JP7421578B2 - サセプタ及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、サセプタ及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物半導体を含有するウエハを有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって製造する方法が開示されている。特許文献１に記載のウエハの製造方法においては、チャンバ内に配されたサセプタのポケットに基板を配置し、ウエハの各層の原料となる原料ガスをチャンバ内に導入して基板上にウエハの各層を順次エピタキシャル成長させることによってウエハを製造している。
特開２０２１－１９３７２６号公報
しかしながら、特許文献１に記載のウエハの製造方法においては、製造されるウエハにおける発光出力の面内分布を均一化する観点から改善の余地がある。
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、製造されるウエハにおける発光出力の面内分布を均一化することができるサセプタ及び窒化物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。
本発明は、前記の目的を達成するため、ウエハが配置されるとともに回転中心よりも外周側に形成されたポケットを有するサセプタであって、前記ポケットの側面は、円周状に形成された円周側面部と、前記円周側面部よりも前記ポケットの外周側に広がるよう形成された拡大側面部とを有し、前記ポケットの開口側から見た平面視において、前記サセプタの回転中心と前記円周側面部の円周中心とを通る直線を第１直線、前記第１直線に直交するとともに前記円周中心を通る直線を第２直線としたとき、前記拡大側面部は、前記第２直線と重なるよう形成されており、前記ポケットの周方向における、前記ポケットの前記拡大側面部が形成された領域の長さをＬ１とし、前記ポケットの周方向における、前記ポケットの前記円周側面部が形成された領域の長さをＬ３としたとき、値Ｌ１／Ｌ３は、０．３００以上０．６００以下を満たし、前記ポケットの底面は、前記ウエハが載置される載置面であるとともに平面状に形成されている、サセプタを提供する。
また、本発明は、前記の目的を達成するため、前記サセプタを用いて窒化物半導体発光素子を製造する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ポケットに基板を配置する基板配置工程と、前記サセプタを加熱するとともに回転させながら、前記基板上に窒化物半導体から形成される半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、を備える窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
本発明によれば、製造されるウエハにおける発光出力の面内分布を均一化することができるサセプタ及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することが可能となる。
第１の実施の形態における、ウエハの製造装置の模式的な断面図である。 第１の実施の形態における、サセプタ及び基板の平面図である。 図２において二点鎖線で囲った箇所を拡大した図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である。 第１の実施の形態における、窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す模式図である。 第１の実施の形態における、サセプタ上に堆積物が形成された状態を示す図であって図４に対応する断面図である。 比較例における、サセプタ及び基板の一部を拡大した平面図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢視断面図である。 実験例における、実施例に係るウエハ及び比較例に係るウエハの面内分布の実験結果を示すグラフである。 第２の実施の形態における、サセプタ及び基板の一部を拡大した平面図である。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
（ウエハＷの製造装置１）
図１は、本形態におけるウエハＷの製造装置１の模式的な断面図である。図１においては、製造されたウエハＷも併せて図示している。なお、図１において表れている各要素間の寸法比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。
製造装置１は、ウエハＷの基板（図２の符号１０参照）上に複数の半導体層を形成するための装置である。本形態において、製造装置１は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いてウエハＷを製造するＭＯＣＶＤ装置である。なお、ＭＯＣＶＤ法は、有機金属化学気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法と呼ばれることもある。
製造装置１は、リアクタ２、サセプタ３、回転軸４、及びヒータ５を備える。リアクタ２は、ウエハＷを成長させる反応室２０を区画しており、ウエハＷの各半導体層の原料ガスＧを反応室２０に導入する導入口２１、及び原料ガスＧを反応室２０から排出する排出口２２を備える。本形態の製造装置１は、いわゆる縦型のＭＯＣＶＤ装置であり、サセプタ３に対してサセプタ３の厚み方向に原料ガスＧが導入される。以後、サセプタ３の厚み方向（例えば図１における上下方向）を上下方向という。また、上下方向の一方側であって、サセプタ３に対して導入口２１が位置する側（例えば図１の上側）を上側とし、その反対側（例えば図１の下側）を下側とする。本形態において、製造装置１にてウエハＷを製造する際、上下方向は鉛直方向となる。リアクタ２の反応室２０内にサセプタ３が配置されている。
図２は、サセプタ３及び基板１０の平面図である。サセプタ３は、例えば熱伝導性に優れた黒鉛等からなり、略円板状に形成されている。サセプタ３には、サセプタ３の上面３０から下側に凹んだポケット３１が形成されている。本形態において、サセプタ３には、複数のポケット３１が形成されている。なお、図２においては、ポケット３１が３つである例を示しているが、サセプタ３に形成されるポケット３１の数は特に限定されない。ポケット３１は、サセプタ３の回転中心Ｃ１よりもサセプタ３の外周側に配されている。以後、サセプタ３の外周側をサセプタ外周側といい、サセプタ３の内周側をサセプタ内周側という。
図３は、図２において二点鎖線で囲った箇所を拡大した図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である。図３に示すごとく、ポケット３１の側面３１１は、円周状に形成された２つの円周側面部３１１ａと、２つの円周側面部３１１ａの端部同士をつなぐとともに円周側面部３１１ａよりもポケット３１の外周側に広がるよう形成された２つの拡大側面部３１１ｂとを有する。
２つの円周側面部３１１ａのそれぞれは、円弧状に形成されているとともに、サセプタ３を上側から見た平面視（以後、単に平面視ということもある。）において、図示しない共通の仮想円に重なるよう形成されている。以後、ポケット３１の外周側をポケット外周側といい、ポケット３１の内周側をポケット内周側という。
ここで、図３に示すごとく、基板１０の半径を半径Ｒ１とし、円周側面部３１１ａの円周中心Ｃ２から円周側面部３１１ａまでの平面視における長さを円周側面部３１１ａの半径Ｒ２とする。このとき、半径Ｒ２を半径Ｒ１で除した値Ｒ２／Ｒ１は、１．００２以上１．０１８以下を満たすことが好ましい。この場合、基板１０の外周部と円周側面部３１１ａとの間の隙間が過度に広くなることを防止でき、ウエハＷの原料ガスＧが基板１０の下面側に回り込むことに起因して基板１０の下面に意図しない結晶成長が生じることを抑制することができる。
なお、図２及び図３においては、基板１０の結晶方位を示すためのオリエンテーションフラット１０１（いわゆるオリフラ）が基板１０に形成された例を示している。このような場合において、基板１０の半径Ｒ１とは、基板１０の周縁部におけるオリエンテーションフラット１０１が形成されていない円弧状の部位を、基板１０の周方向に延長してできる仮想円の半径を意味する。基板１０にＶ字状のノッチ等が形成されている場合も同様である。また、円周中心Ｃ２は、平面視において２つの円周側面部３１１ａが重なる前述の仮想円の中心である。
本形態において、円周側面部３１１ａは、上下方向に形成された面である。なお、円周側面部３１１ａは、上下方向に対して傾斜等していてもよい。このような場合、前述の半径Ｒ２は、ポケット３１の開口端位置（すなわち上端位置）における円周側面部３１１ａと円周中心Ｃ２との間の平面視での長さを意味するものとする。
２つの拡大側面部３１１ｂは、サセプタ３の回転方向におけるポケット３１の両端部に形成されている。ここで、図３に示すごとく、平面視において、サセプタ３の回転中心Ｃ１と円周側面部３１１ａの円周中心Ｃ２とを通る仮想直線を第１直線１１、第１直線１１に直交するとともに円周中心Ｃ２を通る仮想直線を第２直線１２と定義する。このとき、平面視において、拡大側面部３１１ｂは、第２直線１２と重なるよう形成されている。また、平面視において、ポケット３１の周方向における拡大側面部３１１ｂの中央位置は、第２直線１２の位置と略同位置となっている。本形態において、２つの拡大側面部３１１ｂは、互いに、第１直線１１を軸として線対称となるよう形成されている。
拡大側面部３１１ｂは、ポケット外周側に膨らむよう湾曲しているとともに、ポケット３１の周方向に長尺に形成されている。ポケット３１の周方向における２つの拡大側面部３１１ｂの長さの合計を合計長さＬ１とし、基板１０の円周長を円周長Ｌ２とする。ここで、図３においては、ポケット３１の周方向における各拡大側面部３１１ｂの長さを符号Ｌにて示しているため、合計長さＬ１の値は２×Ｌである。このとき、合計長さＬ１を円周長Ｌ２で除した値Ｌ１／Ｌ２は、０．２００以上０．４４０以下を満たすことが好ましく、０．２６０以上０．３８０以下を満たすことがさらに好ましい。なお、図２及び図３に示すように、基板１０にオリエンテーションフラット１０１が形成されている場合において、基板１０の円周長Ｌ２とは、基板１０の周縁部におけるオリエンテーションフラット１０１が形成されていない円弧状の部位を、基板１０の周方向に延長してできる仮想円の全周長さを意味する。基板１０にＶ字状のノッチ等が形成されている場合も同様である。
ポケット３１の周方向における２つの円周側面部３１１ａの長さの合計を合計長さＬ３とする。このとき、ポケット３１の周方向における２つの拡大側面部３１１ｂの合計長さＬ１を合計長さＬ３で除した値Ｌ１／Ｌ３は、０．３００以上０．６００以下を満たすことが好ましい。
また、図３に示すごとく、平面視において、円周側面部３１１ａの円周中心Ｃ２から拡大側面部３１１ｂまでの最長直線距離を拡大側面部３１１ｂの半径Ｒ３とする。この時、半径Ｒ３を基板１０の半径Ｒ１で除した値Ｒ３／Ｒ１は、１．００４以上１．０５０以下を満たすことが好ましく、１．００４以上１．０３１以下を満たすことがさらに好ましい。また、半径Ｒ３を円周側面部３１１ａの半径Ｒ２で除した値Ｒ３／Ｒ２は、１．００２以上１．０３０以下を満たすことが好ましい。
拡大側面部３１１ｂの上下方向の高さは、円周側面部３１１ａの上下方向の高さと同等である。図４に示すごとく、本形態において、拡大側面部３１１ｂは、上側に向かうほどポケット外周側に広がるよう傾斜して形成されている。これにより、拡大側面部３１１ｂとポケット３１の底面３１２との間になす角は、鈍角となる。なお、本形態において、拡大側面部３１１ｂは傾斜面であるが、これに限られず、例えば上側に向かうほどポケット外周側に広がるような曲面であってもよい。また、拡大側面部３１１ｂは、上下方向に平行な面であってもよい。
ポケット３１の底面３１２は、ポケット３１の側面３１１の下端を閉塞するよう形成されている。底面３１２は上下方向に直交する平面状に形成される。底面３１２には、基板１０が配置される。なお、底面３１２は、例えば、下側に膨らむよう湾曲した構成、上下方向の位置によって径が変わる段状の構成等、平面ではない構成とすることも可能である。図４に示すごとく、ポケット３１における基板１０の載置面（すなわち底面３１２）からポケット３１の開口端までの上下方向の深さを深さＤ［ｍｍ］とし、基板１０の厚みを厚みＴ［ｍｍ］としたとき、ポケット３１の深さＤは、例えばＴ－０．１≦Ｄ≦Ｔ＋０．５の範囲とすることが可能である。
図１に示すごとく、回転軸４は、サセプタ３に連結されている。回転軸４は、その中心軸を中心に自転することでサセプタ３を回転させる。回転軸４は、図示しない回転機構に接続されており、回転機構から回転力をサセプタ３に伝達する。なお、図１においては、回転軸４上に回転軸４及びサセプタ３の回転方向を矢印にて示しており、図２においては、サセプタ３の回転方向を円弧状の矢印にて表している。
ヒータ５は、例えば通電によって発熱するものを採用することができる。ヒータ５は、サセプタ３の下側に位置しており、サセプタ３を通じて、ポケット３１内に配された基板１０を加熱する。
（窒化物半導体発光素子６の概要）
次に、製造装置１を用いて製造される発光素子６の一例について説明する。図５は、ウエハＷを利用して製造される窒化物半導体発光素子６（以下、「発光素子６」という。）の構成を概略的に示す模式図である。図５において、発光素子６の各半導体層間の寸法比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。
製造装置１を用いてウエハＷが形成され、ウエハＷが後述のダイシング工程にて分割されることで、１つのウエハＷから多数の発光素子６が得られる。ウエハＷの状態の基板を基板１０といい、ウエハＷが分割された後の発光素子６の状態の基板を基板６１ということとする。
発光素子６は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を構成するものとすることができる。発光素子６は、例えば、中心波長が３６５ｎｍ以下の紫外光を発する深紫外ＬＥＤを構成するものとすることができる。具体的には、本形態の発光素子６は、例えば２４０ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の深紫外光を発することができるよう構成されている。
発光素子６は、基板６１上に積層された複数の半導体層を備える。本形態において、基板６１上に積層された複数の半導体層は、基板６１側から順に、バッファ層６２、ｎ型クラッド層６３、活性層６４、電子ブロック層６５、及びｐ型コンタクト層６６である。また、発光素子６は、ｎ型クラッド層６３上に形成されたｎ側電極６７と、ｐ型コンタクト層６６上に設けられたｐ側電極６８とをさらに備える。
発光素子６を構成する半導体としては、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２～４元系のＩＩＩ族窒化物半導体を用いることができる。なお、深紫外ＬＥＤにおいては、インジウムを含まない窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体が用いられることが多い。窒化アルミニウムガリウム系の半導体は、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が含まれるものとする。発光素子６を構成する半導体のＩＩＩ族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等に置き換えてもよい。また、窒素の一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置き換えてもよい。
基板６１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）単結晶を含むサファイア基板である。基板６１の厚さは、４０５μｍ以上４５５μｍ以下とすることができる。基板６１としては、サファイア基板の他に、例えば、窒化アルミニウム基板や、窒化アルミニウムガリウム基板を用いても良いが、基板６１の下面において意図しない結晶成長が生じることを抑制する観点からは、サファイア基板を用いることが好ましい。
バッファ層６２は、窒化アルミニウムにより形成されている。なお、基板６１が窒化アルミニウム基板又は窒化アルミニウムガリウム基板である場合、バッファ層６２は必ずしも設けなくてもよい。
ｎ型クラッド層６３は、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされた窒化アルミニウムガリウムにより形成されている。ｎ型クラッド層６３は、一部が活性層６４から上側に露出した露出面６３１となっている。なお、ｎ型クラッド層６３にドープされるｎ型不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）又はテルル（Ｔｅ）等を用いてもよい。これについては、ｎ型クラッド層６３以外の、ｎ型不純物を含む半導体層においても同様である。本形態において、ｎ型クラッド層６３は単層であるが、複数層であってもよい。
活性層６４は、窒化アルミニウムガリウムにより形成された障壁層６４１と、障壁層６４１を構成する窒化アルミニウムガリウムよりもＡｌ組成比が小さい窒化アルミニウムガリウムにより形成された井戸層６４２とを備える。なお、Ａｌ組成比は、ＡｌＮモル分率とも呼ばれる。本形態において、活性層６４は、複数の井戸層６４２を備える多重量子井戸構造となるよう形成されている。本形態において、活性層６４は、障壁層６４１と井戸層６４２とが交互に３つずつ積層されている。活性層６４は、ｎ型クラッド層６３に障壁層６４１が隣接し、電子ブロック層６５に井戸層６４２が隣接している。活性層６４は、波長３６５ｎｍ以下の紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成されている。活性層６４が発する紫外光の中心波長は、２４０ｎｍ以上３６５ｎｍ以下とすることができ、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましく、２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。
なお、活性層６４を多重量子井戸構造とする場合、活性層６４は、井戸層６４２を複数有していれば種々の構成を採用することが可能である。また、活性層６４は、井戸層６４２を１つ備える単一量子井戸構造となるよう構成されていてもよい。
電子ブロック層６５は、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型の窒化アルミニウムガリウムにより形成されている。本形態において、電子ブロック層６５は、下側に形成された第１層６５１と、上側に形成された第２層６５２とを有する。第１層６５１は、第２層６５２よりもＡｌ組成比が高く、かつ第２層６５２よりも膜厚が小さい。電子ブロック層６５は、活性層６４からｐ型コンタクト層６６への電子の流れを抑制することで、活性層６４の発光効率を向上させる役割を担っている。なお、ｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）等を用いても良い。電子ブロック層６５以外の、ｐ型不純物を含む半導体層においても同様である。また、電子ブロック層６５は、必ずしもｐ型の半導体層に限られず、アンドープの半導体層でも良い。さらに、電子ブロック層６５は単層であってもよい。またさらに、発光素子６において電子ブロック層６５を設けなくてもよい。
ｐ型コンタクト層６６は、マグネシウム等の不純物が高濃度にドープされたｐ型の窒化ガリウムにより形成されている。なお、ｐ型コンタクト層６６は、窒化アルミニウムガリウムから形成してもよいが、この場合、ｐ型コンタクト層６６を構成する窒化アルミニウムガリウムのＡｌ組成比は１０％以下が好ましい。また、ｐ型コンタクト層６６の下側に、ｐ型コンタクト層６６よりもＡｌ組成比が高く電子ブロック層６５よりもＡｌ組成比が低いｐ型クラッド層を少なくとも１層形成してもよい。
ｎ側電極６７は、ｎ型クラッド層６３の露出面６３１上に形成されている。ｎ側電極６７は、例えばチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン、及び金（Ａｕ）が下側から順に積層された多層膜で形成することができるが、これに限られず、一般的な構成を採用することが可能である。
ｐ側電極６８は、ｐ型コンタクト層６６の上に形成されている。ｐ側電極６８は、例えばニッケル（Ｎｉ）及び金が下側から順に積層された多層膜で形成することができるが、これに限られず、一般的な構成を採用することが可能である。
（発光素子６の製造方法）
次に、前述の製造装置１を用いて発光素子６を製造する方法の一例について説明する。本形態の発光素子６の製造方法は、基板配置工程と成長工程と領域除去工程と電極形成工程とダイシング工程とが順に実行される。
基板配置工程においては、製造装置１のサセプタ３のポケット３１内に基板１０が配置される。複数のポケット３１のそれぞれに基板１０が配置されてもよいし、一部のポケット３１のみに基板１０が配置されてもよい。
成長工程においては、ヒータ５にてサセプタ３が熱されることで、基板１０が、基板１０上に形成される各半導体層の成長に適した温度にされる。一例として、バッファ層６２の成長温度は１０００℃以上１４００℃以下であり、ｎ型クラッド層６３の成長温度は１０２０℃以上１１８０℃以下であり、活性層６４及び電子ブロック層６５の成長温度は１０００℃以上１１００℃以下であり、ｐ型コンタクト層６６の成長温度は９００℃以上１１００℃以下である。そして、回転軸４を介してサセプタ３が回転されるとともに、リアクタ２の導入口２１から各半導体層の原料ガスＧが導入される。以上のように、成長工程においては、基板１０を高温にするとともにサセプタ３を回転させながら、基板１０に向けて原料ガスＧを供給することで、各半導体層が基板１０上に順次エピタキシャル成長され、ウエハＷが完成する。各半導体層をエピタキシャル成長させための原料ガスＧとしては、アルミニウム源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ガリウム源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、窒素源としてアンモニア（ＮＨ３）、シリコン源としてテトラメチルシラン（ＴＭＳｉ）、マグネシウム源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
成長工程が終わると、ウエハＷがサセプタ３から取り出される。ここで、新たなウエハＷを製造する際は、続けて新たな基板１０がサセプタ３のポケット３１に配置され、成長工程が行われる。このとき、図６に示すごとく、サセプタ３の上面３０には、前回の成長工程にて供給されたウエハＷの原料ガスＧによって堆積物１３が形成され得る。すなわち、ウエハＷの各半導体層を成長させる際には、リアクタ２内へ原料ガスＧを導入することにより、基板１０上に半導体層が積層されるのと同時に、サセプタ３の上面３０にも半導体層が積層されて堆積物１３が形成される。堆積物１３は、ウエハＷの各半導体層と同様に、窒化アルミニウムガリウム系の半導体からなる。本形態において、堆積物１３は、窒化アルミニウムにより形成された層と窒化アルミニウムガリウムにより形成された層とを少なくとも含み、かつ、ｎ型不純物であるシリコンやｐ型不純物であるマグネシウムが適所に含まれている。ウエハＷの成長工程の回数が増えるほど、堆積物１３の厚みが大きくなる。なお、ウエハＷのｐ型コンタクト層６６の形成時に堆積物１３にｐ型の窒化ガリウムからなる層が形成されるが、ｐ型の窒化ガリウムは比較的分解温度が低いため、次回の成長工程において堆積層のｐ型の窒化ガリウムからなる層は分解され得る。堆積物１３の厚さが２３０μｍを超えた場合、発光素子６の製造時において堆積物１３が剥がれ落ちて製造中のウエハＷを汚し、発光素子６の製造が困難となる。そのため、堆積物１３が厚み２３０μｍを超えたときに堆積物１３を除去する又は堆積物１３の厚みを薄くする等して、成長工程中において堆積物１３の厚さが２３０μｍ以下となるよう調整することが好ましい。
領域除去工程においては、ｐ型コンタクト層６６の上面の一部にマスクが形成され、マスクが形成されていない領域が、ｐ型コンタクト層６６の上面からｎ型クラッド層６３の途中位置まで除去される。これにより、ｎ型クラッド層６３に露出面６３１が形成される。露出面６３１の形成後、ｐ型コンタクト層６６の上面からマスクが除去される。
電極形成工程においては、ｎ型クラッド層６３の露出面６３１上にｎ側電極６７が形成され、ｐ型コンタクト層６６上にｐ側電極６８が形成される。ｎ側電極６７及びｐ側電極６８は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。
ダイシング工程では、ウエハＷを複数の発光素子６に個片化する。これにより、１つのウエハＷから、図１に示すような発光素子６が複数形成される。
以上のようにして、発光素子６が製造される。
（第１の実施の形態の作用及び効果）
本形態のサセプタ３のポケット３１の側面３１１は、円周側面部３１１ａと、円周側面部３１１ａよりもポケット外周側に広がるよう形成された拡大側面部３１１ｂとを有する。そして、平面視において、拡大側面部３１１ｂは、第２直線１２と重なるよう形成されている。つまり、拡大側面部３１１ｂは、第２直線１２の長手方向におけるポケット３１の端部に形成されている。これにより、本形態のサセプタ３を用いて製造されるウエハＷの発光出力の面内分布を均一化することができる。このことについて、以下説明する。
まず、図７及び図８を用いて、比較例のサセプタ９について検討する。図７は、比較例のサセプタ９及び基板１０の一部を拡大した平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢視断面図である。比較例に係るサセプタ９は、ポケット９１の側面９１１が、前述のような拡大側面部３１１ｂを有さず、円状に形成されている。比較例において、第１の実施の形態について説明したものと共通する構成要素等については、第１の実施の形態において付した符号と同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図７に示すごとく、比較例においては、平面視において、サセプタ９の回転中心Ｃ１と円状の側面９１１の中心Ｃ３とを結ぶ直線を第１直線９０１、第１直線９０１に直交するとともに中心Ｃ３を通る直線を第２直線９０２とする。
比較例のサセプタ９を用いて製造されるウエハは、第２直線９０２の長手方向における両端部の発光出力が低くなる傾向にある。このことは、後述の実験例にて定量的に示す。比較例のサセプタ９を用いてウエハを製造する際、第２直線９０２の長手方向における基板１０の両端部分は、ポケット９１の側面９１１から熱を受けやすく、高温になりやすい。さらに、サセプタ９を回転させてウエハが製造する際、第２直線９０２の長手方向における基板１０の両端部分の近傍においては、基板１０に原料ガスが届き難い。これらの要因により、第２直線９０２の長手方向におけるウエハの両端部分の発光出力が低くなるものと予想される。
前述のような予想のもと、本形態のサセプタ３のように、ポケット３１の側面３１１に拡大側面部３１１ｂを形成したところ、サセプタ３を用いて製造されるウエハＷにおける発光出力の面内分布を均一化できることを確認している。これについては、後述の実験例にて定量的に示す。
また、特に、図６に示す堆積物１３の厚みが大きくなる程、サセプタ３の上面３０からのサセプタ３の放熱性が低下し、基板１０の周縁部が特に高温になりやすく、製造されるウエハＷにおける発光出力の面内分布が不均一となりやすい。そのため、堆積物１３が厚くなる程（例えば１４０μｍ以上）、拡大側面部３１１ｂを設けることの効果は大きい。
また、ポケット３１の側面３１１は、サセプタ３の回転方向におけるポケット３１の両側に形成された２つの拡大側面部３１１ｂを有する。詳細は後述の実験例にて説明するが、図７及び図８に示す比較例のサセプタ９にて製造されるウエハは、第２直線９０２の長手方向における両端部の発光出力が低くなる。そのため、ポケット３１の側面３１１が、サセプタ３の回転方向におけるポケット３１の両側に拡大側面部３１１ｂを有することにより、サセプタ３を用いて製造されるウエハＷにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
また、２つの拡大側面部３１１ｂは、第１直線１１を軸とした線対称に形成されている。これにより、ポケット３１に２つの拡大側面部３１１ｂを容易に形成することができる。また、サセプタ３の回転方向によらず、品質が一定のウエハＷを製造することが可能となる。
また、拡大側面部３１１ｂは、ポケット３１の開口側に向かうほど、ポケット外周側に広がるよう形成されている。それゆえ、拡大側面部３１１ｂのポケット内周側の空間において原料ガスＧが滞留することを抑制しやすい。拡大側面部３１１ｂのポケット内周側の空間において原料ガスＧが滞留すると、ウエハＷにおける拡大側面部３１１ｂに臨む部位とその他の部位とにおいて結晶成長の仕方が変わり、ウエハＷにおける発光出力の面内分布が不均一になりやすい。一方、本形態においては、拡大側面部３１１ｂが、ポケット３１の開口側に向かうほど、ポケット外周側に広がるよう形成されているため、拡大側面部３１１ｂのポケット内周側の空間に原料ガスＧが滞留することを抑制できる結果、製造されるウエハＷにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
また、ポケット３１の周方向における２つの拡大側面部３１１ｂの合計長さＬ１を、基板１０の円周長Ｌ２で除した値Ｌ１／Ｌ２は、０．２００以上０．４４０以下を満たす。値Ｌ１／Ｌ２が０．２００以上であることにより、ポケット３１に配置された基板１０における拡大側面部３１１ｂに臨む領域をポケット３１の周方向に十分に広くすることができ、発光出力の面内分布がより均一化しやすくなる。また、値Ｌ１／Ｌ２が０．４４０以下であることにより、ポケット３１内に原料ガスＧが過剰に流入することを抑制でき、基板１０の下面に意図しない結晶成長が生じることを抑制できる。基板１０の下面に意図しない結晶成長が生じると、ウエハＷの一部において所望の発光出力等が得られなくなるおそれがある。そのため、本形態のように、値Ｌ１／Ｌ２を０．４４０以下とすることにより、ウエハＷにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。同様の観点から、値Ｌ１／Ｌ２は、０．２６０以上０．３８０以下を満たすことがさらに好ましい。
また、拡大側面部３１１ｂの半径Ｒ３を基板１０の半径Ｒ１で除した値Ｒ３／Ｒ１は、１．００４以上１．０５０以下を満たす。値Ｒ３／Ｒ１が１．００４以上であることにより、拡大側面部３１１ｂとウエハＷとの距離を十分に離すことができる。そのため、サセプタ３を用いて製造されるウエハＷのうちの拡大側面部３１１ｂの近傍の部位の発光出力を高めやすい。また、値Ｒ３／Ｒ１を１．０５０以下とすることにより、ポケット３１内に原料ガスＧが過剰に流入することを抑制できる。これにより、基板１０の下面に意図しない結晶成長が生じることを抑制できる結果、製造されるウエハＷにおける発光出力の面内分布がより均一化する。同様の観点から、値Ｒ３／Ｒ１は、１．００４以上１．０３１以下を満たすことがさらに好ましい。
以上のごとく、本形態によれば、製造されるウエハにおける発光出力の面内分布を均一化することができるサセプタ及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
［実験例］
本例は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態のサセプタ３を用いて製造された実施例のウエハと、図７及び図８に示す比較例のサセプタ９を用いて製造された比較例のウエハとにおいて、発光出力の面内分布を比較した例である。実施例のウエハを製造するのに用いたサセプタと、比較例のウエハを製造するのに用いたサセプタとでは、拡大側面部の有無以外は、互いに同様の構成とした。
本実験例においては、実施例のウエハと比較例のウエハとのそれぞれをウエハ状態で発光させ、第２直線（図３の符号１２及び図７の符号９０２参照）の長手方向の位置毎に発光出力を測定した。なお、ウエハに形成される複数の発光素子は、第１直線（図３の符号１１及び図７の符号９０１参照）の長手方向の位置によっても発光出力が異なり得るが、ウエハにおける第２直線の長手方向の各位置の発光出力は、その位置において第１直線の長手方向に並ぶよう存在する複数の発光素子の発光出力の平均値とした。
本実験例においては、実施例に係るウエハと比較例に係るウエハとのそれぞれに１００ｍＡの駆動電流を供給し、各ウエハにおいて、第２直線の長手方向の各位置の発光出力を測定した。結果を図９に示す。図９に示すグラフの横軸は、第２直線の長手方向におけるウエハの位置を示しており、０ｍｍの位置は、ウエハの中心位置であり、正符号の位置は、ウエハの中心位置からサセプタが回転する側に離れた位置を示しており、負符号の位置は、ウエハの中心位置よりもサセプタが回転する側と反対側に離れた位置を示している。なお、本実験例において、実施例及び比較例のウエハを構成する基板は、半径２５．４０ｍｍのものを用いている。図９において、比較例の結果を一点鎖線にて示しており、実施例の結果を実線にて示している。
図９に示すごとく、比較例においては、第２直線の長手方向におけるウエハの両端位置において発光出力が低下していることが分かる。一方、実施例においては、第２直線の長手方向の各位置において、ウエハの発光出力が安定していることが分かる。
以上から、ウエハのポケットに第１の実施の形態のように拡大側面部を設けることにより、ウエハにおける発光出力の面内分布を均一化できることが分かる。
［第２の実施の形態］
図１０は、本形態におけるサセプタ３及び基板１０の一部を拡大した平面図である。
本形態は、第１の実施の形態に対して、ポケット３１における２つの拡大側面部３１１ｂの形成位置を変更した形態である。本形態において、ポケット３１の周方向における拡大側面部３１１ｂの中心位置Ｐは、第２直線１２よりもサセプタ外周側に位置している。これにより、平面視において、拡大側面部３１１ｂは、ポケット３１の周方向における中心位置Ｐよりもサセプタ内周側の部位が、第２直線１２と重なるよう形成されている。
その他は、第１の実施の形態と同様である。
なお、第２の実施の形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
（第２の実施の形態の作用及び効果）
図７及び図８に示す比較例のサセプタ９を用いてウエハを製造した場合、製造されるウエハは、第２直線９０２の長手方向における両端部のうち、特にサセプタ外周側の部位の発光出力が低くなることを確認している。この要因としては、次のことが予想される。まず、成長工程中、サセプタ９の回転による遠心力によって基板１０がポケット９１の側面９１１のサセプタ外周側の部位に押し付けられ、基板１０のサセプタ外周側の部位とポケット９１の側面９１１との間隔が狭くなる。これにより、第２直線９０２の長手方向における基板１０の両端部のうちのサセプタ外周側の部位がポケット９１の側面９１１からの熱を特に受けやすくなり、また、基板１０の周縁のうちのサセプタ外周側の部位に特に原料ガスが届き難くなる。その結果、第２直線９０２の長手方向におけるウエハの両端部のうちのサセプタ外周側の部位の発光出力が低くなるものと予想される。
そこで、本形態のサセプタ３のように、ポケット３１の周方向における拡大側面部３１１ｂの中心位置Ｐを第２直線１２よりもサセプタ外周側に位置させることにより、製造されるウエハＷにおける発光出力の面内分布をより均一化することが可能となる。
その他、第１の実施の形態と同様の作用効果を有する。
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
［１］本発明の第１の実施態様は、ウエハ（Ｗ）が配置されるポケット（３１）が形成されたサセプタ（３）であって、前記ポケット（３１）の側面（３１１）は、円周状に形成された円周側面部（３１１ａ）と、前記円周側面部（３１１ａ）よりも前記ポケット（３１）の外周側に広がるよう形成された拡大側面部（３１１ｂ）とを有し、前記ポケット（３１）の開口側から見た平面視において、前記サセプタ（３）の回転中心（Ｃ１）と前記円周側面部（３１１ａ）の円周中心（Ｃ２）とを通る直線を第１直線（１１）、前記第１直線（１１）に直交するとともに前記円周中心（Ｃ２）を通る直線を第２直線（１２）としたとき、前記拡大側面部（３１１ｂ）は、前記第２直線（１２）と重なるよう形成されている、サセプタ（３）である。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布を均一化することができる。
［２］本発明の第２の実施態様は、第１の実施態様において、前記ポケット（３１）の周方向における前記拡大側面部（３１１ｂ）の中心位置（Ｐ）が、前記第２直線（１２）よりも前記サセプタ（３）の外周側に位置していることである。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
［３］本発明の第３の実施態様は、第１又は第２の実施態様において、前記ポケット（３１）の前記側面（３１１）が、前記サセプタ（３）の回転方向における前記ポケット（３１）の両側に形成された２つの前記拡大側面部（３１１ｂ）を有することである。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
［４］本発明の第４の実施態様は、第３の実施態様において、前記２つの拡大側面部（３１１ｂ）が、前記第１直線（１１）を軸とした線対称に形成されていることである。
これにより、サセプタの回転方向によらず、品質が一定のウエハを製造することが可能となる。
［５］本発明の第５の実施態様は、第１乃至第４のいずれか１つの実施態様において、前記拡大側面部（３１１ｂ）が、前記ポケット（３１）の開口側に向かうほど、前記ポケット（３１）の外周側に広がるよう形成されていることである。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
［６］本発明の第６の実施態様は、第１乃至第５のいずれか１つのサセプタ（３）を用いて窒化物半導体発光素子（６）を製造する窒化物半導体発光素子（６）の製造方法であって、前記ポケット（３１）に基板（１０）を配置する基板（１０）配置工程と、前記サセプタ（３）を加熱するとともに回転させながら、前記基板（１０）上に窒化物半導体から形成される半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、を備える窒化物半導体発光素子（６）の製造方法である。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布を均一化することができる。
［７］本発明の第７の実施態様は、第６の実施態様において、前記ポケット（３１）の前記側面（３１１）が、前記サセプタ（３）の回転方向における前記ポケット（３１）の両側に形成された２つの前記拡大側面部（３１１ｂ）を有し、前記ポケット（３１）の周方向における前記２つの拡大側面部（３１１ｂ）の長さの合計を、前記基板（１０）の円周長で除した値が、０．２００以上０．４４０以下を満たすことである。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
［８］本発明の第８の実施態様は、第６又は第７の実施態様において、前記ポケット（３１）の開口側から見た平面視における前記円周中心（Ｃ２）から前記拡大側面部（３１１ｂ）までの最長直線距離（Ｒ３）を、前記基板（１０）の半径（Ｒ１）で除した値が、１．００４以上１．０５０以下を満たすことである。
これにより、サセプタを用いて製造されるウエハにおける発光出力の面内分布をより均一化することができる。
（付記）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、前述した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
例えば、前記各実施の形態においては、ポケットの側面が２つの拡大側面部を有する例を示したが、これに限られず、拡大側面部は１つであってもよい。また、前記各実施の形態において、ポケットの側面は、平面視において第２直線と重ならない位置に、円周側面部よりもポケット外周側に広がった面を有していてもよい。また、前記各実施の形態において、拡大側面部は、湾曲面状に形成されている例を示したが、これに限られず、例えば４角形のうちの３辺に沿うような屈曲した形状であってもよい。
１０…基板
１１…第１直線
１２…第２直線
３…サセプタ
３１…ポケット
３１１…側面
３１１ａ…円周側面部
３１１ｂ…拡大側面部
６…窒化物半導体発光素子
Ｃ１…回転中心
Ｃ２…円周中心
Ｐ…拡大側面部の中心位置
Ｒ１…基板の半径
Ｒ３…最長直線距離

Claims (9)

  1. ウエハが配置されるとともに回転中心よりも外周側に形成されたポケットを有するサセプタであって、
    前記ポケットの側面は、円周状に形成された円周側面部と、前記円周側面部よりも前記ポケットの外周側に広がるよう形成された拡大側面部とを有し、
    前記ポケットの開口側から見た平面視において、
    前記サセプタの回転中心と前記円周側面部の円周中心とを通る直線を第１直線、前記第１直線に直交するとともに前記円周中心を通る直線を第２直線としたとき、前記拡大側面部は、前記第２直線と重なるよう形成されており、
    前記ポケットの周方向における、前記ポケットの前記拡大側面部が形成された領域の長さをＬ１とし、前記ポケットの周方向における、前記ポケットの前記円周側面部が形成された領域の長さをＬ３としたとき、値Ｌ１／Ｌ３は、０．３００以上０．６００以下を満たし、
    前記ポケットの底面は、前記ウエハが載置される載置面であるとともに平面状に形成されている、
    サセプタ。
  2. 前記ポケットの周方向における前記拡大側面部の中心位置は、前記第２直線よりも前記サセプタの外周側に位置している、
    請求項１に記載のサセプタ。
  3. 前記ポケットの前記側面は、前記サセプタの回転方向における前記ポケットの両側に形成された２つの前記拡大側面部を有する、
    請求項１又は２に記載のサセプタ。
  4. 前記２つの拡大側面部は、前記第１直線を軸とした線対称に形成されている、
    請求項３に記載のサセプタ。
  5. 前記拡大側面部は、前記ポケットの開口側に向かうほど、前記ポケットの外周側に広がるよう形成されている、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサセプタ。
  6. 前記円周中心から前記円周側面部までの前記平面視における長さを前記円周側面部の半径Ｒ２とし、前記円周中心から前記拡大側面部までの前記平面視における最長直線距離を前記拡大側面部の半径Ｒ３としたとき、値Ｒ３／Ｒ２は、１．００２以上１．０３０以下を満たす、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載のサセプタ。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のサセプタを用いて窒化物半導体発光素子を製造する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
    前記ポケットに基板を配置する基板配置工程と、
    前記サセプタを加熱するとともに回転させながら、前記基板上に窒化物半導体から形成される半導体層をエピタキシャル成長させる成長工程と、を備える
    窒化物半導体発光素子の製造方法。
  8. 前記ポケットの前記側面は、前記サセプタの回転方向における前記ポケットの両側に形成された２つの前記拡大側面部を有し、
    前記ポケットの周方向における前記２つの拡大側面部の長さの合計を、前記基板の円周長で除した値は、０．２００以上０．４４０以下を満たす、
    請求項７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  9. 前記ポケットの開口側から見た平面視における前記円周中心から前記拡大側面部までの最長直線距離を、前記基板の半径で除した値は、１．００４以上１．０５０以下を満たす、
    請求項７又は８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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