JP6013155B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、気相成長装置に関し、特に、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、紫外レーザーダイオード等の構成要素となる窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を成長させるための自公転型の化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ）に関する。

有機金属及びアンモニアを原料ガス、水素又は窒素をキャリアガスとして基板表面に化合物半導体層（例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層）を気相成長させる化学気相成長装置では、化合物半導体層の発光波長の面内分布を小さくすることが非常に重要である。

窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層（発光層も含む）が積層されてなる窒化ガリウム系発光デバイスでは、上記基板としてサファイア基板が用いられている。サファイア基板は、シリコン基板（シリコンウェハ）と比較して、非常に硬く、破損しにくい基板である。

また、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成する際には、基板が所定の温度となるように加熱する。
上記窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光デバイスにおいて、基板の面内における発光層の発光波長のばらつきの原因の１つとして、発光層を形成する際の基板面内の温度ばらつきが考えられる。

ところで、上記サファイア基板やシリコン基板等の基板には、通常、オリエンテーションフラット（以下、「オリフラ」という）と呼ばれる切り欠き部が存在する。
このような基板を円形の基板保持凹部に保持し、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成すると、基板のオリフラと基板保持凹部の内周面との間に生じる隙間に堆積物が堆積してしまう。

また、サセプタや基板を回転させる機構を有する気相成長装置（自公転型の気相成長装置）では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成時に基板が不規則に回転すると窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層の膜質に悪影響を及ぼす。

特許文献１には、上記基板の不規則な回転を規制可能な手段として、サセプタの上面に基板の直径より大きな直径を有する円形の基板保持凹部を設けると共に、切り落とし部（オリフラ）の切り落とし寸法に対応した突出量を有し、かつ先端の基板当接部が円弧面とされた基板回転防止用突起を設けた気相成長装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の気相成長装置を用いたとしても、基板回転防止用突起及び切り落とし部の寸法精度や熱膨張係数の差等により、基板の回転を完全に防ぐことは困難である。

このため、例えば、基板が僅かに回転して、堆積した堆積物に基板が乗り上げた場合、該堆積物の厚さが数μｍ〜１０μｍ程度であっても、堆積物に乗り上げた部分の基板の表面温度が他の部分と比較して低くなってしまう。

これにより、堆積物に乗り上げた部分の基板に形成された発光層が、堆積物に乗り上げていない部分の基板に形成された発光層の発光波長よりも長くなってしまう。言い換えれば、基板面内における発光層の発光波長のばらつきが大きくなってしまう。

このような問題を解決可能な技術の１つとして、特許文献２に開示された気相成長装置がある。
特許文献２には、基板保持凹部に基板を保持した際、基板のオリフラと基板保持凹部の内周面との間に生じる隙間に、該隙間の形状と同一の形状を有し、かつ基板の厚さと同一の厚さを有する嵌合部材を配置した気相成長装置が開示されている。

特開２００５−２３２４８８号公報 特開２０１１−１９２７３１号公報

上記特許文献２の技術は、基板の口径（外径サイズ）が大きい場合（具体的には、例えば、基板のサイズが６インチ（１５．２４ｃｍ）以上の場合）には有効である。

一方、口径が小さい基板（具体的には、例えば、４インチ（１０．１６ｃｍ）よりも小さい基板）を用いた場合、嵌合部材の大きさが小さくなるため、嵌合部材の重さがかなり軽量になってしまう。
この場合、チャンバ内に供給される原料ガス（基板の面方向に平行な方向に供給されるガス）により、嵌合部材が吹き飛ばされてしまうため、基板のオリフラと基板保持凹部の内周面との間に堆積物が堆積してしまう。

したがって、特許文献２の技術では、口径が小さい基板上にＧａＮ系半導体発光デバイスを形成した場合、堆積物に乗り上げた部分の基板（加熱されにくい部分）に形成された発光層が、堆積物に乗り上げていない部分の基板（所定の温度に加熱される基板）に形成された発光層の発光波長よりも長くなってしまう。
言い換えれば、特許文献２の技術では、口径が小さい基板を加熱する場合、基板面内の温度ばらつきが大きくなってしまう。

そこで、本発明者は、本発明の事前検討として、基板（具体的には、サファイア基板）の外周を囲むリング状の第１の部材と、特許文献２に記載の嵌合部材と同様な形状とされた第２の部材と、を一体化させた基板位置規制部材本体を用いて、加熱した基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成した。

この結果、口径の小さい基板（４インチ（１０．１６ｃｍ）のサファイア基板）を用いた場合でも、原料ガスにより嵌合部材が吹き飛ばされることなく、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を成膜できることが確認できた。

しかしながら、基板がわずかに回転して、基板の２点が基板位置規制部材本体の内壁と接触した状態で、熱膨張係数の異なる基板及び基板位置規制部材本体の加熱を継続すると、熱膨張する基板から受ける応力により、基板位置規制部材本体が破損するという新たな知見を得た。
特に、基板が基板位置規制部材本体の材料よりも硬い材料で構成されている場合（例えば、基板がサファイア基板の場合）に、基板位置規制部材本体の破損が発生しやすいことが分かった。

そこで、本発明は、オリフラを有する基板の口径の大きさに依存することなく、オリフラの周囲に堆積物が堆積することを抑制する基板位置規制部材本体の破損を抑制した上で、加熱された基板の面内の温度ばらつきを低減することの可能な気相成長装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、チャンバ内に収容され、貫通部を有し、かつ回転可能な構成とされたサセプタと、前記貫通部に回転可能に配置されており、オリフラを有した基板の外形よりも大きい円盤状とされ、かつ前記基板が載置される基板載置面を含む上面を有する基板載置部材と、前記基板載置面の外側に位置する前記基板載置部材の上面に配置され、かつ前記基板の外周を囲むリング状の第１の部材、及び前記基板載置面に配置された前記基板の前記オリフラと前記第１の部材との間に位置する前記基板載置部材の上面を覆い、かつ前記第１の部材と一体とされた第２の部材よりなる基板位置規制部材本体、及び該基板位置規制部材本体の一部を切断する切断部を含む基板位置規制部材と、前記基板載置部材の下方に配置され、前記基板載置部材を介して、前記基板を加熱する加熱装置と、を有することを特徴とする気相成長装置が提供される。

また、請求項２に係る発明によれば、前記切断部は、前記第１の部材のうち、前記第２の部材から離間した部分に１つ設けることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置が提供される。

また、請求項３に係る発明によれば、前記基板位置規制部材の上面は、前記第１の部材の上面及び前記第２の部材の上面により構成され、前記第１の部材の上面及び前記第２の部材の上面は、同一平面上に配置されており、前記基板位置規制部材の上面は、前記サセプタの上面に対して面一であることを特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置が提供される。

また、請求項４に係る発明によれば、前記基板載置部材の上面は、前記基板載置面と、前記基板載置部材の外周部に位置し、かつ前記第１の部材が載置されるリング状の第１の部材載置面と、前記基板の前記オリフラと前記第１の部材載置面との間に位置する第２の部材載置面と、を有し、前記基板載置面に載置された前記基板の表面が前記サセプタの上面に対して面一となるように、前記サセプタの上面よりも下方に前記基板載置面が位置し、前記基板位置規制部材の上面が前記基板の表面に対して面一となるように、前記サセプタの上面よりも下方に前記第１及び第２の部材載置面が位置することを特徴とする請求項３記載の気相成長装置が提供される。

また、請求項５に係る発明によれば、前記第２の部材載置面及び前記基板載置面よりも下方に前記第１の部材載置面が位置することにより、前記基板載置部材の外周部に、前記第１の部分の少なくとも一部を収容するリング状の収容部を設けたことを特徴とする請求項４記載の気相成長装置が提供される。

また、請求項６に係る発明によれば、前記基板位置規制部材の材料が、石英であることを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の気相成長装置が提供される。

また、請求項７に係る発明によれば、前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の気相成長装置が提供される。

本発明の気相成長装置によれば、基板載置面の外側に位置する基板載置部材の上面に配置され、かつ基板の外周を囲むリング状の第１の部材、及び基板載置面に配置された基板のオリフラと第１の部材との間に位置する基板載置部材の上面を覆い、かつ第１の部材と一体とされた第２の部材よりなる基板位置規制部材本体を有することにより、口径の小さい基板（例えば、４インチ（１０．１６ｃｍ）以下の基板）に対して原料ガスが供給された場合でも第２の部分が吹き飛ぶことがなくなるため、第１の部材と基板のオリフラとの間に位置する基板載置部材の上面に堆積物が堆積することを抑制できる。

また、該堆積物の堆積を抑制可能となることにより、僅かに回転する基板の一部が堆積物上に乗り上げることが抑制されるため、基板の面内を均一な温度に加熱することができる。言い換えれば、基板の面内の温度ばらつきを低減することができる。

また、基板位置規制部材が基板位置規制部材本体の一部を切断する切断部を含むことにより、例えば、僅かに基板が回転して、基板の２点が基板位置規制部材の内壁と接触し、この状態で熱膨張係数の異なる基板及び基板位置規制部材が加熱された際、基板位置規制部材が受ける応力を緩和すること（逃がすこと）が可能となるため、基板位置規制部材が破損することを抑制できる。

つまり、本発明の気相成長装置によれば、オリフラを有する基板の口径の大きさに依存することなく、オリフラの周囲に堆積物が堆積することを抑制する基板位置規制部材本体の破損を抑制した上で、加熱される基板の面内の温度ばらつきを低減できる。

本発明の実施の形態に係る気相成長装置の主要部を模式的に示す断面図である。 図１に示すサセプタ、歯車付きリング状固定部材、外歯車付きリング状固定部材、基板、及び基板位置規制部材の平面図である。 図２に示す構造体の領域Ｂで囲まれた部分を拡大した平面図である。 図２に示す構造体のＡ−Ａ線方向の断面図である。 図３に示す基板位置規制部材を拡大した平面図である。 比較例で使用したリング状部材の平面図である。 比較例及び実施例で作成した発光ダイオードの断面図である。 比較例の発光層のＰＬマッピングの測定結果を示す図である。 実施例の発光層のＰＬマッピングの測定結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の気相成長装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る気相成長装置の主要部を模式的に示す断面図である。図１では、本実施の形態の気相成長装置１０の一例として、自公転型のＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を図示する。

図１を参照するに、本実施の形態の気相成長装置１０は、チャンバ１１と、サセプタ１２と、回転軸１３と、内歯車付きリング状固定部材１４と、外歯車付きリング状固定部材１６と、図４に示すボール１８（図１に図示することが困難なため、図１には図示せず）と、基板載置部材２１と、基板位置規制部材２６と、ガス供給部３１と、ガイド部材３５と、排気部４３と、加熱装置４５と、温度計４７と、を有する。

チャンバ１１は、偏平円筒状とされている。チャンバ１１は、サセプタ１２、回転軸１３、内歯車付きリング状固定部材１４、基板載置部材２１、基板位置規制部材２６、ガイド部材３５、加熱装置４５、及び温度計４７等を収容している。
チャンバ１１の中央には、原料ガスを供給する原料ガス供給口３３をチャンバ１１内に導くための、ガス供給部挿入部１１Ａが設けられている。チャンバ１１の材料としては、例えば、ステンレスを用いることができる。

図２は、図１に示すサセプタ、歯車付きリング状固定部材、外歯車付きリング状固定部材、基板、及び基板位置規制部材の平面図である。
具体的には、図２は、図１に示すガス供給部３１側からサセプタ１２、歯車付きリング状固定部材１４、外歯車付きリング状固定部材１６、基板２３、及び基板位置規制部材２６を平面視した図である。
なお、図２において、図１に示す気相成長装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。

図１及び図２を参照するに、サセプタ１２は、歯車付きリング状固定部材１４の内側に配置されている。サセプタ１２は、歯車付きリング状固定部材１４に設けられた後述する内歯車１４Ｂにより、回転軸１３を中心に回転（公転）する。

サセプタ１２は、サセプタ本体１２Ａと、貫通部１２Ｂと、を有する。サセプタ本体１２Ａは、円盤状とされている。サセプタ本体１２Ａの上面１２ａは、平坦な面とされている。サセプタ本体１２Ａの上面１２ａには、原料ガス供給口３３から、上面１２ａに対して平行な方向（水平方向）に、サセプタ本体１２Ａの中心から放射状に原料ガスが供給される。

貫通部１２Ｂは、サセプタ本体１２Ａの外周部を貫通するように設けられている。後述する図４に示すように、貫通部１２Ｂは、サセプタ１２の下面１２ｂから上面１２ａに向かうにつれて、開口径が広くなる階段形状とされている。

このように、貫通部１２Ｂの形状を、サセプタ１２の下面１２ｂから上面１２ａに向かうにつれて、開口径が広くなる階段形状とすることにより、複数のボール１８を介して、外歯車付きリング状固定部材１６を回転可能に支持することができると共に、外歯車付きリング状固定部材１６を構成する後述する外歯車部１６Ｂを収容する空間を設けることができる。

貫通部１２Ｂは、サセプタ本体１２Ａの外周に沿って、所定の間隔で複数（図２の場合、１０個）配置されている。
回転軸１３は、チャンバ１１内に収容されている。回転軸１３は、サセプタ１２の中心を回転可能に支持している。回転軸１３は、一端がサセプタ１２の底部の中央と接続されており、他端が回転駆動装置（回転軸１３を回転させる図示していない装置）と接続されている。

図３は、図２に示す構造体の領域Ｂで囲まれた部分を拡大した平面図である。図３において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

図２及び図３を参照するに、内歯車付きリング状固定部材１４は、リング状部材１４Ａと、内歯車部１４Ｂと、を有する。リング状部材１４Ａは、内側にサセプタ１２を収容可能なリング状とされた部材である。リング状部材１４Ａは、サセプタ１２の外周を囲むように配置されている。
内歯車部１４Ｂは、サセプタ１２の外周と対向するリング状部材１４Ａに設けられている。

図４は、図２に示す構造体のＡ−Ａ線方向の断面図である。図４において、図１〜図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

図２及び図４を参照するに、外歯車付きリング状固定部材１６は、リング状部材１６Ａと、外歯車部１６Ｂと、を有する。リング状部材１６Ａは、その上部が幅広形状とされたリング状の部材である。リング状部材１６Ａは、複数のボール１８を介して、貫通部１２Ｂに配置されている。
リング状部材１６Ａは、その内側に基板載置部材２１を収容する収容部１６Ａ−１を有する。収容部１６Ａ−１は、円盤状とされている。リング状部材１６Ａの上面１６ａは、サセプタ１２の上面１２ａに対して面一とされている。

外歯車部１６Ｂは、リング状部材１６Ａの上部の外周に設けられている。外歯車部１６Ｂは、内歯車部１４Ｂと噛み合う形状とされている。これにより、サセプタ１２が回転させられた際、リング状部材１６Ａは、回転（自転）する。

図４を参照するに、ボール１８は、サセプタ１２と外歯車付きリング状固定部材１６との間に複数配置されている。複数のボール１８は、リング状に配置されている。複数のボール１８は、外歯車付きリング状固定部材１６を回転させるための部材である。

図３及び図４を参照するに、基板載置部材２１は、オリフラ２３−１を有した基板２３の外形よりも大きい円盤状とされている。基板載置部材２１は、円盤状外歯車付きリング状固定部材１６の収容部１６Ａ−１に収容されると共に、円盤状外歯車付きリング状固定部材１６に固定されている。
つまり、基板載置部材２１は、円盤状外歯車付きリング状固定部材１６を介して、貫通部１２Ｂに配置されている。

これにより、サセプタ１２が回転することで、円盤状外歯車付きリング状固定部材１６が回転させられた際、基板載置部材２１は、円盤状外歯車付きリング状固定部材１６と共に回転（自転）する。

基板載置部材２１は、基板載置面２１ａ−１、第１の部分載置面２１ａ−２、及び第２の部分載置面２１ａ−３よりなる上面２１ａと、収容部２４と、を有する。
基板載置面２１ａ−１は、オリフラ２３−１を有した基板２３の裏面２３ｂと接触する平坦な面であり、基板２３の外径よりも僅かに大きくなるように構成されている。

基板載置面２１ａ−１は、基板載置面２１ａ−１に載置された基板２３の表面２３ａがサセプタ１２の上面１２ａに対して面一となるように、サセプタ１２の上面１２ａよりも下方に位置している。基板載置面２１ａ−１は、オリフラ２３−１を有した基板２３と同様な形状とされている。

ここで、基板２３について説明する。基板２３は、平坦な表面２３ａ及び裏面２３ｂを有する。基板２３は、オリフラ２３−１を有し、かつオリフラ２３−１を除く外周が円形とされている。

また、基板２３としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、ＧａＮ基板、及びサファイア基板等を用いることができる。基板２３の大きさは、限定されない。つまり、基板２３の大きさは、４インチ（１０．１６ｃｍ）以下でもよいし、４インチ（１０．１６ｃｍ）よりも大きくてもよい。

第１の部分載置面２１ａ−２は、基板載置部材２１の外周部に位置している。第１の部分載置面２１ａ−２は、基板位置規制部材２１の上面２１ａのうち、外周部を構成するリング状の面である。第１の部分載置面２１ａ−２は、基板位置規制部材２６を構成する第１の部分２７−１が載置される面である。第１の部分載置面２１ａ−２は、第１の部分２７−１の下面と接触している。

第１の部分載置面２１ａ−２は、基板載置面２１ａ−１、及び第２の部分載置面２１ａ−３よりも下方に位置している。これにより、基板載置部材２１の外周部には、リング状の収容部２４が設けられている。
収容部２４は、基板位置規制部材２６の上面２６ａがサセプタ１２の上面１２ａ、外歯車付きリング状固定部材１６の上面１６ａ、及び基板２３の表面２３ａに対して面一となるように、第１の部分２７−１の下部（第１の部分２７−１の少なくとも一部）を収容している。

このように、基板載置部材２１の外周部に、基板位置規制部材２６の第１の部分２７−１の下部を収容する収容部２４を設けることにより、第１の部分２７−１の位置が規制されるため、基板載置部材２１に対して基板位置規制部材２６を固定（或いは、接着）する必要がなくなる。これにより、基板位置規制部材２６の交換を容易に行うことができる。

なお、図４では、本実施の形態の基板載置部材２１の一例として、基板載置面２１ａ−１及び第２の部分載置面２１ａ−３よりも下方に第１の部分載置面２１ａ−２を配置した場合（言い換えれば、基板載置部材２１に収容部２４を設けた場合）を例に挙げて説明したが、基板載置面２１ａ−１、第２の部分載置面２１ａ−３、及び第１の部分載置面２１ａ−２が面一となるようにしてもよい。この場合、基板位置規制部材２６の厚さは、基板２３の厚さ（例えば、基板２３がサファイア基板の場合、０．９ｍｍ）と同じにする。

第２の部分載置面２１ａ−３は、基板載置面２１ａ−１に載置された基板２３のオリフラ２３−１と第１の部分載置面２１ａ−２（言い換えれば、収容部２４）との間に位置している。
第２の部分載置面２１ａ−３は、基板載置面２１ａ−１に対して面一とされている。第２の部分載置面２１ａ−３は、基板位置規制部材２６を構成する第２の部分２７−２が載置される面である。

図５は、図３に示す基板位置規制部材を拡大した平面図である。図５において、図３に示す基板位置規制部材２６と同一構成部分には、同一符号を付す。

図３〜図５を参照するに、基板位置規制部材２６は、基板位置規制部材本体２７と、切断部２８と、を有する。
基板位置規制部材本体２７は、第１の部分２７−１と、第２の部分２７−２と、を有する。第１の部分２７−１は、リング状とされた部材である。第１の部分２７−１は、第１の部分２７−１の下面と第１の部分載置面２１ａ−１（基板載置部材２１の上面２１ａの一部）とが接触するように、収容部２４に配置されている。これにより、第１の部分２７−１は、基板２３の外周を囲んでいる。

第１の部分２７−１は、一定の幅Ｗ_１とされている。第１の部分２７−１の幅Ｗ_１は、基板２３の口径の大きさにより最適な幅を適宜選択することができる。
例えば、基板２３のサイズが４インチ（１０．１６ｃｍ）の場合、第１の部分２７−１の幅Ｗ_１は、例えば、１．７５ｍｍとすることができる（図５参照）。
基板載置部材２１が第１の部分２７−１を収容する収容部２４を有する場合、第１の部分２７−１の厚さは、第２の部分２７−２の厚さと収容部２４の深さとの合計の値にする。

これにより、基板位置規制部材２６の上面２６ａが、基板２３の表面２３ａ、外歯車付きリング状固定部材１６の上面１６ａ、サセプタ１２の上面１２ａに対して面一となり（言い換えれば、原料ガスが供給される側の面が平坦な面となり）、サセプタ１２の中央から放射状に供給される原料ガスの流れを邪魔する部材が存在しなくなるため、基板２３の表面２３ａに、精度良く窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成できる。

第２の部分２７−２は、基板載置面２１ａ−１に配置された基板２３のオリフラ２３−１と第１の部材２７−１との間に位置する基板載置部材２１の上面である第２の部分載置面２１ａ−３を覆うように配置され、かつ第１の部材２７−１と一体とされている。

第２の部分載置面２１ａ−３が基板載置面２１ａ−１に対して面一とされている場合、第２の部分２７−２の厚さは、基板２３の厚さ（例えば、基板２３がサファイア基板の場合、０．９ｍｍ）と等しくすることができる。
また、基板位置規制部材本体２７のうち、第２の部分２７−２と第１の部分２７−１とが一体とされた部分は、第１の部分２７−１の幅Ｗ_１よりもかなり幅広形状とされている。

気相成長装置１０を用いて、加熱装置４５に加熱された基板２３の表面２３ａに、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成する際、第２の部分２７−２は、第２の部分載置面２１ａ−３に堆積物（図示せず）が堆積することを防止する部材として機能する。

このように、基板載置部材２１の上面２１ａの一部である第２の部分載置面２１ａ−３を覆う第２の部材２７−２と、基板２３の外周を囲むリング状の第１の部材２７−１と、を一体とすることにより、口径の小さい基板（例えば、４インチ（１０．１６ｃｍ）以下の基板）に対して基板２３の表面２３ａに平行な方向に速い流速の原料ガスが供給された場合でも、軽量な第２の部分２７−２が吹き飛ぶことがなくなるため、第１の部材２７−１と基板２３のオリフラ２３−１との間に位置する第２の部分載置面２１ａ−３に、堆積物が堆積することを抑制できる。

これにより、基板２３が基板載置部材２１に対して回転した場合でも、基板２３が堆積物に乗り上げることがなくなるため、基板２３の面内を均一な温度で加熱することができる。言い換えれば、基板２３の面内の温度ばらつきを低減することができる。
よって、本実施の形態の気相成長装置１０を用いて、基板２３の表面２３ａに、発光層を含む窒化ガリウム系発光デバイスを形成した際、基板２３の面内における発光層の発光波長のばらつきを低減することができる。

上記構成とされた基板位置規制部材本体２７の材料としては、例えば、石英を用いることができる。
このように、基板位置規制部材本体２７の材料として、耐熱性に優れた石英を用いることにより、高温（例えば、１０００〜１２００℃）で基板２３を加熱した場合でも基板位置規制部材本体２７が破損することを抑制できる。

図３及び図５を参照するに、切断部２８は、第１の部分２７−１に１つ設けられている。これにより、切断部２８は、第１の部分２７−１を分断している。
このように、第１の部分２７−１を分断する１つの切断部２８を設けることにより、基板２３が回転して、オリフラ２３−１の角が切断部２８または分断部２８の近傍に位置する第１の部分２７−１に当接し、基板２３から第１の部分２７−１が応力を受けた際、該応力を逃がす方向に第１の部分２７−１が変位することが可能となる。

これにより、基板２３から受ける応力により、基板位置規制部材本体２７が破損することを抑制できる。
特に、基板２３として、硬くて、丈夫な基板（例えば、サファイア基板）を用いた場合、基板位置規制部材本体２７が破損しやすくなるため、有効である。

また、切断部２８は、基板位置規制部材本体２７の第１の部分２７−１及び第２の部分２７−２が一体とされた部分に設けてもよいが、図３及び図５に示すように、第２の部材２７−２から離間した第１の部分２７−１（言い換えれば、基板位置規制部材本体２７の第２の部分２７−２が設けられていない部分）に設けるとよい。

言い換えれば、切断部２８は、第１の部分２７−１及び第２の部分２７−２が一体とされた基板位置規制部材本体２７よりも幅が狭く、かつ第１の部分２７−１のみで構成された基板位置規制部材本体２７に設けるとよい。

このように、第１の部分２７−１のみで構成された幅の狭い基板位置規制部材本体２７に切断部２８を設けることで、基板２３が僅かに回転し、基板２３のオリフラ２３−１の２つの角が基板位置規制部材本体２７に当接された際、基板位置規制部材本体２７が変位しやすくなるため、基板２３から受ける応力を緩和させやすくすることができる。

また、基板位置規制部材本体２７に設ける切断部２８の数は、図３及び図５に示すように、１つが好ましい。
例えば、第１の部分２７−１に近接して２つの切断部２８を設けた場合、切断部２８間に位置し、分離された基板位置規制部材本体２７（第１の部分２７−１）の重さが軽量となるため、原料ガスを供給した際に、吹き飛んでしまう恐れがある。
このように、基板位置規制部材本体２７の一部が吹き飛んでしまった場合、基板位置規制部材本体２７が基板２３の位置を規制するガイドとして機能しなくなってしまう。

また、２つの切断部２８を離間させて配置した場合、切断部２８間に位置する基板位置規制部材本体２７が原料ガスで吹き飛ぶ可能性は低いが、基板位置規制部材本体２７が基板２３の位置を規制するガイドとして機能しなくなってしまう。
なお、３つ以上の切断部２８を設ける場合も同様な問題が発生する。

切断部２８の幅Ｗ_２は、基板２３の口径の大きさや第１の部分２７−１の幅Ｗ_１等に応じて、最適な幅を適宜選択することができる。
例えば、基板２３のサイズが４インチ（１０．１６ｃｍ）で、かつ第１の部分２７−１の幅Ｗ_１が１．７５ｍｍの場合、切断部２８の幅Ｗ_２は、例えば、０．５〜２ｍｍの範囲内で適宜選択することが可能であるが、１ｍｍが好ましい。

図１を参照するに、ガス供給部３１は、チャンバ１１のガス供給部挿入部１１Ａに挿入されている。ガス供給部３１は、サセプタ１２の上面１２ａと平行な方向に対して放射状に原料ガスを供給する原料ガス供給口３３を有する。
基板２３としてサファイア基板を用い、基板２３の表面２３ａに、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成する場合、原料ガスとしては、ガリウムを含む有機系金属化合物であるトリメチルガリウムと、アンモニアと、を含むガスを用いることができる。

ガイド部材３５は、第１のガイド部材３５−１と、第２のガイド部材３５−２と、を有する。第１のガイド部材３５−１は、回転軸１３が設けられていない部分のサセプタ１２の下面、歯車付きリング状固定部材１４の下面、及び基板載置部材２１の下面２１ｂとの間に、加熱装置４５を収容可能な加熱装置収容部３６が形成されるように、サセプタ１２、歯車付きリング状固定部材１４、及び基板載置部材２１の下方に配置されている。

第１のガイド部材３５−１のうち、歯車付きリング状固定部材１４の外周縁に位置する部分には、不活性ガスを加熱装置収容部３６から導出するための不活性ガス導出部３８が設けられている。
第２のガイド部３５−２は、回転軸１３の周囲との間に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部４１が形成されるように、回転軸１３の周囲に配置されている。第２のガイド部３５−２の上端は、第１のガイド部３５−１と一体とされている。

排気部４３は、チャンバ１１の内壁付近に設けられている。排気部４３は、不要な原料ガス、及び不活性ガス導出部３８から導出された不活性ガスをチャンバ１１外に排気するためのガス排気経路である。

加熱装置４５は、加熱装置収容部３６に収容されると共に、サセプタ１２の下方、歯車付きリング状固定部材１４、及び基板載置部材２１の下方に配置されている。
加熱装置４５は、例えば、複数のヒーターにより構成されている。複数のヒーターは、独立して制御可能な構成とされている。複数のヒーターは、基板載置部材２１を介して、基板載置面２１ａ−１に載置された基板２３全体が均一な温度となるように加熱する。

基板２３としてサファイア基板を用い、かつガリウムを含む有機系金属化合物であるトリメチルガリウムと、アンモニアと、を含む原料ガスを用いて、基板２３の表面２３ａに、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体層を形成する場合、加熱装置４５は、例えば、４５０〜１２００℃の温度範囲内の所定の温度となるように、基板２３を加熱する。

温度計４７は、加熱装置収容部３６内に複数設けられている。複数の温度計４７は、チャンバ１１の半径方向に配置されている。温度計４７は、加熱装置収容部３６内の温度を測定するためのものである。測定した温度結果に基づいて、加熱装置４５が加熱する温度を調整する。

本実施の形態の気相成長装置によれば、基板載置部材２１の上面２１ａの一部である第２の部分載置面２１ａ−３を覆う第２の部材２７−２と、基板２３の外周を囲むリング状の第１の部材２７−１と、を一体とすることにより、口径の小さい基板（例えば、４インチ（１０．１６ｃｍ）以下の基板）に対して基板２３の表面２３ａに平行な方向に速い流速の原料ガスが供給された場合でも、軽量な第２の部分２７−２が吹き飛ぶことがなくなるため、第１の部材２７−１と基板２３のオリフラ２３−１との間に位置する第２の部分載置面２１ａ−３に、堆積物が堆積することを抑制できる。

これにより、基板２３が基板載置部材２１に対して回転した場合でも、基板２３が堆積物に乗り上げることがなくなるため、基板２３の面内を均一な温度で加熱することができる。言い換えれば、基板２３の面内の温度ばらつきを低減することができる。
よって、本実施の形態の気相成長装置１０を用いて、基板２３の表面２３ａに、発光層を含む窒化ガリウム系発光デバイスを形成した際、基板２３の面内における発光層の発光波長のばらつきを低減することができる。

また、第１の部分２７−１を分断する１つの切断部２８を設けることにより、基板２３が回転して、オリフラ２３−１の角が切断部２８または分断部２８の近傍に位置する第１の部分２７−１に当接し、基板２３から第１の部分２７−１が応力を受けた際、該応力を逃がす方向に第１の部分２７−１が変位することが可能となる。
これにより、基板２３から受ける応力により、基板位置規制部材本体２７が破損することを抑制できる。
特に、基板２３として、硬くて、丈夫な基板（例えば、サファイア基板）を用いた場合、基板位置規制部材本体２７が破損しやすくなるため、有効である。

つまり、本実施の形態の気相成長装置１０によれば、オリフラ２３−１を有する基板２３の口径の大きさに依存することなく、オリフラ２３−１の周囲に堆積物が堆積することを抑制する基板位置規制部材本体２７の破損を抑制した上で、加熱された基板２３の面内の温度ばらつきを低減できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

（比較例）
図６は、比較例で使用したリング状部材の平面図である。図６において、図５に示す基板位置規制部材２６と同一構成部分には、同一符号を付す。
比較例では、基板位置規制部材２６に替えて、図６示す連続したリング状部材５２を有する図１に示す気相成長装置１０により、基板２３の表面２３ａに、図７に示す発光ダイオード５３を製造した。
基板２３としては、口径が４インチ（１０．１６ｃｍ）、厚さが０．９ｍｍで、オリフラ２３−１を有するサファイア基板を用いた。
また、気相成長装置１０として、大陽日酸株式会社製のＭＯＣＶＤ装置（型番；ＵＲ２５Ｋ）を用いた。

ここで、図６を参照して、比較例で使用したリング状部材５２の構成について説明する。リング状部材５２は、図５に示す切断部２８が設けられていないこと以外は、図５に示す第１の部材２７−１と同様に構成されている。
つまり、比較例では、第２の部分載置面２１ａ−３がリング状部材５２から露出された状態で、発光ダイオード５３を製造した。

リング状部材５２は、一定の幅Ｗ_１とされている。リング状部材５２の下部は、図４に示す収容部２４に収容可能な形状とされている。リング状部材５２の幅Ｗ_１は、１．７５ｍｍとした。また、リング状部材５２の材料としては、石英を用いた。

図７は、比較例及び実施例で作成した発光ダイオードの断面図である。図７において、図４に示す基板２３と同一構成部分には、同一符号を付す。
図７に示すように、比較例では、始めに、基板２３であるサファイア基板を１０５０℃に加熱した状態で、基板２３の表面２３ａに、厚さ１μｍのｕｄ−ＧａＮ層５４を形成した。このとき、原料ガスとして、アンモニア及びトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いた。

次いで、ｕｄ−ＧａＮ層５４上に、基板２３の温度を１０５０℃に維持した状態で、厚さ４μｍのＳｉ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層５５を形成した。このとき、原料ガスとして、アンモニア、ＴＭＧ、及びモノシランを用いた。
次いで、Ｓｉ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層５５上に、基板２３の温度を８００℃に維持した状態で、厚さ２．５ｎｍのＩｎＧａＮ層と、厚さ１２．５ｎｍのＧａＮ層と、が積層された積層体（ＭＱＷ）を６層積層させることで、発光層５６を形成した。このとき、原料ガスとして、アンモニア、ＴＭＧ、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）用いた。

次いで、発光層５６上に、基板２３の温度を１０００℃に維持した状態で、厚さ２０ｎｍのＭｇ−ＡｌＧａＮ層５７を形成した。このとき、原料ガスとして、アンモニア、ＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、及びシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用い た。
次いで、Ｍｇ−ＡｌＧａＮ層５７上に、基板２３の温度を１０００℃に維持した状態で、厚さ１００ｎｍのＭｇ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層５８を形成した。このとき、原料ガスとして、アンモニア、ＴＭＧ、及びＣｐ２Ｍｇを用いた。
これにより、ｕｄ−ＧａＮ層５４と、Ｓｉ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層５５と、発光層５６と、Ｍｇ−ＡｌＧａＮ層５７と、Ｍｇ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層５８と、が順次積層された発光ダイオード５３を製造した。

その後、フォトルミネッセンス法（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により、比較例の発光ダイオード５３の発光層５６にレーザ光を照射することで、ＰＬマッピングを作成した。
このとき、自動フォトルミネッセンスマッピングシステムとして、ＡＣＣＥＮＴ社製のＲＰＭ−Σを用いた。
この結果を図８に示す。図８は、比較例の発光層のＰＬマッピングの測定結果を示す図である。

（実施例）
実施例では、図５に示す基板位置規制部材２６を有する図１に示す気相成長装置１０を用いて、比較例と同様な手法により、基板２３の表面２３ａに、図７に示す発光ダイオード５３を製造した。
つまり、実施例では、第２の部分載置面２１ａ−３が基板位置規制部材２６に覆われた状態で、発光ダイオード５３を製造した。

基板位置規制部材２６の材料としては、石英を用いた。第１の部分２７−１の幅Ｗ_１は、１．７５ｍｍとし、第１の部分２７−１に設けた切断部２８の幅Ｗ_２は、１ｍｍとした（図５参照）。また、気相成長装置１０としては、比較例で使用した装置と同じ装置を用いた。
基板２３としては、口径が４インチ（１０．１６ｃｍ）、厚さが０．９ｍｍで、オリフラ２３−１を有するサファイア基板を用いた。

発光ダイオード５３を製造後、フォトルミネッセンス法により、実施例の発光ダイオード５３の発光層５６にレーザ光を照射することで、ＰＬマッピングを作成した。
この結果を図９に示す。図９は、実施例の発光層のＰＬマッピングの測定結果を示す図である。

なお、上記発光ダイオード５３の製造を繰り返し行ったところ、基板２３による基板位置規制部材２６の破損は確認できなかった。

（比較例及び実施例の発光層のＰＬマッピングの測定結果）
図７及び図８を参照するに、比較例のＰＬマッピングの測定結果から、基板２３のオリフラ２３−１の周辺では、他の部分と比較して、発光層５６の波長が長くなった。このことから、基板２３のオリフラ２３−１の周辺は、所定の温度となるように加熱されていないことが分かった。
また、オリフラ２３−１周辺に位置する発光層５６の発光波長が長波長となることにより、基板２３面内における発光層５６の波長ばらつきがかなり大きいことが確認できた。

これは、第２の部分載置面２１ａ−３（図４参照）に堆積物が形成され、基板２３が僅かに回転することで、該堆積物上に基板２３が乗り上げて、基板２３のうち、堆積物に乗り上げた部分が所望の温度に加熱されなかったことによるものと思われる。

図７及び図９参照するに、実施例のＰＬマッピングの測定結果から、基板２３面内の発光層５６のばらつきは非常に小さく（具体的には、波長ばらつきが１％（σ））、基板２３全体が均一に加熱されていることが確認できた。
これは、第２の部分載置面２１ａ−３（図４参照）が基板位置規制部材２６に覆われているため、第２の部分載置面２１ａ−３に堆積物が形成されなかったことによるものと考えられる。

本発明は、オリフラを有する基板の口径の大きさに依存することなく、オリフラの周囲に堆積物が堆積することを抑制する基板位置規制部材の破損を抑制した上で、加熱される基板の面内の温度ばらつきを低減することの可能な気相成長装置に適用できる。

１０…気相成長装置、１１…チャンバ、１１Ａ…ガス供給部挿入部、１２…サセプタ、１２ａ，１６ａ，２１ａ，２６ａ…上面、１２Ａ…サセプタ本体、１２ｂ，２１ｂ…下面、１２Ｂ…貫通部、１３…回転軸、１４…歯車付きリング状固定部材、１４Ａ，１６Ａ…リング状部材、１４Ｂ…内歯車部、１６…外歯車付きリング状固定部材、１６Ａ−１，２４…収容部、１６Ｂ…外歯車部、１８…ボール、２１…基板載置部材、２１ａ−１…基板載置面、２１ａ−２…第１の部分載置面、２１ａ−３…第２の部分載置面、２３…基板、２３ａ…表面、２３ｂ…裏面、２３−１…オリフラ、２４…収容部、２６…基板位置規制部材、２７…基板位置規制部材本体、２７−１…第１の部分、２７−２…第２の部分、２８…切断部、３１…ガス供給部、３３…原料ガス供給口、３５…ガイド部材、３５−１…第１のガイド部材、３５−２…第２のガイド部材、３６…加熱装置収容部、３８…不活性ガス導出部、４１…不活性ガス導入部、４３…排気部、４５…加熱装置、４７…温度計、５２…リング状部材、５３…発光ダイオード、５４…ｕｄ−ＧａＮ層、５５…Ｓｉ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層、５６…発光層、５７…Ｍｇ−ＡｌＧａＮ層、５８…Ｍｇ ｄｏｐｅ−ＧａＮ層、Ｗ_１，Ｗ_２…幅

Claims (7)

1. チャンバ内に収容され、貫通部を有し、かつ回転可能な構成とされたサセプタと、
   前記貫通部に回転可能に配置されており、オリフラを有した基板の外形よりも大きい円盤状とされ、かつ前記基板が載置される基板載置面を含む上面を有する基板載置部材と、
   前記基板載置面の外側に位置する前記基板載置部材の上面に配置され、かつ前記基板の外周を囲むリング状の第１の部材、及び前記基板載置面に配置された前記基板の前記オリフラと前記第１の部材との間に位置する前記基板載置部材の上面を覆い、かつ前記第１の部材と一体とされた第２の部材よりなる基板位置規制部材本体、及び該基板位置規制部材本体の一部を切断する切断部を含む基板位置規制部材と、
   前記基板載置部材の下方に配置され、前記基板載置部材を介して、前記基板を加熱する加熱装置と、
   を有することを特徴とする気相成長装置。
2. 前記切断部は、前記第１の部材のうち、前記第２の部材から離間した部分に１つ設けることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記基板位置規制部材の上面は、前記第１の部材の上面及び前記第２の部材の上面により構成され、
   前記第１の部材の上面及び前記第２の部材の上面は、同一平面上に配置されており、
   前記基板位置規制部材の上面は、前記サセプタの上面に対して面一であることを特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置。
4. 前記基板載置部材の上面は、前記基板載置面と、前記基板載置部材の外周部に位置し、かつ前記第１の部材が載置されるリング状の第１の部材載置面と、前記基板の前記オリフラと前記第１の部材載置面との間に位置する第２の部材載置面と、を有し、
   前記基板載置面に載置された前記基板の表面が前記サセプタの上面に対して面一となるように、前記サセプタの上面よりも下方に前記基板載置面が位置し、
   前記基板位置規制部材の上面が前記基板の表面に対して面一となるように、前記サセプタの上面よりも下方に前記第１及び第２の部材載置面が位置することを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
5. 前記第２の部材載置面及び前記基板載置面よりも下方に前記第１の部材載置面が位置することにより、前記基板載置部材の外周部に、前記第１の部分の少なくとも一部を収容するリング状の収容部を設けたことを特徴とする請求項４記載の気相成長装置。
6. 前記基板位置規制部材の材料が、石英であることを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の気相成長装置。
7. 前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の気相成長装置。

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