(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、該基板の反り量を制御しつつ結晶成長させる結晶成長装置であって、
前記基板上で第一層の結晶成長が行われているときの前記基板の反り量を測定する測定部と、
予め設定された第一層の反り量を設定反り量としてその入力を受け付ける入力部と、
前記測定部で測定された前記基板の反り量と、前記入力部から入力された前記設定反り量とを比較し、前者が後者に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせる制御部と、
を備え、
前記設定反り量は、第一層の結晶成長終了時の反り量と、第二層の結晶成長に適した前記基板の反り量との差であることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】
基板上に、該基板の反り量を制御しつつ結晶成長させる結晶成長装置であって、
前記基板上で第一層の結晶成長が行われているときの前記基板の反り量を測定する測定部と、
予めテスト基板に第一層を結晶成長した後の前記テスト基板の反り量を第一反り量、雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させた後の前記テスト基板の反り量を第二反り量として、それら各反り量のデータを格納するデータ格納部と、
製品基板において第二層の結晶成長に適した前記製品基板の反り量を第二設定反り量として、その入力を受け付ける入力部と、
前記データ格納部に格納された前記第一反り量と、前記データ格納部に格納された前記第二反り量との差及び前記入力部から入力された第二設定反り量から第一設定反り量を算出し、第一層の結晶成長に伴う製品基板の反り量と、前記第一設定反り量とを比較し、前者が後者に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせる制御部と、
を備えたことを特徴とする結晶成長装置。
【請求項３】
基板上に、該基板の反り量を制御しつつ結晶成長させる結晶成長方法であって、
予めテスト基板に第一層を結晶成長した後の前記テスト基板の反り量を第一反り量、雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させた後の前記テスト基板の反り量を第二反り量として、それら各反り量を測定しておいてから、
前記第一反り量と前記第二反り量との差と、第二層の結晶成長に最適な前記基板の反り量とに基づいて、実際に製造する製品基板において第一層の結晶成長を停止させる時の設定反り量を算出し、
第一層の結晶成長に伴い前記製品基板の反り量が前記設定反り量に達したときに、前記第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせ、雰囲気温度を第二層の結晶成長温度に遷移させて第二層の結晶成長を開始させることを特徴とする結晶成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長装置及び結晶成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表される窒化物半導体は、バンドギャップが広く、青色系の発光が可
能であることから、ＬＥＤ（発光ダイオード）に広く用いられている。
【０００３】
一般的な窒化物半導体発光素子は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法を用いた結晶成長によって作製され、サファイア基板上に、バッファ層とするＧａＮバッファ層、ｎ型コンタクト層とするｎ−ＧａＮ層、活性層とするＩｎＧａＮ層、ｐ型クラッド層とするｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ型コンタクト層とするｐ−ＧａＮ層が連続的に積層されたダブルヘテロ構造を有している。このうち活性層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層のみの単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造もしくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｙ＜ｘ）からなる障壁層との多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）のＩｎを含む構成となっており、主にはＩｎの組成比で発光波長が決まる。
【０００４】
サファイア基板上に複数の層を結晶成長させる方法として、ヒータからの熱をサファイア基板に伝える載置プレートの上にサファイア基板を載置して、サファイア基板の一方の主表面上を、形成させたい層を構成する原料ガスに曝露させて結晶成長を行い、この工程を各層において繰り返して結晶成長させる方法が一般的に知られている。
【０００５】
複数の層をサファイア基板に結晶成長させると、各層毎に熱膨張係数や格子定数が異なるため、各層同士の熱膨張係数差や格子定数差に起因してサファイア基板に反りが発生する。サファイア基板に反りが生じると、サファイア基板を保持する載置プレートとサファイア基板とが接触しない箇所が生じてしまうため、サファイア基板の面内で温度分布が生じてしまう。
【０００６】
この状態で、窒化物半導体発光素子の活性層となるＩｎＧａＮ層を結晶成長させると、Ｉｎ組成比は、結晶成長の温度に敏感であるため、ＩｎＧａＮ層の結晶成長時にサファイア基板の面内に温度分布によってＩｎＧａＮ層の結晶成長が不均一となる。この結果、窒化物半導体素子の発光波長の面内分布が大きくなる。つまり、窒化物半導体発光素子の特性が悪くなる。
【０００７】
そこで、サファイア基板の各層を結晶成長させるときは、サファイア基板の結晶時の温度遷移によるサファイア基板の反りを制御する必要があり、特に活性層であるＩｎＧａＮ層の結晶成長を行う直前のサファイア基板の反りを一定にする必要がある。
【０００８】
ここで、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長時のサファイア基板の反り量とＩｎＧａＮ層の結晶成長時の反り量とを図５を参照しながら説明する。
【０００９】
図５は、サファイア基板に、ＧａＮバッファ層、ｎ−ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層の順番で結晶成長を行い、各工程毎のサファイア基板の反り量の変化を示したグラフである。ここでは、ｎ−ＧａＮ層からＩｎＧａＮ層の結晶成長までの工程についての反り量の変化を説明する。
【００１０】
ｎ−ＧａＮ層の結晶成長中の反り量の変化を、図５中の（ａ）の範囲で示し、ＩｎＧａＮ層の結晶成長中の反り量の変化を図５中の（ｃ）の範囲で示している。
【００１１】
ＧａＮバッファ層に最適な結晶成長の温度が７１５℃であるため、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長は、ヒータの温度がｎ−ＧａＮ層の結晶成長に最適な温度である１３１５℃になったときから結晶成長を開始させる。
【００１２】
ｎ−ＧａＮ層の結晶成長中は、ＧａＮバッファ層とサファイア基板との熱膨張係数の差及び格子定数差に起因して、基板の反りの形状が強くなっていく。すなわち本測定結果では、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長前のサファイア基板の反り量が−１２０μｍ程度であるのに対し、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長が進むにつれ反り量が−２３０μｍ程度までサファイア基板が反ってしまう。
【００１３】
そして、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長を終えると、次のＩｎＧａＮ層の結晶成長を行うための最適な温度に変える温度遷移工程を開始する（図５中の（ｂ）の範囲参照）。
【００１４】
温度遷移工程によって、ＩｎＧａＮ層の結晶成長に最適な温度とする。つまり、ＩｎＧａＮ層の結晶成長に最適な温度は９３５℃であるため、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長終了後の温度である１３１５℃から９３５℃まで降温する。９３５℃の温度に達したとき、ＩｎＧａＮ層の結晶成長工程が始まる。
【００１５】
この温度遷移工程（降温工程）中でも、熱の影響によりサファイア基板の反りが変化することとなる（図５中の（ｂ）の範囲参照）。本測定結果では、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長終了後の反り量が−２３０μｍ程度であるのに対し、ＩｎＧａＮ層の最適な結晶成長温度に達するにつれ、−１０μｍ程度までサファイア基板の反りが変化することとなる。
【００１６】
この温度遷移に対する反り量は一義的に決まる。つまり、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長後の反り量と、ＩｎＧａＮ層の最適な結晶成長温度に達したときの反り量には、相関関係があることを本願の発明者は発見した。この相関関係を図６を参照しながら説明する。
【００１７】
図６は、ｎ−ＧａＮ成長工程終了後のサファイア基板の反り量とＩｎＧａＮ成長工程開始前のサファイア基板の反り量の相関関係を示したグラフであり、横軸にｎ−ＧａＮ成長工程終了時のサファイア基板の反り量を、また縦軸にＩｎＧａＮ活性層成長時のサファイア基板の反り量をとっている。
【００１８】
図６より、ｎ−ＧａＮ成長工程終了後のサファイア基板の反り量とＩｎＧａＮ成長工程開始前のサファイア基板の反り量との間には比例関係が成り立つ結果が得られた。これより、予めこの比例係数が得られていれば、ｎ−ＧａＮ成長工程終了後のサファイア基板の反り量からＩｎＧａＮ成長工程開始前のサファイア基板の反り量を予測するできる。
【００１９】
ところで、従来の結晶成長方法は、結晶成長時間を制御することによるものであったが、これについて本願の発明者が検討したところ、実際に結晶成長時間を一定にしてもサファイア基板の反り量を一定にすることは極めて困難である結果が得られた。以下、この点について、図７を参照しながら説明する。
【００２０】
図７はｎ−ＧａＮ層の成長時間とサファイア基板の反り量を示すグラフである。
【００２１】
本検討では、常にｎ−ＧａＮ層成長終了時の反り量が２２０μｍとなるように結晶成長の成長時間を制御して結晶成長を行った。しかし実験結果から、例えばｎ−ＧａＮ層成長時間を１００分とした場合、ｎ−ＧａＮ層結晶成長終了時の基板の反り量が２２０〜２４０μｍと幅を持つ結果が得られた（図７の◆参照）。さらに、結晶成長条件を僅かに変化させてからｎ−ＧａＮ層を結晶成長させた場合も同様に反り量を測定し、例えばｎ−ＧａＮ層成長時間を１００分とした場合、ｎ−ＧａＮ層結晶成長終了時の基板の反り量が１８０〜２１０μｍと幅を持つ結果が得られた（図７の□参照）。
【００２２】
この結果から、設定した反り量（２２０μｍ）からの誤差が大きく、結晶成長時間を１００分と固定した場合でも、基板の反り量が、１８０μｍから２４０μｍと結晶成長毎に変動するため、結晶成長の時間によって反り量を制御することは難しいことが判明した。
【００２３】
図６及び図７に示す結果から、結晶成長を行うにあたっては、結晶成長時間により制御するのではなく、結晶成長毎にリアルタイムで反り量を測定してその反り量を直接制御する方が好ましいことがわかる。ここで、従来、サファイア基板の反り量の変化を測定する方法としては、例えば特許文献１に開示されており、基板の反りを一定にする成膜装置としては、例えば特許文献２に開示された装置が知られている。
【００２４】
特許文献２に開示された成膜装置は、サファイア基板上に低温ＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮの層を積層させたエピタキシャル積層構造を作るために、サファイア基板の曲率または反り量を測定する測定部を備え、Ｉｎ−ｓｉｔｕ観察で基板の曲率または反り量を測定し、その結果に応じて、曲率または反り量を所望の値とするように基板の主表面の上側と下側との両方から基板を加熱することにより、主表面の上側と下側との温度勾配（温度差）を小さくし、基板の反りを抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特許第４８１０６０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、特許文献２に開示された成膜装置では、結晶成長中に基板の反り量を一定にするために基板の上側と下側との両方にヒータを設けているため、この上側と下側のヒータの温度をそれぞれに制御することが必要である。この２つのヒータを各々制御することは、非常に複雑な制御方法が必要となるといった問題があった。また、実際には、上側及び下側、もしくはどちらか一方のヒータの設定温度を、各層の結晶成長に最適な結晶成長温度毎に変化させると、両ヒータに挟まれた空間の温度分布が変動してしまうため、活性層のばらつき、すなわちデバイス特性のばらつきが大きくなってしまうといった問題があった。
【００２７】
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、半導体基板の結晶成長において活性層成長時の基板の反り量を制御することにより、活性層の反り量のばらつきに起因する発光素子の特性のばらつきを生じさせることのない結晶成長装置及び結晶成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。
【００２９】
本発明に係る結晶成長装置は、基板上に、該基板の反り量を制御しつつ結晶成長させる結晶成長装置であって、前記基板上で第一層の結晶成長が行われているときの前記基板の反り量を測定する測定部と、予め設定された第一層の反り量を設定反り量としてその入力を受け付ける入力部と、前記測定部で測定された前記基板の反り量と、前記入力部から入力された前記設定反り量とを比較し、前者が後者に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせる制御部と、を備え、前記設定反り量は、第一層の結晶成長終了時の反り量と、第二層の結晶成長に適した前記基板の反り量との差であることを特徴とする。
【００３０】
このような特定事項によれば、第一層の結晶成長終了時の基板の反り量を、入力部に入力された設定反り量とすることができる。
【００３２】
しかも、第一層の結晶成長終了時の反り量と、第二層の結晶成長に適した基板の反り量との差及び第一層を終了させる設定反り量が算出でき、第二層の結晶成長開始時の反り量が一義的に決まるため、第二層の結晶成長開始時の反り量が一定となる。これにより、第二層が均一な膜となり半導体発光素子の特性ばらつきを防ぐことができる。
【００３３】
上記の結晶成長装置であって、前記基板上で第一層の結晶成長が行われているときの前記基板の反り量を測定する測定部と、予めテスト基板に第一層を結晶成長した後の前記テスト基板の反り量を第一反り量、雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させた後の前記テスト基板の反り量を第二反り量として、それら各反り量のデータを格納するデータ格納部と、製品基板において第二層の結晶成長に適した前記製品基板の反り量を第二設定反り量として、その入力を受け付ける入力部と、前記データ格納部に格納された前記第一反り量と、前記データ格納部に格納された前記第二反り量との差及び前記入力部から入力された第二設定反り量から第一設定反り量を算出し、第一層の結晶成長に伴う製品基板の反り量と、前記第一設定反り量とを比較し、前者が後者に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせる制御部と、を備えたものとする。
【００３４】
このような特定事項によれば、データ格納部に格納された第一反り量と、データ格納部に格納された第二反り量との差及び第二設定反り量から第一設定反り量を算出でき、第一層の結晶成長に伴う製品基板の反り量と、前記第一設定反り量とを比較でき、前者が後者に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせる制御を行うことができるため、第一層の結晶成長が終了する反り量は一定となり、雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移後の第二層の結晶成長開始時の反り量が一定となる。これにより、第二層が均一な膜となり半導体発光素子の特性ばらつきを防ぐことができる。
【００３５】
本発明の結晶成長方法は、基板上に、該基板の反り量を制御しつつ結晶成長させる結晶成長方法であって、予めテスト基板に第一層を結晶成長した後の前記テスト基板の反り量を第一反り量、雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させた後の前記テスト基板の反り量を第二反り量として、それら各反り量を測定しておいてから、前記第一反り量と前記第二反り量との差と、第二層の結晶成長に最適な前記基板の反り量とに基づいて、実際に製造する製品基板において第一層の結晶成長を停止させる時の設定反り量を算出し、第一層の結晶成長に伴い前記製品基板の反り量が前記設定反り量に達したときに、前記第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせ、雰囲気温度を第二層の結晶成長温度に遷移させて第二層の結晶成長を開始させることを特徴とする。
【００３６】
このような特定事項によれば、予めテスト基板を用いて測定した第一反り量及び第二反り量から、その変化量を計算でき、その変化量と第二層の結晶成長に最適な製品基板の反り量とに基づいて、実際に製造する製品基板において第一層の結晶成長を停止させる時の設定反り量を算出でき、第一層の結晶成長に伴い製品基板の反り量が前記設定反り量に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせ、雰囲気温度を第二層の結晶成長温度に遷移させて第二層の結晶成長を開始できるため、第一層の結晶成長が終了する反り量は一定となる。これにより、第二層の結晶成長開始時の反り量が一定となるため、第二層が均一な膜となり半導体発光素子の特性ばらつきを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、半導体基板の結晶成長において活性層成長時の基板の反り量を制御することにより、活性層の反り量のばらつきに起因する発光素子の特性のばらつきを生じさせることのない結晶成長装置及び結晶成長方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】本発明に係る結晶成長装置の断面図である。
【図１Ｂ】本発明に係る結晶成長装置で用いられる回転台の平面図である。
【図２】本発明に係る結晶成長方法で使用される反り量を入力する反り量入力シートを示す図である。
【図３】本発明に係る結晶成長方法で使用されるプログラムシートを示す図である。
【図４】本発明に係る結晶成長装置で結晶成長中の基板の反り量の変化を示すグラフであり、（ａ）は、テスト基板の反り量の変化を示すグラフ、（ｂ）は製品基板の反り量の変化を示すグラフである。
【図５】従来の結晶成長装置での結晶成長中の基板の反り量の変化を示すグラフである。
【図６】第一の反り量と第二の反り量との関係を示すグラフである。
【図７】第一の反り量と結晶成長時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
なお、以下に示す実施の形態はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００４１】
［結晶成長装置の構成］
図１を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１Ａは、本発明に係る結晶成長装置の断面図、図１Ｂは、本発明に係る結晶成長装置で用いられる回転台の平面図である。
【００４２】
この実施の形態による結晶成長装置１は、円筒形の反応室２を有し、反応室２の内部には円形の回転台４を備える。
【００４３】
回転台４の上側には、図１Ｂに示すように、複数（図示例では６つ）の載置プレート５が同一円周上に相互に一定の間隔を隔てて配置されている。載置プレート５の上面には、被処理基板としての基板３が設置される。なお、載置プレート５の上面に基板３を直接置かずに、石英や窒化ホウ素製等の基板ホルダを介して基板３を載置プレート５の上面に置いてもよい。基板３としては、たとえばＧａＡｓやＩｎＰ、ＧａＮ、サファイアからなる基板が挙げられる。
【００４４】
回転台４の下方には、基板３を加熱するためのヒータ８が配置されている。このヒータ８に電力を供給するためのヒータ電源５１が反応室２の外部に設けられている。ヒータ８の温度制御は、後述の制御部９３と、温度センサＴＳとにより行われる。温度センサＴＳは、例えば熱電対が用いられ、ヒータ８の温度を測定する。
【００４５】
回転台４は、回転台４の下面の中央部に接続された回転軸６によって支持されている。回転軸６の下端にはモータ７の駆動軸（不図示）が接続されている。モータ７の上方には、回転角度計測器が組み込まれた被測定物検出手段２５が備えられている。
【００４６】
回転軸６がモータ７によって回転されることによって、回転台４も回転軸６の軸芯周りに回転し、このとき、被測定物検出手段２５によって、回転台４とともに回転している基板３の回転台４上における位置情報が検出され、後述する測定部２１の演算部（不図示）に出力される。この基板３の位置情報は、基板３の反り量を測定するために使われる。
【００４７】
さらに、各載置プレート５は、回転台４上でそれぞれの中心周りに回転するように構成されている。結晶成長中は、回転台４の回転および載置プレート５の回転によって、基板３が載置プレート５の中心周りに自転しつつ回転軸６の軸芯周りに公転する。これにより、成長する膜（結晶成長膜）の均一性を高めることができる。
【００４８】
回転台４の上方には、ガス透過性が低い、反応室２内部の空間を隔てる隔壁１０が設けられている。
【００４９】
反応室２の上部には、配管９が接続されている。この配管９の基端部にはガス供給器１３が接続される一方、配管９の先端部は、回転軸６と同軸上に且つ回転台４と隔壁１０の間に配置され、ガス吹き出し口１１とされている。これにより、ガス供給器１３から反応室２に供給された原料ガス１２が、回転台４の中心上方から回転台４表面に沿って放射状に結晶膜の原料として供給される。原料ガス１２の供給は後述する制御部９３によって制御される。その結果、基板３上近傍で基板３と原料ガス１２の化学反応が行われることによって基板３上に結晶成長が行われる。
【００５０】
原料ガス１２は、載置プレート５上に載せられ、且つヒータ８によって加熱された基板３上を通過後、回転台４の外周に設けられた排気経路１４より反応室２の外部に排気される。
【００５１】
ここで、ＩｎＧａＮを結晶成長させる場合には、III 族元素Ｉｎ（インジウム）の原料ガス１２としてＴＭＩｎ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｉｎｄｉｕｍ）などが用いられ、III   族元素Ｇａ（ガリウム）の原料ガスとしてＴＭＧ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｇａｌｌｉｕｍ）などが用いられ、Ｖ族元素Ｎ（窒素）の原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）などが用いられる。ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓを結晶成長させる場合には、Ｖ族元素Ｐ（リン）、Ａｓ（砒素）の原料ガスとしてホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）がそれぞれ用いられる。
【００５２】
また、反応室２の外部には、測定部２１と、入力部９４と、データ格納部２４と、制御部９３と、を備えている。
【００５３】
測定部２１では、結晶成長中の基板３の反り量を測定する。
【００５４】
測定部２１には、計測用レーザ光線１７を投光する投光部（不図示）と、その戻り光２２を受光する受光部（不図示）と、計測用レーザ光線１７によって計測された反り量を計算する演算部（不図示）と、が備えられている。
【００５５】
測定部２１は、計測用レーザ光線１７が反応室２内部の基板３に到達し、かつ戻り光２２が測定部２１に戻りうるように配置される。そのため、反応室２には、計測用レーザ光線１７及びその戻り光２２が通過可能な窓１８が設けられている。また、隔壁１０には同様に計測用レーザ光線１７及びその戻り光２２が通過可能な穴１９が設けられている。
【００５６】
これより、結晶成長装置１で結晶成長を行いながら、基板３に対して計測用レーザ光線１７を投光し、その反射光を受光部で受光することにより受光量分布を得て、この受光量分布から基板３の表面形状が計測される。
【００５７】
ここで、基板３は、回転台４上に等間隔（Ｓｐ）で同一円周上に並べられることから、この複数の基板３が載置された回転台４を回転させると、これら各基板３の中心２３はいずれも所定の軌道Ｌｐ上を移動することとなる（図１Ｂ参照）。
【００５８】
測定部２１は、その計測用レーザ光線１７が上記した軌道Ｌｐ上の一点を照射するように配置されている。その結果、回転台４を回転させると各基板３には順番に計測用レーザ光線１７が照射され、測定部２１によって基板３の表面形状が計測される。そして、測定部２１で測定された基板３の表面形状のデータと、被測定物検出手段２５による基板３の位置情報と、が演算部に出力され、結晶成長中の基板３の反り量がリアルタイムで演算される。
【００５９】
演算された基板３の反り量はデータ格納部２４に一時的に保存されることとなる。
【００６０】
データ格納部２４には、後述するテスト基板に、第一層、第二層を含む一連の結晶成長を行った際において、テスト基板に第一層を結晶成長させた後のテスト基板の反り量を第一反り量、反応室２内の雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させた後のテスト基板の反り量を第二反り量として、これら各反り量のデータが格納される。
【００６１】
入力部９４は、プログラムシート１００及び反り量入力シート２００の入力を受け付ける。
【００６２】
制御部９３は、上記したモータ７、ガス供給器１３、測定部２１、データ格納部２４、及びヒータ電源５１の各動作を制御するものである。また、その内部には、算出部、比較部、及び指令部（いずれも不図示）を備えている。
【００６３】
算出部では、データ格納部２４に格納された第一反り量と、データ格納部２４に格納された第二反り量との差及び入力部９４から入力された第二設定反り量から第一設定反り量を算出する。
【００６４】
比較部では、算出部によって算出された第一設定反り量と、第一層の結晶成長に伴う製品基板の反り量との比較を行う。
【００６５】
指令部では、比較部によって、第一層を結晶成長中の製品基板の反り量が、第一設定反り量に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせる指令を出す。
【００６６】
次に、結晶成長装置とともに用いられるプログラムシート１００について、図３を参照しながら説明する。
【００６７】
図３は、プログラムシートの一例を示す図である。
【００６８】
このプログラムシート１００には、左から順に、ステップ欄１０１、ジャンプ欄１０２、ループ欄１０３、Ａｃｔｉｏｎ欄１０４、第１コメント欄１０５、第２コメント欄１０６、開始時間欄１０７ａと終了時間欄１０７ｂとが併記された時間欄１０７、設定温度欄１０８、III 族水素欄１０９ａ、ＴＭＧ欄１０９ｂ、ＳｉＨ４欄１１０、Ｖ族水素欄１１１、ＮＨ３欄１１２、ＴＭＡ欄１１３、ＴＭＩ欄１１４、Ｃｐ２Ｍｇ欄１１５、が設けられている。
【００６９】
ステップ欄１０１には、結晶成長工程の工程番号が入力され、この工程番号に入力された順番で結晶成長工程が進んでいく。
【００７０】
ジャンプ欄１０２には、工程をジャンプさせたいステップ欄１０１の工程番号が入力される。このジャンプ欄１０２に工程番号を入力することで、当該結晶成長工程が終了後、その工程番号に工程をジャンプさせることができる。
【００７１】
ループ欄１０３には、繰り返し行いたいステップ欄１０１の工程番号が入力される。このループ欄１０３に繰り返し行いたい工程番号を入力することで、所望の工程を繰り返し行うことができる。
【００７２】
Ａｃｔｉｏｎ欄１０４には、例えば「ｃｏｍｐａｒｅ＿ｃｕｒｖｅ」といったキーワードが入力される。このＡｃｔｉｏｎ欄１０４にキーワードが設定されていると、そのキーワードに沿った処理が制御部９３で行われる。
【００７３】
第１コメント欄１０５及び第２コメント欄１０６には、例えば工程の概要等、結晶成長工程に対するコメントや備考が入力される。これらコメント欄１０５、１０６の内容から、結晶成長工程の内容を知ることができる。
【００７４】
時間欄１０７ａ及び時間欄１０７ｂには、各工程の開始時間と終了時間が入力される。
【００７５】
設定温度欄１０８には、結晶成長工程を行う際のヒータ８の設定温度が入力される。
【００７６】
III 族水素欄１０９ａ、ＴＭＧ欄１０９ｂ、ＳｉＨ４欄１１０、Ｖ族水素欄１１１、ＮＨ３欄１１２、ＴＭＡ欄１１３、ＴＭＩ欄１１４、Ｃｐ２Ｍｇ欄１１５には、それぞれ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＧに添加するＨ２、ＳｉＨ４（シラン）、ＮＨ３に添加するＨ２、ＮＨ３（アンモニア）、ＴＭＡ（トリメチルアンモニウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエチルマグネシウム）といったガスの設定流量値が入力される。
【００７７】
なお、ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ /ｍｉｎ）、ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｃ/ｍｉｎ）は、１ａｔｍ、０度における１分間あたりの流量を示した単位である。
【００７８】
次に、結晶成長装置とともに用いられる反り量入力シートについて、図２を参照しながら説明する。
【００７９】
図２（ａ）に示す反り量入力シート２００は、結晶成長装置に対して二つの反り量を設定する場合に使用されるものであり、図２（ｂ）に示す反り量入力シート２００は、結晶成長装置に対して一つの反り量を設定する場合に使用されるものである。
【００８０】
これら反り量入力シート２００には、左から順に、名前欄２０１、Ｖａｌｕｅ欄２０２、Ｕｎｉｔ欄２０３、コメント欄２０４が設けられている。
【００８１】
名前欄２０１には、Ｖａｌｕｅ欄２０２に入力される反り量の標題が入力される。
【００８２】
Ｖａｌｕｅ欄２０２には、後述するテスト基板による第一反り量と第二反り量の差、及び、後述する製品基板の第二設定反り量が入力（図２（ａ））、或いは、第１設定反り量が入力（図２（ｂ））される。
【００８３】
Ｕｎｉｔ欄２０３には、反り量の単位が入力される。図示例では、「μｍ」が入力されている。
【００８４】
コメント欄２０４には、Ｖａｌｕｅ欄２０２に入力された反り量に対するコメントが入力される。
【００８５】
［結晶成長装置の動作］
次に、結晶成長装置の動作について説明する。尚、この動作説明を以って、本発明に係る結晶成長方法の説明に代える。
【００８６】
まず最初に、テスト基板の反り量の測定を行うため、プログラムシート１００の入力を行う。この入力は、入力部９４により行われる。
【００８７】
テスト基板の結晶成長工程では、基板３のサーマルクリーニング工程、バッファ層とするＧａＮバッファ層結晶成長工程、ｎ型コンタクト層とするｎ−ＧａＮ層結晶成長工程、活性層とするＩｎＧａＮ層結晶成長工程、ｐ型クラッド層とするｐ−ＡｌＧａＮ層結晶成長工程、ｐ型コンタクト層とするｐ−ＧａＮ層結晶成長工程が連続的に行われる。したがって、プログラムシート１００には、それら各工程に必要とされる値やコメントが入力される。なお、図３のプログラムシート１００は、値やコメント等の入力例を部分的に示しているものに過ぎず、上記したすべての工程に対応した値やコメント等を示すものではない。
【００８８】
例えば、サーマルクリーン工程については、第１コメント欄１０５に「昇温」と入力し、それと同一行における設定温度欄１０８に、当該工程における反応室２の設定温度である「１２４０℃」と入力する。
【００８９】
また、ＧａＮバッファ層結晶成長工程に先立って行われる降温工程については、第１コメント欄１０５に「降温」と入力するとともに、それと同一行における設定温度欄１０８に、当該工程における反応室２の設定温度である「７１５」と入力する。
【００９０】
ＧａＮバッファ層結晶成長工程については、図３には詳細は例示されていないが、各欄にそれぞれＧａＮバッファ層の結晶成長に最適な数値を入力する
【００９１】
第一層であるｎ−ＧａＮ層の結晶成長工程については、第１コメント欄１０５に「ｎ−ＧａＮ層」と入力し、その入力行において、設定温度欄１０８には、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長に最適な温度である「１３１５」と入力する。また、ガス流量を入力する欄（III 族水素欄１０９ａからＣｐ２Ｍｇ欄１１５まで）には、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長に最適なガス流量を入力し、時間欄１０７には、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長に最適な時間を入力する。
【００９２】
次に、ｎ−ＧａＮ層の結晶成長を終了し、第二層であるＩｎＧａＮ層の結晶成長をさせるためには、まず、第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させる工程が必要である。そこで、この工程について、第１コメント欄１０５に「ｎ−ＧａＮ層停止」と入力するとともに、その入力行の設定温度欄１０８にＩｎＧａＮ層の結晶成長に最適な温度である「９３５」と入力する。
【００９３】
第二層のＩｎＧａＮ層の結晶成長工程については、コメント欄１０５に「ＭＱＷ（ＧａＮ）」と入力するとともに、その入力行の設定温度欄１０８に「９３５」と入力し、ガス流量を入力する欄（III 族水素欄１０９ａからＣｐ２Ｍｇ欄１１５まで）に、ＩｎＧａＮ層の結晶成長に最適なガス流量を入力する。
【００９４】
なお、ＭＱＷ（ＧａＮ）とは、多重量子井戸構造でありＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の積層構造を指す。ＩｎＧａＮ層のみを結晶成長させる単一量子井戸構造（ＳＱＷ（ＩｎＧａＮ））としても構わない。
【００９５】
以下、ｐ−ＡｌＧａＮ層の結晶成長工程及びｐ−ＧａＮ層の結晶成長工程についても、それぞれ上記と同様にして、各欄に所定のコメントや数値を入力する。
【００９６】
これで、テスト基板の反り量の測定を行うためのプログラムシート１００の入力を終える。
【００９７】
なお、図３には、Ａｃｔｉｏｎ欄１０４に「ｃｏｍｐａｒｅ＿ｃｕｒｖｅ」とのキーワードが入力された例が示されているが、これは後述する製品基板における結晶成長工程に対応するものであって、上記したテスト基板の反り量の測定を行う場合では、当該キーワードは入力されない。
【００９８】
以上、テスト基板の結晶成長を行うためのプログラムシート１００の入力が完了したならば、プログラムシート１００のデータを制御部９３に転送するとともに、テスト基板を反応室２内の載置プレート５に載置し、結晶成長工程を開始する。
【００９９】
結晶成長は上述したプログラムシート１００に入力された内容に沿って行われる。
【０１００】
テスト基板において、バッファ層の結晶成長が終了したのち、ｎ−ＧａＮ層、すなわち本願発明でいう第一層の結晶成長を行わせる。第一層の結晶成長が終了した後のテスト基板の反り量を第一反り量として測定部２１により測定する。
【０１０１】
その後、反応室２内の雰囲気温度を第二層の結晶成長に最適な温度に遷移させた後、すなわち、ＩｎＧａＮ層の結晶成長に最適な温度である９３５℃に遷移させたときのテスト基板の反り量を第二反り量として測定部２１により測定する。
【０１０２】
測定部２１により測定された第一反り量と第二反り量とはデータ格納部２４に格納されたのち、制御部９３に送られる。
【０１０３】
制御部９３では、測定部２１で測定されたテスト基板の第一反り量と第二反り量との差（（第二反り量）−（第一反り量））が算出される。ここで、この両者の反り量の差は、再現性のある値となるため、後述する製品基板の第一反り量の値から第二反り量の値を予測することができる。
【０１０４】
図４（ａ）は、上述したテスト基板の反り量のグラフである。テスト基板では、第一層の結晶成長の終了時の反り量（第一反り量）は、−２４０μｍであった（Ａ時間）。その後、第二層の結晶成長に最適な温度となったときのテスト基板の反り量（第二反り量）は０μｍであった（Ｃ時間）。これら第一反り量の値−２４０μｍと、第二反り量の値０μｍとがデータ格納部２４に格納されることとなる。
【０１０５】
その後、プログラムシート１００に入力されたその余の工程が行われ、すべての結晶成長工程が終了する。そして、テスト基板が反応室２から外部に取り出される。
【０１０６】
次に製品基板について、結晶成長装置１を用いて結晶成長を行う。
【０１０７】
上記テスト基板で説明したのと同様にプログラムシート１００に結晶成長工程毎の結晶成長条件を入力する。このとき、Ａｃｔｉｏｎ欄１０４にはキーワード（図３において示す「ｃｏｍｐａｒｅ＿ｃｕｒｖｅ」）を入力することにより、第一設定反り量となったときに第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせることができる。
【０１０８】
次に、図２（ｂ）に示すように、反り量入力シート２００に、テスト基板で得られた第一反り量と第二反り量との差、及び、後述する第二層の設定反り量の両方を、２行にわたって入力する。例えば、図示例では、名前欄２０１には、上から順に「第１の層と第２の層の反り量の差」及び「第２の層の設定の反り量」と入力し、Ｖａｌｕｅ欄２０２には、上から順に「２４０」、「１０」と入力するとともに、Ｕｎｉｔ欄２０３にはそれぞれ「μｍ」と入力している。また、コメント欄２０４には、上から順に「工程をスキップするための計測値」、「第２の層での基板の設定反り量。（凹が負、凸が正）」と入力している。
【０１０９】
上記の入力例において、「第１の層と第２の層の反り量の差」を２４０μｍとしているが、これはテスト基板によって得られた第一反り量と第二反り量との差である。また、「第２の層の設定の反り量」を１０μｍとしているが、これは製品基板の第二層の結晶成長開始時の反り量である。
【０１１０】
ここで、「第２の層の設定の反り量」の値を上記のように１０μｍとし、０μｍ（基板の反りが無い状態）と設定しない理由は、仮に基板の面内温度分布が均一であったとしても、結晶成長装置１の構造に起因して、基板３に面内分布が生じる虞があるため、そのような面内分布を相殺するためである。したがって、テスト基板を用いた一連の結晶成長工程を行う前に、基板の面内分布を相殺する最適な基板３の反り量を事前に求めておく必要がある。
【０１１１】
以上、製品基板の結晶成長を行うためのプログラムシート１００の入力、及び、反り量入力シート２００の入力が完了したならば、プログラムシート１００のデータ及び反り量入力シート２００のデータを制御部９３に転送する。これを受けて、制御部９３では、テスト基板で得られた第一反り量と第二反り量との差（２４０μｍ）と、第二層の結晶成長に最適な製品基板の反り量（１０μｍ）とから、製品基板において第一層（ｎ−ＧａＮ層）の結晶成長を停止させる時の設定反り量を算出する。本実施の形態の場合、製品基板の第一層の結晶成長を停止させる反り量は、「１０μｍ−２４０μｍ＝−２３０μｍ」と算出される。その一方で製品基板を反応室２内の載置プレート５に載置し、準備が整ったら結晶成長工程を開始する。
【０１１２】
結晶成長は上述したプログラムシート１００に入力された内容に沿って行われる。
【０１１３】
テスト基板のときと同様にサーマルクリーニング工程から順次工程が進められる。やがて、第一層（ｎ−ＧａＮ層）の結晶成長工程に入り、結晶成長が進行して、プログラムシート１００のＡｃｔｉｏｎ欄１０４に入力された「ｃｏｍｐａｒｅ＿ｃｕｒｖｅ」の段階に達すると、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせ、雰囲気温度を第二層の結晶成長温度に遷移させて製品基板の第二層の結晶成長を開始する。
【０１１４】
すなわち、本実施の形態の場合、製品基板において第一層の結晶成長を行っていき、第一層の結晶成長終了時の反り量が、上記で算出された「−２３０μｍ」となったときに、第一層の残りの結晶成長工程はスキップされる。そして、雰囲気温度が第二層の結晶成長温度に遷移され、当該温度で製品基板の反り量が１０μｍとなり、第二層の結晶成長が開始される。
【０１１５】
図４（ａ）は、上記の製品基板の反り量の変化を示すグラフである。製品基板では、第一層の結晶成長工程の終了時の反り量は、−２３０μｍであった（Ｂ時間）。その後、第二層の結晶成長に最適な温度となったときの製品基板の反り量は１０μｍであった（Ｃ時間）。
【０１１６】
このように、予めテスト基板を用いて測定した第一反り量及び第二反り量から、その変化量を計算し、その変化量と第二層の結晶成長に最適な製品基板の反り量とに基づいて、実際に製造する製品基板において第一層の結晶成長を停止させる時の設定反り量を算出し、第一層の結晶成長に伴い前記製品基板の反り量が設定反り量に達したときに、第一層の結晶成長工程の残り時間をスキップさせ、雰囲気温度を第二層の結晶成長温度に遷移させて第二層の結晶成長を開始させるため、第一層の結晶成長が終了する反り量は一定となる。その結果、第二層の結晶成長開始時の反り量が一定となるため、第二層が均一となり半導体発光素子の特性ばらつきを防ぐことができる。
【０１１７】
なお、上記した実施形態では、テスト基板を用いて予め第一反り量及び第二反り量を測定しておくとともに、第一反り量と第二反り量との差を算出しておき、これらの値に基づいて第一層の結晶成長工程を制御しているが、例えば、図２（ｂ）に示すように、第一層の結晶成長を停止させる時の設定反り量（図示例では、図２（ａ）で示した値と同じ−２３０μｍ）を事前に反り量入力シート２００に入力しておき、この反り量入力シート２００を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１  結晶成長装置
３  基板
２１  測定部
９４  入力部
９３  制御部
２４  データ格納部
【図１Ａ】
0005812850.tif 000002
【図１Ｂ】
0005812850.tif 000003
【図２】
0005812850.tif 000004
【図３】
0005812850.tif 000005
【図４】
0005812850.tif 000006
【図５】
0005812850.tif 000007
【図６】
0005812850.tif 000008
【図７】
0005812850.tif 000009