１１０のエピタキシャル結晶成長面の温度（℃）、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における発光波長（ｎｍ）の結果を示す。これらの結果に基づき、エピタキシャル成長面の温度分布（最高温度と最低温度との差ΔＴ：℃）、発光層１５０が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長分布（標準偏差σ：ｎｍ）を求めた。
（比較例１）
＜積層半導体ウェーハＩＩの調製＞
実施例１と同様な方法で積層半導体ウェーハＩＩを作製した。ＭＯＣＶＤ装置１の基板保持体３０として、本体部３１の中央部３１ｂが平坦に形成されているものを使用し、この本体部３１の中央部３１ｂにサファイア製の基板１１０を直接載置し、それ以外は実施例１と同様な条件で基板１１０上に化合物半導体層１００をエピタキシャル成長させ、積層半導体ウェーハＩＩを調製した。ここで、基板１１０と本体部３１の中央部３１ｂとの接触面積は、基板１１０の反りの影響で正確に把握できないが、基板１１０の面積の８０％〜１００％程度である。
その後、化合物半導体ウェーハＩＩについて、ＰＬマッパー（ＡＣＣＥＮＴ社製：ＲＰＭ−Σ）により積層半導体ウェーハＩＩから得られた発光波長（ｎｍ）を測定し波長分布を求めた。
表１に、ＭＯＣＶＤ装置１で使用した基板保持体３０の本体部３１の中心から半径Ｒ（ｍｍ）の位置、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における基板１１０のエピタキシャル結晶成長面の温度（℃）、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における発光波長（ｎｍ）の結果を示す。また、これらの結果に基づき、結晶のエピタキシャル成長面の温度分布（ΔＴ：℃）、発光層１５０が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長分布（σ：ｎｍ）を求めた。
Figure 0005644256
図７は、実施例１の結果を示すグラフである。図８は、比較例１の結果を示すグラフである。図７及び図８に示すグラフおいて、横軸は、温度及び発光波長を測定した測定位置Ｒ（基板保持体３０の本体部３１の中心から半径Ｒ（ｍｍ）の位置）であり、左側の縦軸は、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における発光波長（ｎｍ）であり、右側の縦軸は、基板１１０のエピタキシャル結晶成長面の温度（℃）である。
表１及び図７の結果から、サファイア製の基板１１０を、本体部３１の上面の中心から基板１１０の有効半径Ｒ０より短い長さの位置に配置された３個の支持部３２に載置し、この状態で基板１１０上に化合物半導体層１００をエピタキシャル成長させて調製した積層半導体ウェーハＩ（実施例１）は、結晶のエピタキシャル成長面の温度分布が抑制され（ΔＴ＝０．７０℃）、発光層１５０が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長の分布（σ＝０．９０ｎｍ）が低減することが分かる。
一方、表１及び図８の結果から、サファイア製の基板１１０を、平坦に形成された基板保持体３０に直接載置し、この状態で基板１１０上に化合物半導体層１００をエピタキシャル成長させて調製した積層半導体ウェーハＩＩ（比較例１）は、結晶のエピタキシャル成長面の温度分布が大きく（ΔＴ＝２．８８℃）、発光層１５０が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長の分布（σ＝７．３８ｎｍ）が増大することが分かる。
（実施例２）
＜積層半導体ウェーハＩＩＩの調製＞
有効半径（Ｒ０）７５ｍｍ、厚さ１ｍｍのサファイア製の基板１１０（表面：ｃ面）を使用し、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１を用いて、この基板１１０上に化合物半導体層１００をエピタキシャル成長させ、積層半導体ウェーハＩＩＩを調製した。
ＭＯＣＶＤ装置１の基板保持体３０として、図３（ａ）に示すように３個の突起状の支持部３２を有する構成とした。３個の突起状の支持部３２は、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ１（５５ｍｍ）の円の円周上に沿って互いに略等間隔を保つように配置されている。
支持部３２を有する構成材料は、基板１１０と同様にサファイアである。突起状の支持部３２の形状は、径Ｄ＝０．８ｍｍφ、高さＨ＝０．４ｍｍである。ここで、基板１１０と支持部３２の接触面積は、基板１１０の面積の約０．０１％である。溝部３２２の形状は、段差Ｌが０．９ｍｍで、幅Ｗが１．８ｍｍである。本体部３１の材質は、ＳｉＣコートされた黒鉛である。
実施例１と同様な手順により、ＭＯＣＶＤ装置１で使用した基板保持体３０の本体部３１の中心から半径Ｒ（ｍｍ）の位置、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における基板１１０のエピタキシャル結晶成長面の温度（℃）、半径Ｒ（ｍｍ）の位置における発光波長（ｎｍ）を測定した結果、結晶のエピタキシャル成長面の温度分布（ΔＴ）＝１．１℃であり、発光層１５０が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長分布（σ）＝１．４ｎｍであり、良好な結果であった。
本実施の形態では、サファイア製の基板１１０を、本体部３１の上面の中心から半径Ｒ１（≒Ｒ０／√２）の円Ｃの円周上に配置された支持部３２上に載置すると、基板１１０に反りが変化しても、結晶のエピタキシャル成長面の平均温度変化が抑制され、発光層１５０が形成されたウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長の狙い波長からのズレが抑制される。これを、シミュレーションした結果に基づき説明する。
図９は、基板１１０の反りの変化による基板１１０面内の平均発光波長のズレをシミュレーションした結果を説明するグラフである。ここでは、反り（横軸：単位μｍ）が生じている基板１１０を載置する支持部３２の位置（支持位置：単位ｍｍ）を、本体部３１の上面の中心から外周に向かって変化させたとき、得られるウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長平均値の狙い波長からのズレを平均波長ズレ（縦軸：単位ｎｍ）としてシミュレーションした結果を説明する。
図９に示すように、有効半径５０ｍｍ（＝Ｒ０）の基板１１０を載置する支持部３２の位置（支持位置）が、本体部３１の上面の中心から３５．３５５ｍｍ（＝Ｒ０／√２）の場合、得られるウェーハ面内（積層半導体ウェーハ面内）の発光波長の平均波長ズレ（縦軸）は、反り（横軸）の増大の影響を受けることなく０を維持し、発光波長の狙い波長からのズレを抑制できる。
一方、支持部３２の位置（支持位置）が、本体部３１の上面の中心から３５．３５５ｍｍ（＝Ｒ０／√２）より外周側の場合、発光波長の平均波長ズレ（縦軸）は、反り（横軸）の増大とともにプラスに大きく増大する。また、３５．３５５ｍｍ（＝Ｒ０／√２）より内周側の場合、発光波長の平均波長ズレ（縦軸）は、反り（横軸）の増大とともにマイナスに大きく増大する。支持部３２の近傍では、発光波長は狙い波長となっていると考えられるので、平均波長ズレが増大することは発光波長分布が増大することを意味する。即ち、支持部３２の位置がＲ０／√２からずれていた場合、ウェーハの反りの増大とともにウェーハ面内の発光波長分布（標準偏差σ）は増大する。また、支持部３２の位置のＲ０／√２からのずれが大きくなるほど、ウェーハ面内の発光波長分布（標準偏差σ）の増大は顕著になる。
１…ＭＯＣＶＤ装置、１０…反応容器、１１…収容部、１２…蓋部、２０…支持体、３０…基板保持体、３０ａ…リング、３１…本体部、３１ａ…周縁部、３１ｂ…中央部、３１ｃ…オリフラ対応部、３２…支持部、３２１…突起部、３２２，３２２Ｌｏ，３２２Ｌｉ…溝部、３２Ｌ…リング形状の支持部、４０…化合物半導体基板、５０…加熱部、６０…保護部材、９０…監視装置、１００…化合物半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ａ…ｎ型コンタクト層、１４０ｂ…ｎ型クラッド層、１５０…発光層、１５０ａ…障壁層、１５０ｂ…井戸層、１６０…ｐ型半導体層、１６０ａ…ｐ型クラッド層、１６０ｂ…ｐ型コンタクト層、１７０…透明正極、１８０…正極ボンディングパッド、１９０…負極ボンディングパッド、ＳＷ…積層半導体ウェーハ、ＬＣ…発光素子チップ

Claims (12)

  1. 有機金属気相成長法を用いて化合物半導体の層を形成する化合物半導体製造装置であって、
    反応容器と、
    前記反応容器内に配置され、被形成体の被形成面が上方を向くように当該被形成体が載置される保持体と、
    前記反応容器内に外部から原料ガスを供給する原料供給口と、を備え、
    前記保持体は、当該保持体の上面の中心から前記被形成体の外周部よりも内側で当該被形成体の下面と接し、当該保持体の上面と当該被形成体の下面とが所定の間隔を保つように当該被形成体を支持する支持部を有し、
    前記支持部は、前記保持体の前記上面の中心から、前記被形成体の有効半径Ｒ０の０．７０倍〜０．７３倍の半径（Ｒ１）の同心円間の位置に設けられることを特徴とする化合物半導体の製造装置。
  2. 前記支持部は、前記保持体の前記上面の少なくとも３箇所に設けられた突起を有することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の製造装置。
  3. 前記保持体の前記上面に設けられた前記突起の周囲に、当該突起に沿って当該上面から所定の段差を有するように溝部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体の製造装置。
  4. 前記支持部と前記被形成体の接触面積は、当該被形成体の面積の１％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
  5. 前記支持部は、前記保持体の前記上面に形成されたリング形状を有することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の製造装置。
  6. 前記保持体の前記上面に設けられた前記リング形状の前記支持部の内周側と外周側とに、それぞれ、当該上面から所定の段差を有するように溝部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体の製造装置。
  7. 前記支持部は、成長温度における熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
  8. 前記保持体は、炭化珪素（ＳｉＣ）でコートされた黒鉛（Ｃ）で構成され、
    前記支持部は、サファイアからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
  9. 前記化合物半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造装置。
  10. 有機金属気相成長法を用いて反応容器内で化合物半導体の層を被形成体上の被形成面にエピタキシャル成長により形成する化合物半導体の製造方法であって、
    保持体に、当該保持体の上面の中心から前記被形成体の外周部よりも内側で当該被形成体の下面に接し当該保持体の上面と当該被形成体の下面とが所定の間隔を保つように当該被形成体を支持する支持部を設け、当該支持部上に当該被形成体の前記被形成面が上側を向き、且つ、当該被形成体の裏面が当該保持体の上面と接触しないように当該被形成体を載置する工程と、
    前記被形成体を載置した前記保持体を前記反応容器内に回転可能に設置する工程と、
    前記保持体を設置した前記反応容器内に前記化合物半導体の原料ガスを供給する工程と、
    を有し、
    前記被形成体を載置する工程において、前記被形成体は、前記保持体の前記上面の中心から当該被形成体の有効半径Ｒ０の０．７０倍〜０．７３倍の半径（Ｒ１）の同心円間の円周上の少なくとも３箇所に設けられた突起状の前記支持部上に載置されることを特徴とする化合物半導体の製造方法。
  11. 前記被形成体を７００℃以上１２００℃以下に加熱することを特徴とする請求項１０に記載の化合物半導体の製造方法。
  12. 前記化合物半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の化合物半導体の製造方法。
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