JPH1070313A - 気相成長用基板及びその加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サファイアなどの透光性、絶縁性を有する材
料の上に気相成長する際に、基板がヒーターからの熱輻
射等を効率良く受け、且つまた、均一に加熱されること
を目的とした、気相成長用基板及びその加熱処理方法を
提供するものである。 【解決手段】 輻射に対し実質的に透明なウェーハと、
前記ウェーハの一主面に密着形成され、輻射に対して実
質的な吸収体となっている薄膜とから構成され、輻射に
よって前記薄膜に発生した熱が前記ウェーハに伝導する
ことにより、前記ウェーハが加熱されるようにした、気
相成長用基板を提供する。または、電気的に絶縁性を有
するウェーハと、前記ウェーハの一主面に密着形成さ
れ、電気的に導電性を有する薄膜とから構成され、前記
薄膜に誘導加熱により発生した熱が前記ウェーハに伝導
することにより、前記ウェーハが加熱されるようにし
た、気相成長用基板を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性または、絶
縁性を有する基板上にヘテロエピタキシャル層を気相成
長させる際に用いられる、気相成長用基板及びその加熱
処理方法に関する。本発明は、より具体的には、サフア
イア等の透光性または絶縁性を有するウェーハ上に、シ
リコン（Ｓｉ）等の単元素半導体、または窒化ガリウム
（ＧａＮ）等の化合物半導体等をヘテロエピタキシャル
成長させ、ＬＥＤ、レーザやＦＥＴなどの半導体装置を
製造する際に用いられる気相成長用基板及びその加熱方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤや半導体レーザ等の光デバイス、
または、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の電子デバ
イスの製造に際して、ウェーハ上に各種の半導体または
絶縁体等の層を気相成長させる技術は、極めて重要な位
置を占める。特に、近年、急速に開発、実用化が進めら
れている、シリコン・オン・サファイア構造（ＳＯＳ）
を用いた高速集積回路や、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用
いた青色発光素子の製造に際しては、サファイア基板上
に、高品質のシリコン層やＧａＮ層をエピタキシャル成
長させることが必要とされる。

【０００３】このような、サファイア基板上へのヘテロ
エピタキシャル成長は、通常、熱ＣＶＤ（化学的気相成
長）法や、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法等
の気相成長法により行われることが多い。

【０００４】図１０は、従来の気相成長に用いられるサ
ファイア基板１５０、１５３の一部断面図である。図１
０(a) に示したサファイア基板１５０は、両面とも鏡面
研磨された面を有する。また、図１０(b) に示したサフ
ァイア基板１５３は、片面が鏡面研磨され、他方の面
は、エッチド面、すなわち、エッチング処理されたまま
の面である。いづれの基板でも、エピタキシャル成長
は、通常は、鏡面研磨された面上に行われる。

【０００５】図１１は、このような従来の基板を用い
た、気相成長装置の一部拡大断面図である。気相成長装
置１６０は、石英製の反応管１６１によって、外気と仕
切られ、グラファイト等により構成されたサセプタ１６
２上に基板１５０を載置する。サセプタの下方には、炭
素製の抵抗加熱ヒータ１６３が設けられている。基板１
５０は、サセプタの下方にある抵抗加熱ヒータ１６３に
よって、１１００℃〜１３００℃程度まで加熱される。
原料ガス１６４は、図中の矢印Ａの方向に供給され、加
熱により分解されて、基板上に堆積することにより、所
定の薄膜がエピタキシャル成長する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な従来技術は、エピタキシャル成長に用いる基板が、透
光性、または、絶縁性を有することに起因する問題点を
有する。ここでは、サファイア基板上にＧａＮ系材料を
ヘテロエピタキシャル成長する場合を例に挙げて、説明
する。まず、サファイア基板は、可視光および赤外領域
で、透光性を有する。従って、図１１に示したような、
気相成長装置１６０内で、熱源からの熱輻射も透過して
しまう。その結果として、サファイア基板１５０の加熱
は、サセプタ１６２からの熱伝導のみにより行われ、熱
輻射を利用することができない。熱伝導のみにより、サ
ファイア基板を１１００℃以上の高温に加熱するために
は、抵抗加熱型ヒータ１６３の負担が大きく、ヒータ１
６３の消費電力が大きくなるとともに、その寿命も短く
なる。また、熱伝導のみでは、サファイア基板１５０の
加熱効率が悪いために、気相成長装置１６０の各部に
も、熱的な負担がかかりやすく、装置の故障等の不具合
の原因となっている。

【０００７】また、図１１に示したような抵抗加熱法で
は、基板１５０だけでなく、サセプタ１６２や反応管１
６１等の周辺部品も不必要に加熱される。そして、加熱
され高温になったこれらの部品上で、原料ガスが熱分解
し、分解生成物が堆積する。このような堆積は、ウオー
ルデポと称される。ウオールデポは、基板周囲の成長雰
囲気を変化させ、ダストの原因となる。さらに、ウォー
ルデポは、エピタキシャル層への不純物のオートドーピ
ングの原因ともなっている。

【０００８】一方、サファイア基板１５０の温度は、熱
伝導のみによるために、サセプタ１６２との熱接触の状
態により大きく変化する。従って、サファイア基板１５
０とサセプタ１６２との接触面の平滑度や、清浄度等に
より、熱接触の状態が変化し、基板の面内の温度分布が
均一でなくなる。また、成長バッチごとの基板温度もば
らつく。サファイア基板１５０の面内の温度が不均一に
なることにより、成長層の膜厚、組成、キャリア濃度、
結晶欠陥密度等の特性が、基板面内で、ばらつく。ま
た、成長バッチごとに基板温度がばらつくことにより、
成長層の膜厚、組成、キャリア濃度、結晶欠陥密度等の
特性も、成長バッチ毎にばらつくこととなる。このよう
に、従来技術では、透光性基板上に、品質の良好なヘテ
ロエピタキシャル成長層を安定して成長させることがで
きず、そのデバイスの実用化は一部に限られたものであ
った。これらの課題のため、サファイア基板を用いた高
品質のＧａＮ系材料の気相成長は困難であり、デバイス
の製品化、実用化の障害となっていた。

【０００９】一方、気相成長に際して、高周波コイルを
用いた誘導加熱法により、基板を加熱する方法がある。
この方法によれば、サセプタからの熱伝導によらずに、
基板を直接加熱することが可能である。しかし、サファ
イア基板は、絶縁性を有するために、誘導加熱法を用い
ることもできなかった。

【００１０】以上説明したような従来技術の問題点は、
すべて、気相成長に用いる基板が、透光性、絶縁性を有
することに起因する。本発明は、かかる点に鑑みてなさ
れたものである。すなわち、本発明は、サファイアなど
の透光性、絶縁性を有する材料の上に気相成長する際
に、基板がヒーターからの熱輻射等を効率良く受け、且
つまた、均一に加熱されることを目的とした、気相成長
用基板及びその加熱処理方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
気相成長用基板は、輻射に対し実質的に透明なウェーハ
と、前記ウェーハの一主面に密着形成され、輻射に対し
て実質的な吸収体となっている薄膜とから構成され、輻
射によって前記薄膜に発生した熱が前記ウェーハに伝導
することにより、前記ウェーハが加熱されるようにした
ものである。また、上記ウェーハは、２００ｎｍから１
０μｍの波長域の輻射に対して５０％以上の透過率を有
することを特徴とするものである。また、上記薄膜は、
２００ｎｍから５μｍの波長域の輻射に対して２０％以
下の透過率を有することを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明による別の気相成長用基板
は、電気的に絶縁性を有するウェーハと、前記ウェーハ
の一主面に密着形成され、電気的に導電性を有する薄膜
とから構成され、前記薄膜に誘導加熱により発生した熱
が前記ウェーハに伝導することにより、前記ウェーハが
加熱されるようにしたものである。

【００１３】また、これらの薄膜は、材質の異なる複数
の層から形成されていることを特徴とするものである。
また、これらの薄膜はモリブデン、タングステンまたは
ハフニウムのうちの少なくとも一つを含むものである。
また、これらの薄膜は黒色炭素を含むものである。ま
た、これらの薄膜の膜厚は１０ｎｍ以上１０μｍ以下で
あることを特徴とするものである。

【００１４】また、これらのウェーハはサファイア、リ
チウムタンタレートまたは炭化シリコンからなることを
特徴とするものである。

【００１５】また、本発明による気相成長用基板の形成
方法は、サファイアウェーハの一主面上に、膜厚が１０
ｎｍ以上１０μｍ以下の高融点金属の薄膜を堆積形成
し、非酸化性雰囲気中で４００〜８００℃の温度で、熱
処理するものである。

【００１６】また、本発明による別の気相成長用基板の
形成方法は、炭素を含む六員環または五員環からなる有
機溶媒中にウェーハを浸漬し、前記有機溶媒に紫外線を
照射し、前記ウェーハの一主面上に膜厚が１０ｎｍ以上
１０μｍ以下の黒色炭素薄膜を堆積させるものである。

【００１７】また、本発明による気相成長用基板の加熱
方法は、透光性ウェーハと、前記ウェーハの一主面に任
意の波長域の光に対して吸収体となる前記基板と異なる
材質の薄膜が密着形成された気相成長用基板に、赤外光
を照射し、前記薄膜に赤外線を吸収させることによって
前記気相成長用基板を加熱することを特徴とするもので
ある。

【００１８】また、本発明による別の気相成長基板の加
熱方法は、電気的に絶縁性を有するウェーハと、前記ウ
ェーハの一主面に密着形成された導電性を有する薄膜と
から構成された気相成長用基板に交流電界を印加し、前
記薄膜中に渦電流を発生させることによって前記気相成
長用基板を加熱することを特徴とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明による気相成長用基板は、
一主面に、光吸収体または、導電体が設けられ、これに
より基板を効率よく加熱することに特徴を有する。以
下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明す
る。図１は、本発明による気相成長用基板の一部断面図
である。本発明による気相成長用基板は、図１０に示さ
れている従来の基板と比較すると、基板裏面（エピタキ
シャル成長させる面と反対側の面）に、光を吸収する光
吸収体、または導電体が形成されている点に、特徴を有
する。図１(a) は、サファイアウェーハ１１の裏面に、
光吸収体１４が形成された気相成長用基板１０を示す。
サファイアウェーハ１１の気相成長面１２は、鏡面研磨
されている。また、図１(b) は、サファイアウェーハ１
１の裏面に、導電体１８が形成された気相成長用基板１
５を示す。この基板１５においても、気相成長面１６が
鏡面研磨面されている。図１(a) および(b) のいずれの
基板１０、１５においても、サファイアウェーハ１１の
裏面１３、１７は、鏡面研磨面、または、エッチド面で
ある。

【００２０】サファイアウェーハの裏面に形成された、
これらの光吸収体または、導電体としては、モリブデン
（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）等
の高融点金属の薄膜、または、波長が２００ｎｍから５
μｍの光に対して、２０％以下の透過率を有する、炭素
薄膜などが挙げられる。また、これらの薄膜を組み合わ
せたものでもよい。

【００２１】本発明による気相成長用基板の作成方法に
ついて、次に説明する。吸収体としてＭｏ、Ｗ等の高融
点金属を用いる場合は、真空蒸着法により、サファイア
ウェーハ裏面にこれらの金属薄膜を形成した。金属薄膜
を形成した後、サファイアウェーハ自身と金属薄膜の密
着性を増す熱処理を行った。この熱処理は、通常は、ウ
ェーハを、不活性雰囲気または、還元性雰囲気中で、４
００〜８００℃で２０〜３０分間保持することにより行
う。この熱処理により、本発明による気相成長用基板
を、実用的な温度、すなわち千数百℃まで加熱しても、
基板から金属薄膜が剥離することなく、気相成長を行う
ことができた。また、本発明者は、スパッタリング法に
よりこのような金属薄膜を形成した場合は、加熱処理を
しなくても剥離を生じない薄膜が形成できることも見い
出した。

【００２２】これらの光吸収体の最適な厚さについて、
実験的に調べた結果、数１０ｎｍより厚い場合に、本発
明の効果が得られる事が確認できた。また、光吸収体の
最適膜厚の上端については、膜形成に要する時間等との
かね合いにより決定され、おおむね１０μｍの厚さであ
ることも分かった。光吸収体が厚すぎると、熱膨張率の
差から、サファイアウェーハの反りが大きくなる。光吸
収体の膜厚が１０μｍ以上では、ウェーハの反りの方が
大きく、優位な効果は得られなかった。

【００２３】次に、光吸収体として、炭素薄膜を形成す
る方法について説明する。光吸収体として適した炭素薄
膜は、前述した真空蒸着やスパッタリング法では得られ
なかった。本発明者は、以下のようにして形成した炭素
薄膜が、光吸収体として有効であることを見いだした。

【００２４】図２は、本発明による、炭素薄膜を用いた
気相成長用基板の形成方法の説明図である。まず、図２
(a) に示すように、サファイアウェーハ１１のエピタキ
シャル成長させる面をレジスト２１で覆う。次に、図２
(b) に示すように、キシレンなどの有機溶媒２２中にこ
のウェーハ１１を浸し、紫外線光源２３により、ウェー
ハ１１の裏面に紫外線２４を照射する。すると、有機溶
媒２２の分解反応によって、ウェーハ裏面に黒色炭素薄
膜２５が堆積する。所要の膜厚の黒色炭素薄膜２５が得
られたら、図２(c) に示すように、ウェーハ１１をレジ
スト剥離液２７に浸漬することにより、表面のレジスト
２１を取り除く。このようにして、図２(d) に示すよう
に、黒色炭素薄膜が裏面に形成された気相成長用基板が
得られる。

【００２５】この際に用いる有機溶媒２２としては、炭
素を含む六員環または、五員環からなる有機溶媒が挙げ
られる。サファイアウェーハ裏面に形成される黒色炭素
膜の厚さ、光透過率等の特性は、紫外光の照射時間およ
び照射光量により変化する。本発明者は、２００ｎｍか
ら５μｍの波長域で、２０％以下の透過率を有する黒色
炭素薄膜を形成する条件を実験的に見出した。すなわ
ち、紫外線の照射光量を１ｃｍ² あたり１μＷ程度とし
て、数１０秒間照射すると、数１０〜数１００ｎｍの厚
さの黒色炭素薄膜が得られた。

【００２６】光吸収体として、黒色炭素薄膜を用いた場
合は、高融点金属を用いた場合と比べて以下のような特
徴を有する。すなわち、気相成長時には、基板を１００
０℃以上の高温で、種々のガスに曝す必要があるが、黒
色炭素薄膜のほうが、高融点金属よりも腐食気化されに
くく、より安定である。また、高融点金属はオートドー
ピングにより成長層へ取り込まれると、その電気的、光
学的特性を劣化させる場合が多いが、炭素は、もともと
の原料ガス中に含まれているものであり、このようなオ
ートドーピングによる弊害も少ない。

【００２７】次に、本発明による気相成長用基板の加熱
処理法について、説明する。本発明においては、従来の
透光性、絶縁性基板では実用とされなかったランプ加熱
法や高周波誘導加熱法が適用できる。図３は、ランプ加
熱法を用いた、本発明による気相成長用基板の加熱処理
法の説明図である。本発明による気相成長装置３０は、
石英製反応管３１と透明石英製サセプタ３２を備える。
基板１０は、光吸収体１４を下方に向けて、サセプタ３
２上に載置される。サセプタ３２の下方には、赤外線ラ
ンプ３３が配置され、透明石英製サセプタ３２を介し
て、基板１０の裏面に設けられた光吸収体１４を赤外線
照射できるようにされている。また、原料ガス３４は、
反応管内で、矢印の向きに流され、基板１０の表面に供
給される。薄膜成長に際しては、基板１０は、サセプタ
３２を介して、赤外線ランプ３３により、輻射加熱され
る。赤外線ランプ３３からの赤外線輻射は、基板１０の
裏面の光吸収体１４で吸収され、熱に変換される。光吸
収体１４で発生した熱は、サファイアウェーハ１１に伝
導して、基板１０全体が加熱される。

【００２８】図１０に示したような従来の基板１５０、
１５３は、赤外線に対してほぼ透明であるために、赤外
線ランプにより輻射加熱することが困難で、昇温効果は
ほとんどなかった。しかし、本発明による基板では、ラ
ンプ加熱のみで基板加熱を行う、いわゆるコールドウオ
ールタイプでも昇温することができる。このようなコー
ルドウオールタイプでは、基板のみが効果的に昇温さ
れ、反応管やサセプタ等の部品は比較的、低温に維持す
ることができる。従って、反応管やサセプタ等の表面上
で、原料ガスが熱分解することにより付着する、ウオー
ルデポと呼ばれる反応生成物が発生しない。その結果と
して、気相成長装置内が清浄に保たれ、成長条件が安定
する。また、反応管３１の外側から、放射温度計等を用
いて基板温度を光学的にモニターすることが可能とな
り、成長温度の精密制御ができるという利点も生ずる。
なお、図３に示した例では、赤外線ランプ３３は、サセ
プタ３２の下方に配置されているが、本発明を実施する
にあたっては、赤外線ランプ３３を、基板１０の上方に
配置し、反応管３１とサファイアウェーハ１１を介し
て、光吸収体１４に赤外線が照射されるようにしても良
い。

【００２９】次に、誘導加熱法を用いた例について、説
明する。図４は、誘導加熱法を用いた、本発明による気
相成長用基板の加熱処理法の説明図である。本発明によ
る気相成長装置４０は、石英製反応管４１とサセプタ４
２を備える。基板１５は、導電体１８を下方に向けて、
サセプタ４２上に載置される。サセプタ４２の下方に
は、高周波コイル４３が配置され、サセプタ４２を介し
て、基板１５の裏面に設けられた導電体１８を誘導加熱
できるようにされている。また、原料ガス４４は、反応
管内で、矢印の向きに流され、基板１５の表面に供給さ
れる。

【００３０】薄膜成長に際しては、基板１５は、サセプ
タ４２を介して、高周波コイル４３により、誘導加熱さ
れる。高周波コイル４３からの高周波は、電磁誘導作用
により、基板１５の裏面の導電体１８中に渦電流を発生
させる。この渦電流により発生するジュール熱は、サフ
ァイアウェーハ１１に伝導して、基板１５全体が加熱さ
れる。本方法によれば、前述した赤外線ランプ加熱法の
例と同様に、コールドウオールタイプの加熱が可能であ
る。従って、従来の基板では不可能であった、基板のみ
の加熱が可能であり、エピタキシャル成長が基板上で生
じ、ウオールデポを抑制することが可能で、かつ、基板
温度の正確な光学的モニターができる。すなわち、極め
て再現性のよいエピタキシャル成長が行うことが可能と
なる。

【００３１】一方、本発明による気相成長用基板を、従
来の抵抗加熱法に適用することもできる。図５は、本発
明による気相成長用基板を用いて、抵抗加熱する方法を
示す説明図である。本発明による気相成長用基板１０
は、その裏面に形成された光吸収体１４を下方にして、
石英又は炭素製のサセプタ５２上に載置される。サセプ
タ下方には、炭素製の抵抗加熱ヒータ５３が設けられて
いる。抵抗加熱ヒータ５３を加熱することにより、サセ
プタ５２が加熱される。基板１０は、サセプタ５２から
の熱伝導のみならず、サセプタ５２からの熱輻射を吸収
体１４が吸収することによっても、加熱される。図１１
に示したような従来の基板による方法では、所定の基板
温度を得るために、ヒータ１６３の温度を１３００℃近
くまで上げる必要があった。しかし、本発明による気相
成長用基板を用いた場合は、ヒータ５３の温度が１２０
０℃程度で、同等の基板温度が得られた。すなわち、本
発明による気相成長用基板を従来の抵抗加熱法に用いた
場合においても、サセプタ等からの熱輻射を吸収するこ
とができるために、加熱効率を向上することができる。

【００３２】以上説明したように、本発明によれば、効
率良く、基板を加熱することができ、装置設計上も自由
度の大きい加熱処理が可能となる。また、本発明による
気相成長用基板を用いてＧａＮ系材料あるいはＳｉなど
をサファイアウェーハ上に成長させれば、極めて、効率
良く、均一なエピタキシャル成長層を得ることができ
る。従って、今まで実用化の遅れていたこれらの材料を
用いたデバイスの実用化、工業化を推進することができ
る。

【００３３】次に本発明基板を用いたデバイスの作成例
について説明する。図６は本発明による気相成長用基板
を用いて作成した、発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面構
造を示した説明図である。また、図７は、このＬＥＤの
結晶成長に使用した気相成長装置の概略図である。

【００３４】ここでは、気相成長用基板として、直径５
０ｍｍで膜厚１５０μｍのサファイアウェーハ６１の裏
面に、光吸収体６２としてＭｏをスパッタリング法によ
り０．５μｍの厚さに堆積させたものを用いた。図７に
示すように、基板６０は石英またはカーボン製のサセプ
タ７１に保持され、反応管７２内に運ばれる。また、反
応管７２の上方には、基板６０の温度を光学的に測定す
るための放射温度計７５が配置されている。反応管自身
は図示しないロードロツク機構により外界と完全に遮断
されている。基板６０を反応管内に導入して、アルゴン
や窒素等の不活性ガスにて置換した後、水素ガスに切り
替え、基板を昇温した。

【００３５】基板の加熱は、抵抗加熱型のヒーター７３
でサセプター７１を介して行った。他の実施例として
は、誘導加熱法を採用したもの、ランプ加熱法を採用し
たもの、さらに、これらを組みあわせた加熱方法を採用
したが、いずれの場合も、本発明による気相成長用基板
では、加熱に要する電力が従来より少なくて済んだ。一
例を挙げると、抵抗加熱法で、１１００℃の基板温度を
得るためには、従来基板では５ＫＷほどの電力を要した
のに対し、本発明による基板の場合は３ＫＷ（６０％程
度）の電力で充分であった。

【００３６】また、従来の基板では、ヒーター７３また
はサセプタ７１からの輻射光が放射温度計７５に入るた
め基板温度を正確に測定する事ができなかった。しか
し、本発明による基板では、ヒーター７３やサセプタ７
１からの輻射光は、光吸収体６２により遮られる。そこ
で、放射温度計７５により、基板１０の表面温度を正確
に測定し、ＰＩＤ制御法により基板温度を精密に制御す
ることができた。

【００３７】次に、基板６０上の不純物を除去する為
に、１０００℃以上の高温で水素雰囲気中で、ガスエッ
チングを行った。その後１０分間程度の間、ＧａＮもし
くはＡｌＧａＮをバッファとして成長させた。バッファ
層を成長させた後、再度、基板を１１００℃程度まで昇
温し、デバイス層構造を順次エピタキシャル成長させ
た。デバイス層構造は図６に示したように、Ｎ−ＧａＮ
バッファ層（Ｓｉドープ、層厚４μｍ）６３、Ｎ一Ａｌ
ＧａＮ障壁層（Ｓｉドープ、層厚０．５μｍ）６４、Ｉ
ｎＧａＮ活性層（ＳｉＺｎドープ、層厚０．２μｍ）６
５、Ｐ−ＡｌＧａＮ障壁層（Ｍｇドープ、層厚０．５μ
ｍ）６６、Ｐ一ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ、層厚
０．１μｍ）６７を順次積層した構造である。

【００３８】エピタキシャル成長に際して、各原料ガス
の流量は、以下の条件に設定した。すなわち、キャリア
ガスとして、水素と窒素を、各々毎分１０リットル流し
た。原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）は５
〜２００ｃｃｍ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）は
５〜５０ｃｃｍ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）は１
００〜５００ｃｃｍ、ＳｉＨ_４（濃度１００ｐｐｍ）は
１０ｃｃｍ、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）は１〜５０ｃｃ
ｍ、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）
１００〜５００ｃｃｍの範囲で、成長条件に適合した流
量を選んだ。各々のガスの最適流量は、成長温度に依存
するために、実験的に求める必要があった。

【００３９】エピタキシャル成長に続いて、電極形成を
行った。エピタキシャル成長させた基板に複数のＰＥＰ
工程を行い、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）によ
るＮ一ＧａＮ面の出し、Ｐ一ＧａＮ面へのコンタクト電
極の形成、Ｎ一ＧａＮ面へのコンタクト電極の形成を順
次行いデバイスを作成した。Ｐ一電極にはＡｕＮｉ合金
６９を、Ｎ電極にはＡｕＴｉ合金７０を、それぞれ用い
た。Ｐ電極のコンタクト部で、活性層からの発光を遮ら
ずに、ＧａＰ層に電流広がりをよくするように、Ｐ−Ｇ
ａＮ層とＡｕＮｉ電極の面にＩＴＯの薄膜６８を形成し
た。

【００４０】一連の工程を経た基板をその後、ダイシン
グし、一辺の長さが約３００μｍの正方形状のチップと
した。得られたチップは、ステムにマウントし、ワイア
ボンディングし、さらに、樹脂モールドして所望のＬＥ
Ｄ装置を得た。得られたＬＥＤ装置の、発光特性を測定
した結果、本発明による基板では、光吸収体となってい
るＭｏ膜６２が、ＩｎＧａＮ活性層６５からの発光を上
方に反射させるため、従来の基板に比べて、輝度がほぼ
２倍となり、高輝度化に有利な事も判明した。なお、本
実施例では、基板６０の光吸収体として、Ｍｏ膜６２を
採用した。しかし、本発明は、これに限定されるもので
はない。他の実施例としては、例えば、サファイアウェ
ーハ６１の裏面に、光吸収体として、Ｍｏ膜と黒色炭素
薄膜をこの順序に積層したものを用いても良い。このよ
うな積層構造の光吸収体を用いることにより新たな効果
が得られる。すなわち、Ｍｏ膜によって、上述したよう
にＩｎＧａＮ活性層６５からの発光を上方に反射してＬ
ＥＤの輝度を向上させることができる。さらに、Ｍｏ膜
の上に黒色炭素膜を形成することにより、Ｍｏ膜を保護
し、気相成長中にＭｏ膜が各種のガスに曝されて腐食気
化したり、オートドーピングによって成長層に取り込ま
れることを防ぐことができる。

【００４１】次に、本発明による気相成長用基板および
熱処理方法の効果を、最も重要なエピタキシャル成長層
の安定性について、従来基板と比較して説明する。図８
は、図６に示したデバイス層構造のうちのＩｎＧａＮ層
活性層６５のＩｎ組成のウェーハ面内分布を表すもので
ある。同図で、白丸は、本発明による気相成長用基板を
用いた場合の分布を表し、また、黒丸は、従来の基板を
用いた場合の分布を表す。従来の基板では、ウェーハ周
辺でＩｎ組成が５％程度と低く、ウェーハ中央では２０
％程度と高く、ウェーハ内で約４倍もＩｎ組成が変動し
ている。しかし、本発明による基板では、Ｉｎ組成は、
ウェーハ周辺部では約８％で、ウェーハ中央では約９％
と、従来の基板と比較して、極めて安定していることが
判明した。

【００４２】次に、図９は、図６に示したデバイス層構
造のうちのＩｎＧａＮ層活性層６５のＩｎ組成の成長毎
の変動を従来例と比較して図示したものである。同図
で、白丸は、本発明による気相成長用基板を用いた場合
の分布を表し、また、黒丸は、従来の基板を用いた場合
の分布を表す。成長毎のＩｎ組成変動についても、従来
の基板では３〜３０％と著しく変動しているのに対し
て、本発明による基板では８〜１０％と非常に安定して
いることが判明した。

【００４３】図８や図９に示したようなＩｎ組成の変動
は、基板温度が変動することと密接な関係にある。すな
わち、従来の基板について、Ｉｎ組成が変動する原因
は、主に基板温度が制御されていないことに起因してい
ると考えられる。つまり、従来の基板では、基板面内の
温度分布が均一でないために、図８に示したように、ウ
ェーハ面内でＩｎ組成が大きく変動する。しかし、本発
明による基板では、熱輻射により、基板を均一に加熱す
ることができるために、Ｉｎ組成も面内で均一になる。
また、従来の基板では、成長毎に、基板とサセプタの熱
接触の状態が異なる。従って、成長毎に基板温度が変動
するために、図９に示したように、成長毎にＩｎ組成が
変動する。しかし、本発明による基板では、熱輻射によ
り基板を加熱できるために、熱接触の状態にかかわら
ず、安定した基板加熱をすることができる。さらに、本
発明による基板では、光吸収体によってヒータ等からの
放射光が遮断され、放射温度計を用いて基板温度が正確
に計測して制御できる様になったために、成長毎の基板
温度の変動が抑制され、Ｉｎ組成が安定したものと考え
られる。

【００４４】Ｉｎ組成は、発光波長を決定する重要なパ
ラメータであり、ＬＥＤの歩留まりを支配する主要因子
となっている。従って、本発明による基板では、従来の
基板と比較して、Ｉｎ組成がはるかに安定し、ＬＥＤの
歩留まりが顕著に改善された。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。

【００４６】まず、本発明によれば、基板温度の面内分
布や、成長毎の基板温度を均一にすることができる。そ
の結果として、成長層の膜厚、組成、キャリア濃度、結
晶欠陥密度等の特性が、基板面内、および、成長バッチ
毎に、ばらつかず、均一化する。

【００４７】また、本発明によれば、基板のみを効果的
に加熱することが可能となり、不要なウオールデポを抑
制することができる。従って、ウオールデポに起因す
る、成長雰囲気の変化、ダストの発生、エピタキシャル
層への不純物のオートドーピング等を抑制することがで
きる。

【００４８】さらに、本発明によれば、放射温度計によ
り、基板温度を高精度に測定できるので、基板温度を精
密に制御することが可能となる。

【００４９】従って、本発明による基板では、従来の基
板と比較して、エッチング成長の再現性が顕著に向上
し、ＬＥＤ等のデバイスを高い歩留まりで生産できるよ
うになる。

【００５０】さらに、本発明による気相成長用基板を用
いれば、効率よく基板を加熱できるため、装置への負担
および動力費の低減が可能で、ランニングコストと保守
管理コストを低減することができる。

【００５１】また、本発明によれば、従来の基板では使
用が全く不可能であった、誘導加熱法やランプ加熱法を
採用することができ、装置設計上の自由度を増すことが
できる。

【００５２】本発明により、サファイアウェーハ上に、
ＧａＮ系ＬＥＤ構造を作成した場合には、活性層のＩｎ
組成が、ウェーハ面内、成長バッチ毎に、顕著に均一化
し、歩留まりが飛躍的に向上する。また、サファイアウ
ェーハ裏面に形成したモリブデン薄膜が、ＬＥＤの活性
層からの発光を反射するために、ＬＥＤの輝度を向上す
ることもできた。このように、高輝度のＬＥＤを高歩留
まりで生産できるようになり、産業上のメリットは多大
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気相成長用基板の一部断面図であ
る。

【図２】本発明による気相成長用基板の形成方法の説明
図である。

【図３】本発明による気相成長用基板の加熱処理方法の
説明図である。

【図４】本発明による気相成長用基板の加熱処理方法の
説明図である。

【図５】本発明による気相成長用基板の抵抗加熱法によ
る加熱処理方法の説明図である。

【図６】本発明による気相成長用基板を用いた発光ダイ
オードの断面図である。

【図７】図６に示した発光ダイオードの作成に用いた気
相成長装置の説明図である。

【図８】Ｉｎ組成の基板面内分布を従来例と比較して図
示したものである。

【図９】Ｉｎ組成のロット毎変動を従来例と比較して図
示したものである。

【図１０】従来の基板の一部断面図である。

【図１１】従来の基板を用いた気相成長装置の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０、１５ 気相成長用基板 １１ サファイアウェーハ １４ 光吸収体 １８ 導電体 ２１ レジスト ２３ 紫外線光源 ２４ 紫外線 ２５ 黒色炭素薄膜 ３０、４０、５０、１６０ 気相成長装置 ３１、４１、５１、７２、１６１ 反応管 ３２、４２、５２、７１、１６２ サセプタ ３３ 赤外線ランプ ４３ 高周波コイル ５３、７３、１６３ 抵抗加熱型ヒータ １５０、１５３ サファイア基板 １５１、１５２、１５４ 鏡面研磨面 １５５ エッケド面

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】輻射に対し実質的に透明なウェーハと、前
   記ウェーハの一主面に密着形成され、輻射に対して実質
   的な吸収体となっている薄膜とから構成され、輻射によ
   って前記薄膜に発生した熱が前記ウェーハに伝導するこ
   とにより、前記ウェーハが加熱されるようにした、気相
   成長用基板。
2. 【請求項２】前記ウェーハは、２００ｎｍから１０μｍ
   の波長域の輻射に対して５０％以上の透過率を有するこ
   とを特徴とする、請求項１記載の気相成長用基板。
3. 【請求項３】前記薄膜は、２００ｎｍから５μｍの波長
   域の輻射に対して２０％以下の透過率を有することを特
   徴とする、請求項１または２に記載の気相成長用基板。
4. 【請求項４】電気的に絶縁性を有するウェーハと、前記
   ウェーハの一主面に密着形成され、電気的に導電性を有
   する薄膜とから構成され、前記薄膜に誘導加熱により発
   生した熱が前記ウェーハに伝導することにより、前記ウ
   ェーハが加熱されるようにした、気相成長用基板。
5. 【請求項５】前記薄膜は、材質の異なる複数の層から形
   成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
   か一つに記載の気相成長用基板。
6. 【請求項６】前記薄膜はモリブデン、タングステンまた
   はハフニウムのうちの少なくとも一つを含むものであ
   る、請求項１〜５のいずれか一つに記載の気相成長用基
   板。
7. 【請求項７】前記薄膜は黒色炭素を含むものである、請
   求項１〜５のいずれか一つに記載の気相成長用基板。
8. 【請求項８】前記薄膜の膜厚は１０ｎｍ以上１０μｍ以
   下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一
   つに記載の気相成長用基板。
9. 【請求項９】前記ウェーハはサファイア、リチウムタン
   タレートまたは炭化シリコンからなることを特徴とす
   る、請求項１〜８のいずれか一つに記載の気相成長用基
   板。
10. 【請求項１０】サファイアウェーハの一主面上に、膜厚
    が１０ｎｍ以上１０μｍ以下の高融点金属の薄膜を堆積
    形成し、非酸化性雰囲気中で４００〜８００℃の温度
    で、熱処理する、気相成長用基板の形成方法。
11. 【請求項１１】炭素を含む六員環または五員環からなる
    有機溶媒中にウェーハを浸漬し、前記有機溶媒に紫外線
    を照射し、前記ウェーハの一主面上に膜厚が１０ｎｍ以
    上１０μｍ以下の黒色炭素薄膜を堆積させる、気相成長
    用基板の形成方法。
12. 【請求項１２】透光性ウェーハと、前記ウェーハの一主
    面に任意の波長域の光に対して吸収体となる前記基板と
    異なる材質の薄膜が密着形成された気相成長用基板に、
    赤外光を照射し、前記薄膜に赤外線を吸収させることに
    よって前記気相成長用基板を加熱することを特徴とする
    気相成長基板の加熱方法。
13. 【請求項１３】電気的に絶縁性を有するウェーハと、前
    記ウェーハの一主面に密着形成された導電性を有する薄
    膜とから構成された気相成長用基板に交流電界を印加
    し、前記薄膜中に渦電流を発生させることによって前記
    気相成長用基板を加熱することを特徴とする、気相成長
    用基板の加熱方法。