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技術 気相成長装置

出願人 大陽日酸株式会社
発明者 徳永裕樹田渕俊也池永和正
出願日 2012年11月28日 (8年0ヶ月経過) 出願番号 2012-260140
公開日 2014年6月9日 (6年6ヶ月経過) 公開番号 2014-107449
状態 特許登録済
技術分野 CVD ウエハ等の容器,移送,固着,位置決め等 気相成長(金属層を除く) ウエハ等の容器、移送、固着、位置決め等
主要キーワード リング状固定部材 歯車付き ガス排気経路 内壁付近 外径サイズ 紫外レーザー マッピングシステム フォトルミネッセンス法
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

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。

解決手段

基板載置面21a−1の外側に位置する基板載置部材21の上面21aに配置され、かつ基板23の外周を囲むリング状の第1の部材27−1、及び基板載置面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21a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27、及び基板位置規制部材本体27の一部を切断する切断部を含む基板位置規制部材26を有する。

概要

背景

有機金属及びアンモニア原料ガス水素又は窒素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。

概要

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を提供することを目的とする。基板載置面21a−1の外側に位置する基板載置部材21の上面21aに配置され、かつ基板23の外周を囲むリング状の第1の部材27−1、及び基板載置面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21a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27、及び基板位置規制部材本体27の一部を切断する切断部を含む基板位置規制部材26を有する。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項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

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

有機金属及びアンモニア原料ガス水素又は窒素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面内分布を小さくすることが非常に重要である。

0003

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。

0004

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温度ばらつきが考えられる。

0005

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堆積してしまう。

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

先行技術

0012

特開2005−232488号公報
特開2011−192731号公報

発明が解決しようとする課題

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

課題を解決するための手段

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

発明の効果

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

図面の簡単な説明

0031

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。

実施例

0032

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。

0033

(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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

第1の部分27−1は、一定の幅W1とされている。第1の部分27−1の幅W1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W1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。

0062

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。

0063

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。

0064

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W1よりもかなり幅広形状とされている。

0065

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。

0066

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。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

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、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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

切断部28の幅W2は、基板23の口径の大きさや第1の部分27−1の幅W1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W1が1.75mmの場合、切断部28の幅W2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。

0077

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。

0078

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。

0079

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。

0080

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。

0081

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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

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。

0088

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。

0089

(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。

0090

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。

0091

リング状部材52は、一定の幅W1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W1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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

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、ACCNT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。

0096

(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。

0097

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W1は、1.75mmとし、第1の部分27−1に設けた切断部28の幅W2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。

0098

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。

0099

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。

0100

(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。

0101

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。

0102

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。

0103

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。

0104

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、W1,W2…幅

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