(57)【要約】【課題】基板のオリフラ部と基板保持凹部の内周面との間に生じる隙間に反応生成物が堆積することを防止し、基板面内の温度分布を最小限に抑えることができ、発光波長分布のばらつきを改善することができる気相成長装置を提供する。【解決手段】ＧａＮ系半導体発光デバイスを成膜する気相成長装置において、基板保持凹部１４ａに基板１６を保持したときに、基板１６のオリフラ部１６ａと基板保持凹部１４ａ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、基板の厚さと同一の厚さを有する嵌合部材２８を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの表面に設けられた円形の基板保持凹部と、前記チャンバーのサセプタ表面側に原料ガスを導入する原料ガス導入部と、前記チャンバーの反原料ガス導入部側に設けられた排気部と、前記基板保持凹部に保持された基板を加熱する加熱手段とを備え、前記サセプタの回転に伴って前記基板を回転させるとともに、前記原料ガス導入部から原料ガスを導入して前記加熱手段により加熱された基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記基板保持凹部に前記基板を保持したときに該基板のオリフラ部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、前記基板の厚さと同一の厚さを有する嵌合部材を配置したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に等間隔で回転可能に設けられた複数の基板保持部材と、該基板保持部材の表面に設けられた円形の基板保持凹部と、前記チャンバーの中央部からサセプタ表面側に原料ガスを放射状に導入する原料ガス導入部と、前記チャンバーの外周部に設けられた排気部と、前記基板保持凹部に保持された基板を加熱する加熱手段とを備え、前記サセプタの回転に伴って前記基板保持部材を自公転させるとともに、前記原料ガス導入部からサセプタ表面側に原料ガスを導入して前記加熱手段により加熱された基板面に薄膜を気相成長させる自公転型の気相成長装置において、前記基板保持凹部に前記基板を保持したときに該基板のオリフラ部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、前記基板の厚さと同一の厚さを有する嵌合部材を配置したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
前記基板がサファイア基板であり、前記原料ガスが少なくともガリウムを含む有機金属化合物及びアンモニアであり、前記薄膜がＧａＮ系半導体発光デバイスであることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記嵌合部材が前記基板と同じ材質であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【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や紫外レーザーダイオードの材料となる窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体発光デバイス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。
【背景技術】
【０００２】
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薄膜を気相成長させて半導体発光デバイスを製造する化学気相成長装置においては、発光波長の基板面内分布を小さくすることが非常に重要な性能である。窒化ガリウム系発光デバイスにおける基板面内の波長分布には様々な要因が考えられるが、基板面内の温度分布に強く依存している。
【０００３】
一方、サファイア基板には、通常、オリエンテーションフラット（オリフラ）と呼ばれるフラットな部分（切り落とし部）があり、円形の基板保持凹部に基板を保持した場合、基板のオリフラ部と基板保持凹部の内周面との間に生じる隙間に反応生成物が堆積することが避けられない。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では、成膜中に基板が不規則に回転すると膜質に悪影響を与えるため、オリフラと呼ばれるフラットな部分に当接する基板回転防止用突起を設けて基板の回転を防止することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３２４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、基板回転防止用突起を設けて基板の回転を防止するようにしても、基板回転防止用突起及びオリフラ部の寸法精度や熱膨張係数の差などによって基板の回転を完全に防止することは困難であり、基板が僅かに回転して前記隙間に堆積した反応生成物に基板が乗り上げた状態になると、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表面温度が他の領域に比べて低くなり、ＧａＮ系半導体発光デバイスでは他の領域に比べて発光波長が長くなってしまうことがある。
【０００６】
そこで本発明は、基板のオリフラ部と基板保持凹部の内周面との間に生じる隙間に反応生成物が堆積することを防止し、基板面内の温度分布を最小限に抑えることができ、発光波長分布のばらつきを改善することができる気相成長装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの表面に設けられた円形の基板保持凹部と、前記チャンバーのサセプタ表面側に原料ガスを導入する原料ガス導入部と、前記チャンバーの反原料ガス導入部側に設けられた排気部と、前記基板保持凹部に保持された基板を加熱する加熱手段とを備え、前記サセプタの回転に伴って前記基板を回転させるとともに、前記原料ガス導入部から原料ガスを導入して前記加熱手段により加熱された基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記基板保持凹部に前記基板を保持したときに該基板のオリフラ部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、前記基板の厚さと同一の厚さを有する嵌合部材を配置したことを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の気相成長装置は、チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に等間隔で回転可能に設けられた複数の基板保持部材と、該基板保持部材の表面に設けられた円形の基板保持凹部と、前記チャンバーの中央部からサセプタ表面側に原料ガスを放射状に導入する原料ガス導入部と、前記チャンバーの外周部に設けられた排気部と、前記基板保持凹部に保持された基板を加熱する加熱手段とを備え、前記サセプタの回転に伴って前記基板保持部材を自公転させるとともに、前記原料ガス導入部からサセプタ表面側に原料ガスを導入して前記加熱手段により加熱された基板面に薄膜を気相成長させる自公転型の気相成長装置において、前記基板保持凹部に前記基板を保持したときに該基板のオリフラ部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、前記基板の厚さと同一の厚さを有する嵌合部材を配置したことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の気相成長装置は、前記基板がサファイア基板であり、前記原料ガスが少なくともガリウムを含む有機金属化合物及びアンモニアであり、前記薄膜がＧａＮ系半導体発光デバイスであることを特徴とし、さらに、前記嵌合部材が前記基板と同じ材質であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の気相成長装置によれば、基板のオリフラ部と基板保持凹部の内周面との間に生じる隙間に反応生成物が堆積することを防止できるので、堆積した反応生成物に基板が乗り上げることがなくなり、基板面内の温度分布を最小限に抑えることができ、発光波長分布のばらつきを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の気相成長装置の一形態例を示す断面図である。
【図２】図１のII−II矢視図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本形態例に示す気相成長装置１１は、ステンレスで形成された偏平円筒状のチャンバー１２内に円盤状のサセプタ１３を回転可能に設けるとともに、該サセプタ１３の外周部に複数の基板保持部材１４を回転歯車部材１５を介して回転可能に設けた自公転型気相成長装置であって、本形態例では１０枚の基板１６を同時に処理することができるように形成されている。
【００１３】
サセプタ１３は、チャンバー１２の底面部分を貫通した回転軸１７により支持されている。チャンバー１２の下部にはヒーター１８や温度計１９がそれぞれ設けられ、ヒーター１８の周囲にはリフレクター２０が設けられている。また、チャンバー１２のサセプタ表面側中央部には原料ガス導入部２１が設けられ、外周部には排気部２２が設けられるとともに、回転軸１７の周囲には不活性ガス導入部２３が設けられ、リフレクター２０の外周には前記排気部２２に連通する不活性ガス導出部２４が設けられている。
【００１４】
サセプタ１３の外周部には、前記回転歯車部材１５を収納する平面視円形の収容部１３ａが周方向に等間隔で設けられている。収容部１３ａのサセプタ１３外周側には開口部１３ｂが設けられ、回転歯車部材１５の外歯車１５ａがサセプタ１３外周に突出するように形成されている。
【００１５】
基板保持部材１４は、上面に基板１６を保持する基板保持凹部１４ａを設けた大径部１４ｂと、該大径部１４ｂの下面から突出した小径部１４ｃと、大径部１４ｂと小径部１４ｃとの間の水平方向の下向き段部１４ｄとを有する円柱状に形成されている。
【００１６】
回転歯車部材１５は、内周上部の前記基板保持部材１４の大径部１４ｂを収納する大径収納部１５ｂと、内周下部の前記基板保持部材１４の小径部１４ｃを収納する小径収納部１５ｃと、大径収納部１５ｂと小径収納部１５ｃとの間で前記基板保持部材１４の下向き段部１４ｄを載置する載置段部１５ｄとを有する円筒状に形成され、上部外周には前記外歯車１５ａが形成されている。この回転歯車部材１５は、前記収容部１３ａ内に、カーボンやセラミックで形成された多数のボール２５を介して回転可能に収容されている。
【００１７】
基板保持部材１４は、下向き段部１４ｄと載置段部１５ｄとの間に、スペーサリング２６を介装させた状態で回転歯車部材１５の内部に収納されて保持され、回転歯車部材１５と一体的に回転する。スペーサリング２６は、回転歯車部材１５に保持した基板保持部材１４の高さ調整を行うものであって、厚さ寸法の異なるものが複数用意されている。このスペーサリング２６は、サファイアやカーボンなどの各種材料で形成することができるが、窒化ケイ素と窒化ホウ素の複合材料で形成することにより、加工性の向上と強度の向上を図ることができる。
【００１８】
また、サセプタ１３の外周位置には、前記開口部１３ｂから突出する回転歯車部材１５の外歯車１５ａに歯合する内歯車２７ａを備えたリング状の固定歯車部材２７が設けられている。
【００１９】
基板保持部材１４の上面に設けられている基板保持凹部１４ａは、保持する基板１６の直径に対応した直径、通常は基板１６の直径よりも僅かに、例えば数ｍｍ大きな直径を有し、基板１６の厚さと略同じ深さを有するもので、この基板保持凹部１４ａ内にオリフラ部１６ａを有する基板１６を収容するときには、該基板１６のオリフラ部１６ａと基板保持凹部１４ａの内周面との間に生じる隙間に嵌合部材２８を配置する。
【００２０】
この嵌合部材２８は、前記隙間内に嵌合可能な形状を有するとともに、前記基板１６の厚さと略同一の厚さを有するものであって、前記隙間に嵌合部材２８を配置して嵌合させることにより、基板保持凹部１４ａの底面における隙間の部分が原料ガス流通側に露出することを防止し、隙間の部分の底面に反応生成物が堆積することを防止する。嵌合部材２８は、基板１６と同じ材質のサファイア製とすることが、熱膨張係数、比熱などの性質を同じにできる点で最適であるが、ＳｉＣや石英などで嵌合部材２８を製作することも可能である。
【００２１】
これにより、基板保持凹部１４ａの底面に堆積した反応生成物に基板１６が乗り上げることがなくなり、底面の反応生成物に乗り上げた部分の基板表面温度が他の領域に比べて低くなることを回避でき、基板面内の温度分布を最小限に抑えることができることから、成膜した半導体発光デバイスにおける発光波長分布のばらつきを改善することができる。例えば、面内波長分布が中心対称で、しかも波長分布が概ね１％（標準偏差：σ）以内のＬＥＤ構造を得ることが可能となる。
【００２２】
特に、基板１６としてサファイア基板を使用し、前記原料ガスとしてガリウムを含む有機金属化合物、例えばトリメチルガリウムとアンモニアとを使用し、本形態例に示すような自公転型の気相成長装置を使用してサファイア基板面にＧａＮ系半導体発光デバイスを成膜する際には、基板面内における１℃の温度分布が発光デバイスの発光波長に換算すると約２ｎｍの分布となるので、前述の嵌合部材２８を用いて底面に反応生成物が堆積することを防止し、基板面内の温度分布を最小限に抑えることにより、高品質の発光デバイスを安定して得ることが可能となる。
【００２３】
なお、本形態例では、自公転型の気相成長装置を例示して説明したが、チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの表面に設けられた円形の基板保持凹部と、前記チャンバーのサセプタ表面側に原料ガスを導入する原料ガス導入部と、前記チャンバーの反原料ガス導入部側に設けられた排気部と、前記基板保持凹部に保持された基板を加熱する加熱手段とを備え、前記サセプタの回転に伴って前記基板を回転させるとともに、前記原料ガス導入部から原料ガスを導入して前記加熱手段により加熱された基板面に薄膜を気相成長させる横型の気相成長装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１１…気相成長装置、１２…チャンバー、１３…サセプタ、１３ａ…収容部、１３ｂ…開口部、１４…基板保持部材、１４ａ…基板保持凹部、１４ｂ…大径部、１４ｃ…小径部、１４ｄ…下向き段部、１５…回転歯車部材、１５ａ…外歯車、１５ｂ…大径収納部、１５ｃ…小径収納部、１５ｄ…載置段部、１６…基板、１７…回転軸、１８…ヒーター、１９…温度計、２０…リフレクター、２１…原料ガス導入部、２２…排気部、２３…不活性ガス導入部、２４…不活性ガス導出部、２５…ボール、２６…スペーサリング、２７…固定歯車部材、２７ａ…内歯車、２８…嵌合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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