(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるための種基板を保持する保持手段と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料を前記種基板の表面に向かって吹き出し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料うちのＶ族原料のみを前記種基板の裏面に向かって吹き出す原料供給手段とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置であって、
前記保持手段は、前記種基板を、前記原料供給手段に表面が対向する状態及び裏面が対向する状態に変更し得るように保持し、
前記保持手段によって保持された種基板の裏面がエッチングされるようエッチングガスを吹き出すエッチングガス供給手段が設けられており、
前記原料供給手段は、前記種基板の表面上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜の、該種基板を除去した面に向けて該Ｖ族原料を吹き出すと同時に、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜のその反対側の面に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が成長するよう該ＩＩＩ族原料および該Ｖ族原料を吹き出すことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置。
【請求項２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるための種基板を保持する保持手段と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料を前記種基板の表面に向かって吹き出し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料うちのＶ族原料のみを前記種基板の裏面に向かって吹き出す原料供給手段とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置であって、
前記種基板の裏面をエッチングするエッチングガスを吹き出すためのエッチングガス供給管が、前記種基板の裏面に対向するように配置されていることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置。
【請求項３】
前記保持手段に保持された種基板の裏面の中心部分と、前記エッチングガスが吹き出される吹き出し位置との距離が、５〜１５０ｍｍの範囲になるように配置されている、請求項１または２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置。
【請求項４】
前記保持手段に保持された種基板の裏面の中心軸線に沿った中心線方向ベクトル（種基板裏面から表面への方向を正）と、前記エッチングガスが吹き出される方向に沿ったエッチングガス吹き出し方向ベクトル（エッチングガスが吹き出される方向を正）とのなす角度が、８０°以下になっている、請求項１〜３のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置を用い、前記原料供給手段から、Ｖ族原料としてＮＨ３を、ＩＩＩ族原料としてＩＩＩ族原料のハロゲン化物を、吹き出させることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記種基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ２Ｏ４のスピネル型結晶（ＡＢ２Ｘ４：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ３のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ２のいずれかによって構成されている、請求項５に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体を成膜するためのIII-Ｖ族化合物半導体製造装置及び厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III-Ｖ族化合物半導体を有する発光素子を製造する場合、III-Ｖ族化合物半導体を成長させるための成長用基板としてサファイアを用いることが多い。
【０００３】
しかし、III-Ｖ族化合物半導体とサファイアとの格子定数及び熱膨張係数が異なるために、サファイア基板上に成膜されたIII-Ｖ族化合物半導体層に、１０9〜１０10ｃｍ-3の濃度の貫通転位が生じる。このような貫通転位が増加すると、III-Ｖ族化合物半導体を有する発光素子の発光層に、Ｉｎ組成の揺らぎやドーパントの活性層への拡散等の現象が発生し、発光素子の素子特性、寿命、信頼性が低下する。
【０００４】
貫通転位を増加させる格子定数及び熱膨張係数の差異による影響を抑えるため、III-Ｖ族化合物半導体の厚膜をサファイア基板上に成長させた後に、その厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体上に発光素子層を成長させる試み、また、III-Ｖ族化合物半導体結晶を成長用基板として用いるために、３００μｍ以上の厚さを有するIII-Ｖ族化合物半導体の厚膜を作製する試みがなされている。このような厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体を成膜する場合、III-Ｖ族化合物半導体膜の成膜速度の向上を図ることが生産性を向上させる上で重要となる。
【０００５】
厚膜のIII-Ｖ族化合物半導体を成膜する場合、成膜速度が大きく、結晶性が比較的良好な膜が得られる成膜方法として、Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法（以下、ＨＶＰＥ法）と呼ばれる成膜方法が知られている。
【０００６】
このＨＶＰＥ法によって、窒化物系III-Ｖ族化合物半導体であるＧａＮ膜を成膜する方法について説明する。
【０００７】
図２１は、III-Ｖ族化合物半導体を製造するＨＶＰＥ装置１Ａの断面図、図２２は、図２１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【０００８】
このＨＶＰＥ装置１Ａは、ＧａＮを結晶化して基板上に成膜させるための反応場となる水平状態に配置された円筒状の反応容器１１を有し、この反応容器１１の内部には、反応容器１１の中心軸付近に水平状態で配置されたIII族原料であるＧａ原料を供給する１本のIII族原料供給管１３と、反応容器１１の中心軸と同心の円周上に所定間隔を空けて水平状態で配置されたＶ族原料であるＮ原料を供給する３本のＶ族原料供給管１４Ａと、Ｖ族原料供給管１４Ａが配置された円周と同一の円周上に水平状態で配置されたドーピング原料を供給する１本のドーピング原料供給管１５とが設けられている。
【０００９】
このIII族原料供給管１３及びＶ族原料供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１５のそれぞれの原料ガスの吹出し口となる各管の先端から所定距離離れた位置には、結晶成長用の基板１０１を固定するための円板状のサセプタ１２が設けられている。サセプタ１２は、カーボン（Ｃ）材によって円板状に形成され、その表面側が基板１０１を保持するための保持面１２ａとなっている。この保持面１２ａと反対側の面には、サセプタ１２を回転自在に支持するサセプタ装着台１９が設けられている。
【００１０】
このＨＶＰＥ装置１ＡによってＧａＮの結晶を成長させるには、まず、反応容器１１の外側に設けられる図示しない加熱ヒータによって、反応容器１１を加熱することにより、サセプタ１２上に固定された基板１０１の温度を約１０００℃に維持する。
【００１１】
III族原料供給管１３から放出させるＧａの原料としては、ＧａＣｌが用いられる。III族原料供給管１３には、所定の位置にＧａ金属を貯蔵するIII族原料貯蔵部１８を有しており、ＧａＣｌガスは、約７７０℃に加熱したIII族原料貯蔵部１８上にＨＣｌガスを導入して、Ｇａ金属とＨＣｌが、下記の（１）式に示す化学反応により反応することにより発生する。
【００１２】
Ga（液体）＋HCl（気体）→GaCl（気体）＋1/2H2（気体）   (1)
発生したＧａＣｌガスは、III族原料供給管１３の先端部に設けられた石英製のＧａＣｌ吹出口１３ａから放出される。
【００１３】
このＧａＣｌガスの吹出しと同時に、Ｎ原料ガスであるＮＨ3ガスが、Ｖ族原料供給管１４Ａの先端に形成した石英製のＶ族原料吹出口１４ａから放出される。両原料供給管１３及び１４Ａから放出されるＧａＣｌガス及びＮＨ3ガスは、下記の（２）式で表される化学反応により、ＧａＮの結晶を生成し、基板１０１の表面上にＧａＮ膜が成膜される。
【００１４】
GaCl（気体）＋NH3（気体）→GaN（固体）＋HCl（気体）＋H2（気体）  (2)
上記のＨＶＰＥ法によって、ＧａＮに代表される窒化物系III−Ｖ族化合物半導体の厚膜を成長させる場合、特に直径２インチ程度の大きい基板上にIII−Ｖ族化合物半導体の厚膜を成膜させる場合には、種基板となるサファイア基板とＧａＮ膜との間に格子定数及び熱膨張係数の違いが生じていると、成膜されるＧａＮ膜に反り及びクラックが生じる。
【００１５】
III-Ｖ族化合物半導体の一例であるウルツァイト構造のＧａＮのａ軸方向の格子定数は３．１８９Å、熱膨張係数は５．５９×１０-6／Ｋ、ｃ軸方向の格子定数は５．１８５Å、熱膨張係数は３．１７×１０-6／Ｋである。これに対して、サファイアのａ軸方向の格子定数は４．７５８Å、熱膨張係数は７．５×１０-6／Ｋであり、ｃ軸方向の格子定数は１２．９９１Å、熱膨張係数は８．５×１０-6／Ｋであり、サファイア基板と成膜されるＧａＮ膜との間には、格子定数及び熱膨張係数に差異があるため、成膜されるＧａＮ膜には、反り及びクラックが生じることになる。
【００１６】
例えば、４５０μｍの厚さのサファイア基板上にＧａＮ膜を８０μｍの厚さに成長させると、曲率半径が約７５ｃｍである凸状の反りがＧａＮ膜に生じる。
【００１７】
このような反りやクラックがＧａＮ膜に生じると、ＧａＮ膜を成膜した後に、反りやクラックの入ったＧａＮ膜から種基板であるサファイア基板を研磨により除去することは困難である。仮に研磨により種基板であるサファイア基板を除去することができても、このＧａＮ膜を基板として発光素子構造を作製すると、ＧａＮ膜の中心部と端部とにおいて、ｃ軸方向のずれやクラックが生じているために、製造される発光素子に不良が発生するおそれがあり、発光素子の作製の歩留まりが低くなるおそれがある。
【００１８】
特に、ＨＶＰＥ法や有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、ＭＯＣＶＤ法）において、５０μｍ以上の膜厚の窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を異種の種基板上に成膜させる場合、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板上に反りやクラックを発生させる熱膨張係数及び格子定数の違いによる影響が強く現われる。
【００１９】
この問題への対処法として、特開平９−２０８３９６号公報の実施の形態において、種基板の裏面をエッチングするＨＶＰＥ装置１Ｂが提案されている。該ＨＶＰＥ装置１Ｂを図２３に示す。エッチングガス供給管１６が反応容器１１入口まで配置され、反応容器１１への入口部からエッチングガスが導入され、そのガスで種基板１０１の裏面をエッチングする。このことにより、冷却時の熱膨張係数差から発生する熱応力を抑える。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、該装置１Ｂでは、種基板１０１をエッチングした後、III−Ｖ族化合物半導体膜が表出されることになり、成長温度である４００〜１０００℃付近においては、窒素ガスなどのキャリアガスを流しても、種基板１０１が除去された該III−Ｖ族化合物半導体表面から、ＧａＮが脱離、除去され、該III−Ｖ族化合物半導体表面は大きく荒れて、転位、クラック等の欠陥が増殖していく。さらに該III−Ｖ族化合物半導体の表面と裏面との応力のバランスが崩れ、この状態で降温していくと、該III−Ｖ族化合物半導体膜に反り、クラック等の欠陥が生じる。
【００２１】
仮に、種基板の上にＺｎＯ等の中間層を導入したとしても、１０００℃付近では、III−Ｖ族化合物半導体の表面が荒れるか、除去されてしまう。また、中間層が厚い場合には、中間層は残留するが、冷却時の熱膨張係数差に起因する熱応力により、欠陥、クラックが生じる。
【００２２】
上記の理由により、従来法では、III−Ｖ族化合物半導体の反りや欠陥等の発生を抑制することに関して限界があった。
【００２３】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、厚膜のIII−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる場合に、反りや転位、クラック等の欠陥を抑えた高品位のIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができるIII−Ｖ族化合物半導体製造装置及びIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるための種基板を保持する保持手段と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料を前記種基板の表面に向かって吹き出し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料うちのＶ族原料のみを前記種基板の裏面に向かって吹き出す原料供給手段とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置であって、前記保持手段は、前記種基板を、前記原料供給手段に表面が対向する状態及び裏面が対向する状態に変更し得るように保持し、前記保持手段によって保持された種基板の裏面がエッチングされるようエッチングガスを吹き出すエッチングガス供給手段が設けられており、前記原料供給手段は、前記種基板の表面上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜の、該種基板を除去した面に向けて該Ｖ族原料を吹き出すと同時に、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜のその反対側の面に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が成長するよう該ＩＩＩ族原料および該Ｖ族原料を吹き出すことを特徴とするものである。
【００２５】
このため、所定の膜厚までIII−Ｖ族化合物半導体を製造した後、保持手段によって種基板の表裏を入れ替えて、該種基板の裏面にエッチングガスを吹き付け、種基板を除去した後、もう一度、保持手段によって種基板の表裏を入れ替えて、該種基板を除去したIII−Ｖ族化合物半導体の面へＶ族原料を吹き付けて、該半導体を保護しながら、反対側の面でIII−Ｖ族化合物半導体膜の製造を続けることができるので、表面荒れ、表裏面の応力差から発生する歪みの影響が解消され、反り、クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。
【００２６】
また、本発明の他のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるための種基板を保持する保持手段と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料を前記種基板の表面に向かって吹き出し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料であるＩＩＩ族原料およびＶ族原料うちのＶ族原料のみを前記種基板の裏面に向かって吹き出す原料供給手段とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製造装置であって、前記種基板の裏面をエッチングするエッチングガスを吹き出すためのエッチングガス供給管が、前記種基板の裏面に対向するように配置されていることを特徴とするものである。
【００２７】
このため、所定の膜厚までIII−Ｖ族化合物半導体を製造した後、エッチングガス供給手段によって、種基板の裏面を、直接、エッチングし、種基板を除去した後、該種基板を除去したIII−Ｖ族化合物半導体の面へＶ族原料を吹き付けて、該半導体を保護しながら、反対面側でIII−Ｖ族化合物半導体膜の製造を続けることができるので、表面荒れ、表裏面の応力差から発生する歪みの影響が解消され、反り、クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。
【００２８】
上記本発明において、前記保持手段に保持された種基板の裏面の中心部分と、前記エッチングガスが吹き出される吹き出し位置との距離が、５〜１５０ｍｍの範囲になるように配置されていることが好ましい。
【００２９】
また、前記保持手段に保持された種基板の裏面の中心軸線に沿った中心線方向ベクトル（種基板裏面から表面への方向を正）と、前記エッチングガスが吹き出される方向に沿ったエッチングガス吹き出し方向ベクトル（エッチングガスが吹き出される方向を正）とのなす角度が、８０°以下になっていることが好ましい。
【００３０】
種基板の裏面とエッチングガス供給手段との位置関係を上記のようにすると、種基板のエッチングに要する時間を短縮することができ、エッチング時のIII−Ｖ族化合物半導体のダメージを抑え、エッチングの均一性もあがり、反り、クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。
【００３１】
また、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、上記本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置を用い、前記原料供給手段から、Ｖ族原料としてＮＨ3を、III族原料としてIII族原料のハロゲン化物を、吹き出させることを特徴とするものである。
【００３２】
この結果、反り、クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。
【００３３】
また、上記本発明において、前記種基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ２Ｏ４のスピネル型結晶（ＡＢ２Ｘ４：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ３のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ２のいずれかによって構成されていることが好ましい。
【００３４】
上記の種基板を用いることにより、反り、クラック等の欠陥の発生を低減したIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。
【００３５】
なお、本発明において、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体とは、Ｖ族元素が窒素であるIII−Ｎ系化合物半導体のことを示しており、例えば、ＧａＮ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＡｌαＧａ１−αＮ（０＜α＜１）、ＩｎＮ、ＩｎβＧａ（１−β）Ｎ（０＜β＜１）、ＩｎγＧａδＡｌ（１−γーδ）Ｎ（０＜γ＜１、０＜δ＜１）等がある。
【００３６】
また、原料吹出し部とは、原料吹出し口、または原料吹出し口にノズルが装着されている場合はノズルのことを示している。
【００３７】
また、種基板とは、その上にIII−Ｖ族化合物半導体を成長させるための元となる基板のことを示している。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置及びIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０の概略を示す断面図、図２は、図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、図３は、図１のＣ−Ｃ’線に沿う断面図をそれぞれ示している。
【００４０】
このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０は、III族原料及びＶ族原料を充填し、加熱処理することにより結晶成長させる反応場となる水平状態に配置された円筒状の反応容器１１を有し、この反応容器１１の内部に、III−Ｖ族化合物半導体の結晶成長を開始するための種基板１０１を垂直状態で保持するサセプタ１２と、垂直状態に保持された基板１０１に向けてIII族原料を供給する円筒状のIII族原料供給管１３と、Ｖ族原料を供給する断面が矩形状になっているＶ族原料供給管１４Ａと、種基板１０１の裏面側までＶ族原料を供給できるもう一方のＶ族原料供給管１４Ｂと、ドーピング原料を供給する円筒状のドーピング原料供給管１５と、種基板１０１の除去のために使用されるエッチングガスを供給する円筒状のエッチングガス供給管１６とが設けられている。反応容器１１の外部には、反応容器１１の外周面に沿うように加熱ヒータ１７が設けられており、反応容器１１の全体を外周面から加熱する。
【００４１】
III族原料供給管１３は、円筒状の反応容器１１の中心軸に沿って水平状態で設けられており、矢印Ｄで示す方向にIII族原料を進行させる。また、III族原料供給管１３の所定の位置には、III族原料を発生させるためのIII族原料を貯蔵するIII族原料貯蔵部１８を有している。
【００４２】
なお、III族原料供給管１３は、二重管構造として、内管からIII族原料を供給するとともに、外管からキャリアガスである水素、窒素等を吹出させるようにして、III族原料とＶ族原料との結晶物がIII族原料供給管１３の吹出口に付着することを防止する構造としてもよい。
【００４３】
Ｖ族原料供給管１４Ａは、III族原料供給管１３から所定間隔を空けた上方に水平状態に設けられており、矢印Ｅで示す方向にＶ族原料を進行させる。
【００４４】
Ｖ族原料供給管１４Ｂは、種基板１０１の裏側まで達しており、該裏側に矢印Ｍの方向にＶ族原料を供給できる。
【００４５】
ドーピング原料供給管１５は、III族原料供給管１３から所定間隔を空けた下方に水平状態に設けられており、矢印Ｅと同方向である矢印Ｆで示す方向にドーピング原料を進行させる。
【００４６】
エッチングガス供給管１６は、Ｖ族原料供給管１４Ａから所定間隔を空けた上方に水平状態に設けられており、矢印Ｄ〜Ｆと同方向である矢印Ｇで示す方向にエッチングガスを進行させる。
【００４７】
各供給管１３〜１６の先端部には、生成物の付着及びこの生成物の付着による割れを防止するために、各原料またはエッチングガスを吹き出す吹出ノズル１３ａ〜１６ａがそれぞれ設けられている。各吹出ノズル１３ａ〜１６ａは、それぞれカーボン材（Ｃ）によって形成され、表面にはポリ窒化ボロン（以下、ＰＢＮで示す）が２００ｎｍの膜厚でコーティングされている。
【００４８】
サセプタ１２は、リング状に構成されており、各供給管１３〜１６に対向して垂直方向に沿って配置されており、その下部がサセプタ台１９に、周方向に回転自在に取り付けられている。図２に示すように、サセプタ１２の内部には、上下に設けられた回転用治具２０を介して、種基板１０１を同心状態で保持するリング状の保持爪２１が設けられている。この保持爪２１は、上下の回転用治具２０によって垂直軸回りに回転自在になっている。サセプタ１２に対して各供給管１３〜１６とは反対側には、回転用ロッド２２が各供給管１３〜１６に沿った水平状態で配置されている。回転用ロッド２２は、種基板１０１に対して接離可能になっており、種基板１０１に当接することにより、種基板１０１が１８０度にわたって回転される。保持爪２１、回転用治具２０、サセプタ１２、サセプタ台１９は、それぞれカーボン材（Ｃ）により形成され、その表面には、ＰＢＮが２００μｍの膜厚でコーティングされている。
【００４９】
反応容器１１における各供給管１３〜１６の遠方側の端部の上側には、各供給管１３〜１６から導入された未反応の原料ガス及びエッチングガス等を排気するガス排気口２３が設けられており、未反応の原料ガス等が順次、このガス排気口２３から図示しない排ガス処理装置に排出され、この排ガス処理装置によって排ガス処理を施した後、大気に放出される。
【００５０】
以下、上記構成のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０を用いて、種基板１０１にIII−Ｖ族化合物半導体を成膜させ、その後エッチングガスによって種基板を除去する本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法について、ＧａＮ厚膜の成膜を例として説明する。
【００５１】
まず、（１１１）Ａ面を主面とする２インチ径のＧａＡｓ種基板１０１を、アセトン、アルコールによって洗浄した後、反応容器１１内のサセプタ１２に保持爪２１によって垂直状態で固定する。ここで、ＧａＡｓの格子定数は４．５３Å、熱膨張係数は６×１０-6／Ｋである。
【００５２】
なお、本実施の形態１では、種基板１０１として（１１１）Ａ面を主面とするＧａＡｓを使用した例について記載するが、他に本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置においてエッチングが可能であるような（１００）等の他の面を主面とするＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ2Ｏ4等のスピネル型結晶（ＡＢ2Ｘ4：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ3等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ2等の基板を使用してもよい。
【００５３】
次に、反応容器１１の内部を真空引きし、その後、大気圧になるまで、反応容器１１内に窒素ガスを充填する。
【００５４】
次に、サセプタ１２を周方向に回転駆動することにより、種基板１０１を５回転／ｍｉｎ．程度の回転速度で回転させながら、加熱ヒータ１７を駆動させ、Ｖ族原料供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１５のそれぞれの原料供給ノズル１４ａ及び１５ａから、合計１０Ｌ／ｍｉｎ．の窒素ガスを流しながら、種基板１０１の温度を６００℃まで昇温する。また、III族原料供給管１３のIII族原料供給部１８にＧａ金属を貯蔵しておき、III族原料貯蔵部１８を８００℃程度に加熱する。各部の温度が安定した時点で、III族原料供給管１３に、１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを導入する。III族原料供給管１３内に導入されたＨＣｌガスは、III族原料貯蔵部１８のＧａと反応して、ＧａＣｌガスを発生し、III族原料供給ノズル１３ａから、ＧａＣｌガスが吹き出される。
【００５５】
III族原料供給管１３にＨＣｌガスを導入し始めてから約３分が経過した後、Ｖ族原料供給管１４Ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ3ガスと５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを吹き出させる。各原料供給管１３及び１４Ａから吹き出されるＧａＣｌとＮＨ3とが反応して、種基板１０１上にＧａＮ結晶を生成して、膜の成長が開始される。
【００５６】
ＧａＮ膜厚が６００Å程度になるまで、４０分程度成長を続ける。この操作により、本成長温度である１０００℃までの昇温時に主面であるＧａＡｓ（１１１）Ａ面からＧａＡｓが離脱し、ＧａＮ結晶が劣化することを防ぐことができる。
【００５７】
その後、ＧａＮ膜が分離、離脱することを防ぐため、基板へＶ族原料供給管１４ＡからＮＨ3ガスと窒素ガスの供給を継続しながら、種基板１０１の温度を１０００℃まで昇温し、前記と同様の手順でＧａＮ膜を成長する。
【００５８】
ドーピング原料供給管１５から供給されるガスは、ＧａＮ膜の電気伝導の特性をｐ型にする際には、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2Ｍｇと記す）等が吹き出される。他方、ＧａＮ膜の電気伝導の特性をｎ型にする場合には、ジクロロシラン（以下、ＳｉＨ2Ｃｌ2と記す）等が吹き出される。以下、本実施の形態１では、ＳｉＨ2Ｃｌ2を導入して、ｎ型半導体を製造する場合について説明する。
【００５９】
種基板１０１の温度が１０００℃に達した後、継続して供給されているＮＨ3ガスに加えて、III族原料供給管１３から１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスを供給する。その後、ドーピング原料供給管１５から窒素ガスにより１００ｐｐｍに希釈したＳｉＨ2Ｃｌ2を２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量で吹き出させ、キャリアガスとして窒素ガスを２Ｌ／ｍｉｎ．の流量で導入し、ｎ型ＧａＮ膜を成長させる。この状態で、３０分間ｎ型ＧａＮ膜の成長を行い、ＧａＮの膜厚が５０μｍ程度に達した後、III族原料供給管１３、Ｖ族原料供給管１４Ａ、ドーピング原料供給管１５からのそれぞれの原料ガスの供給を停止し、回転用ロッド２２により種基板１０１の裏面がエッチングガス供給管１６に対向するように表裏に回転させる。
【００６０】
このとき、Ｖ族原料供給管１４ＢからＧａＮ膜を保護するために、ＮＨ3ガスを５Ｌ／ｍｉｎ．の流量で供給する。
【００６１】
次に、エッチングガス供給管１６から、２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスを流し、種基板１０１を形成するＧａＡｓをエッチングにより除去する。エッチングガスが種基板１０１の中心付近に当たるようにすれば、中心付近のＧａＡｓが除去され、周囲の保持爪２１近傍のＧａＡｓが残った状態になる。また、エッチングガス供給管１６に面した種基板１０１の全てがエッチングにより除去されても、保持爪２１の溝部分にＧａＮ膜が入り込み、この状態で安定するので、ＧａＮ膜の成長を続行することができる。本実施の形態１では、ＧａＡｓを全てエッチングにより除去し、ＧａＮ膜のみが残るようにした。
【００６２】
種基板１０１を形成するＧａＡｓを除去した後、エッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスの供給を停止し、再び、回転用ロッド２２により、サセプタ１２の表裏を回転させる。この後すぐに、III族原料供給管１３から、１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを流し、Ｖ族原料供給管１４Ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ3ガスと５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを流し、ドーピング原料供給管１５から、２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＳｉＨ2Ｃｌ2と２Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを流し、ｎ型ＧａＮ膜の成長を再開する。このとき、Ｖ族原料供給管１４Ｂから種基板１０１を除去したＧａＮ面を保護するために、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量でＮＨ3ガスの供給を行う。この供給は、反対側の面でＧａＮの成長を終えて、ＧａＮ膜の温度が４００℃以下になるまで続ける。
【００６３】
ＧａＮ膜の成長を４時間にわたって続け、ＧａＮの膜厚が４５０μｍ程度に達した後、加熱ヒータ１７の出力を停止し、III族原料供給管１３に導入しているＨＣｌガス及び窒素ガス、ドーピング原料供給管１５に導入しているＳｉＨ2Ｃｌ2の供給をそれぞれ停止し、サセプタ１２に保持されているＧａＮ膜の温度が４００℃になるまで降温する。
【００６４】
ＧａＮ膜の温度が４００℃以下になった後、Ｖ族原料供給管１４Ａ及び１４Ｂから供給しているＮＨ3ガスを窒素ガスに変更し、反応容器１１内の温度を室温まで降温した後、成膜されたＧａＮ膜をサセプタ１２から取り出す。
【００６５】
本実施の形態１の方法により成長させたＧａＮ膜の中心部分の膜厚は４５０μｍ、膜厚分布は±３０μｍ、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の曲率半径は、９．２×１０3ｍｍであり、１００倍の倍率にした光学顕微鏡の観察でクラックは見られなかった。また、ＧａＮ膜の中央付近の０００２反射の半値全幅は、１９０ａｒｃｓｅｃ．であった。
【００６６】
一方、比較のために、従来例として、図２３に示す従来技術のＨＶＰＥ装置１Ｂを製作し、該装置を用いて、ＧａＡｓを種基板１０１として、膜厚４５０μｍのＧａＮを成長させた。この方法を以下に説明する。
【００６７】
５０μｍのＧａＮ膜を成長させるまでは、本実施の形態のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０を用いた成長方法と同様である。このときドーピング原料ガスはＶ族原料供給管１４Ａから、Ｖ族原料ガスと同時に導入する。
【００６８】
このあと、エッチングガス供給管１６から、５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の水素ガスを供給し、種基板１０１のエッチングを開始する。このとき反対側の面でのＧａＮ膜の成長は継続する。
【００６９】
４時間程度の成長でＧａＮを膜厚４５０μｍ成長させる。また、種基板１０１のＧａＡｓを除去するのに要する時間も、ほぼ４時間程度要する。その後、加熱ヒータ１７の出力を停止し、エッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスと水素ガスの供給を停止し、替わって５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスを供給する。また、III族原料供給管１３に導入しているＨＣｌガス及び窒素ガス、ドーピング原料であるＳｉＨ2Ｃｌ2の供給をそれぞれ停止し、ＧａＮ膜の温度が４００℃になるまで降温する。
【００７０】
ＧａＮ膜の温度が４００℃以下になった後、Ｖ族原料供給管１４Ａから供給しているＮＨ3ガスを窒素ガスに変更し、反応容器１１内の温度を室温まで降温した後、成膜されたＧａＮ膜を反応容器１１から取り出す。
【００７１】
図４は、前記の従来例の方法で成膜したＧａＮ膜１０２を模式的に示した断面図である。この従来例により、ＧａＮ膜１０２を製造した場合、ＧａＮ膜１０２の端部から１ｃｍの距離の領域に５０本程度の割合でクラックが発生していた。また、膜中央付近のＸ線の０００２反射の半値全幅は、２７０ａｒｃｓｅｃ．であった。さらに、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の曲率半径は、８．２×１０2ｍｍであった。
【００７２】
図５は、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法と従来法により製造されたそれぞれのＧａＮ膜の膜厚と曲率半径との関係を示すグラフである。
【００７３】
図５を参照すると、□により示す本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａＮ膜は、０〜８００μｍの広範囲で、曲率半径が一定であり、膜厚が厚くなっても反りが殆ど現れないことが解かる。
【００７４】
上記のように、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０を用いて成長させたＧａＮ膜は、従来法により成長させたＧａＮ膜に比べて、反り、クラックともに少なく、高品質であることが明らかである。これは、所定の膜厚までＧａＮ膜を製造した後、エッチングガス供給手段によって、種基板１０１の裏面を、直接、エッチングし、種基板１０１を除去した後、該種基板１０１を除去したＧａＮ面へ窒素ガスよりも膜表面の保護能力の高いＶ族原料を吹き付けて、該ＧａＮ面を保護しながら、反対側の面でＧａＮ膜の製造を続けることができるので、該種基板１０１を除去したＧａＮ面での表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差から発生する歪みの影響が解消されたことによるものと考えられる。
【００７５】
なお、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０において、エッチングガスとして、ＨＣｌを用いているが、種基板１０１のエッチング速度、状態等を調整するために、Ｈ2、Ｃｌ2、ＨＦ等の他のガスを使用してもよい。
【００７６】
また、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０において、種基板１０１に対してほぼ垂直な方向から各原料ガスを導入しているが、ＧａＮ膜を成長させることができれば、種基板１０１に対してほぼ平行な方向から各原料ガスを導入する等、各原料ガスを導入する方向と種基板１０１の方向との関係を他の関係にしても、本実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０と同様に、ＧａＮ膜に反り、クラックが発生することが抑えられることを確認している。
【００７７】
次に、種基板１０１をエッチングにより除去するためのエッチングガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１との距離及び角度についての最適な位置関係について調べた。
【００７８】
図６は、エッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１との距離及び角度を定義するためにガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１を保持した状態のサセプタ１２の周辺を拡大して示す概略図である。
【００７９】
種基板１０１とエッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａとの距離については、エッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａの軸心線からサセプタ１２に保持されている種基板１０１の中心１０１ａまでの距離（以後、距離αと表現する）により定義し、種基板１０１とエッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａとのなす角度については、種基板１０１のその中心線に沿ったベクトルＩが、エッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａの軸心線Ｈに沿ったベクトルＪ（ベクトルＩ、Ｊ共にエッチングガスが吹き出される下流方向を正とする）に対してなす角度（以後、β角と表現する）により定義する。
【００８０】
以下、β角を、（０°、５°、１０°）、（２０°、４０°）、（６０°、７０°）、（８０°、８５°、９０°）のそれぞれに設定した場合において、距離αを種々変更し、良質なＧａＮ膜を得るための、最適な距離α及びβ角について検討した。
【００８１】
図７〜図１０は、距離α及びβ角と種基板１０１を除去するために要する時間との関係を示すグラフである。
【００８２】
図７〜図１０に示す各グラフから、距離αは、種基板１０１の除去に要する時間の短縮を図る上で、５〜１５０ｍｍの範囲内であることが好ましいことが分かった。これは、距離αが５ｍｍ以下であると、種基板１０１までの距離が近すぎるために、エッチングガス供給管１６から供給されるエッチングガスが種基板１０１の周辺に十分に供給されず、また、距離αが１５０ｍｍ以上であると、種基板１０１までの距離が遠すぎて、エッチングガス供給管１４から供給されるエッチングガスが種基板１０１に達する前に拡散するためであると考えられる。
【００８３】
また、β角は、種基板１０１の除去に要する時間の短縮を図る上で、８０°以下（−８０〜０°も含む）であることが好ましいことが分かった。これは、β角が８０°以上であると、エッチングガス供給管１６から供給されるエッチングガスが種基板１０１の外周側に流れにくくなるためであると考えられる。
【００８４】
以上に説明したように、距離αは、５〜１５０ｍｍ、β角は、８０°以下とすることが、種基板１０１を除去するために要する時間を短縮する上で最適であることが明らかである。
【００８５】
（実施の形態２）
図１１は、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａの概略を示す断面図である。
【００８６】
このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａでは、種基板１０１が、サセプタ台１９上に周方向に回転自在に取り付けられたサセプタ１２に装着される。また、エッチングガス供給管１６が、矢印Ｇのように反応容器１１の上部に沿って、サセプタ１２の裏面に回り込んで、種基板１０１の裏面に、直接、図１１の矢印Ｇ’に示す方向にエッチングガスを吹き出す構成となっている。さらに、Ｖ族原料供給管１４Ｂが、矢印Ｍのように反応容器１１の上部に沿って、サセプタ１２の裏面に回り込んで、種基板１０１の裏面に、直接、図１１の矢印Ｍ’に示す方向にエッチングガスを吹き出す構成となっている。他の構成は、実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０の構成と同一であるので、同一構成についての説明は省略する。
【００８７】
このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａは、エッチングガス供給管１６が、反応容器１１の上端に沿って、サセプタ１２の裏面に回り込んで、種基板１１の裏面に、直接、エッチングガスを吹き出すことができるため、種基板１０１を表裏に回転させることなく、除去することができ、除去した後は、Ｖ族原料供給管１４ＢからＶ族原料ガスを吹き出して、ＧａＮ膜を保護することができる。
【００８８】
以下、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａを用いて、種基板１０１上にIII−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させ、その後エッチングガスにより種基板１０１を除去する本発明のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法について、ＧａＮ厚膜の成膜を例として説明する。
【００８９】
まず、ＭＯＣＶＤ法によって、３μｍの膜厚のＧａＮを成長した２インチ径のＳｉ（１００）種基板１０１を、アセトン、アルコールによって洗浄した後、反応容器１１内のサセプタ１２に垂直状態で固定する。
【００９０】
なお、本実施の形態２では、種基板１０１としてＳｉ（１００）を使用した例について記載するが、他に本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａにおいてエッチングが可能であるようなＳｉ（１１１）等の他の面を主面とするＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ2Ｏ4等のスピネル型結晶（ＡＢ2Ｘ4：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ3等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ2等の基板を使用してもよい。
【００９１】
次に、反応容器１１の内部を真空引きし、その後、大気圧になるまで、反応容器１１内に窒素ガスを充填する。
【００９２】
次に、サセプタ１２を周方向に回転駆動して、種基板１０１を５回転／ｍｉｎ．程度の回転速度で回転駆動させながら、加熱ヒータ１７を駆動し、Ｖ族原料供給管１４Ａを通じて、Ｖ族原料供給ノズル１４ａから５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ3ガス、そしてドーピング原料供給管１５の原料供給ノズル１５ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスを流しながら、種基板１０１の温度を１１００℃まで昇温する。また、III族原料供給管１３のIII族原料貯蔵部１８にＧａ金属を貯蔵しておき、III族原料貯蔵部１８を８００℃程度に加熱する。各部の温度が安定した時点で、III族原料供給管１３に、１００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスと５００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを導入する。III族原料供給管１３内に導入されたＨＣｌガスは、III族原料貯蔵部１８のＧａ金属と反応して、ＧａＣｌガスを発生し、III族原料供給ノズル１３ａから、ＧａＣｌガスが吹き出される。
【００９３】
III族原料供給管１３にＨＣｌガスを導入し始めてから約３分が経過した後、Ｖ族原料供給管１４Ａから、５Ｌ／ｍｉｎ．の流量のＮＨ3ガスと５Ｌ／ｍｉｎ．の流量の窒素ガスとを吹き出させる。各原料供給管１３及び１４Ａから吹き出されるＧａＣｌとＮＨ3とが反応して、種基板１０１上にＧａＮ結晶を生成して、ＧａＮ膜の成長が開始される。
【００９４】
ドーピング原料供給管１５から供給されるガスは、ＧａＮ膜の電気伝導の特性をｐ型にする際には、Ｃｐ2Ｍｇ等が吹き出される。他方、ＧａＮ膜の電気伝導の特性をｎ型にする場合には、ＳｉＨ2Ｃｌ2等が吹き出される。以下、本実施の形態２では、ＳｉＨ2Ｃｌ2を導入してｎ型半導体を製造する場合について説明する。
【００９５】
Ｖ族原料供給管１４ＡからＮＨ3ガスの供給を開始した後、直ちに、ドーピング原料供給管１５から、窒素ガスにより１００ｐｐｍに希釈したＳｉＨ2Ｃｌ2を２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量で吹き出させ、また、キャリアガスとして窒素ガスを２Ｌ／ｍｉｎ．の流量で導入し、ｎ型ＧａＮ膜を成長させた。この状態で３０分間、ＧａＮ膜の成長を行い、ＧａＮ膜の膜厚が５０μｍに達した後、エッチングガス供給管１６から、２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量のＨＣｌガスを種基板１０１の裏面に向けて吹き出させ、Ｓｉ種基板１０１をエッチングにより除去していく。エッチングガスが種基板１０１の裏面の中心付近に当たるようにすれば、この中心付近の種基板１０１付近のＳｉが残った状態になる。また、種基板１０１の全体がエッチングにより除去されても、種基板１０１をサセプタ１２に保持するための保持爪の溝部分にＧａＮ膜が入り込み、この状態で安定するので、ＧａＮ膜の成長を続行することができる。本実施の形態２では、種基板１０１を全てエッチングにより除去し、ＧａＮ膜のみが残るようにした。
【００９６】
本実施の形態２では、ＧａＮ膜を成長させるために種基板１０１の前面側に配置された各原料供給管１３〜１５に対して、種基板１０１を除去するためのエッチングガス供給管１６は、種基板１０１の裏面側に配置されているため、サセプタ１２の裏面側にて種基板１０１をエッチングにより除去しながら、表面側から各原料供給管１３〜１５のガス吹出しノズル１３ａ〜１５ａから各原料を供給することによりＧａＮ膜の成長を続けることができる。
【００９７】
このようにして、種基板１０１を除去した後、エッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスの供給を停止した。除去した後は、Ｖ族原料供給管１４ＢからＮＨ3ガスを吹き出して、ＧａＮ膜を保護する。
【００９８】
エッチングにより種基板１０１を除去している最中にも、ＧａＮ膜の成長は続けており、ＧａＮ膜の成長を４時間にわたって続け、ＧａＮ膜の膜厚が４５０μｍ程度に達した後、加熱ヒータ１７の出力を停止し、III族原料供給管１３に導入しているＨＣｌガス及び窒素ガス、ドーピング原料供給管１５に導入しているＳｉＨ2Ｃｌ2の供給をそれぞれ停止し、種基板１０１の温度が４００℃になるまで降温する。
【００９９】
サセプタ１２に保持されているＧａＮ膜の温度が４００℃以下になった後、Ｖ族原料供給管１４Ａ及び１４Ｂから供給しているＮＨ3ガスを窒素ガスに変更し、反応容器１１内の温度を室温まで降温した後、ＧａＮ膜をサセプタ１２から取り出す。
【０１００】
本実施の形態２の方法により成長させたＧａＮ膜の中心部分の膜厚は、４５０μｍ、膜厚分布は、±３５μｍ、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の曲率半径は、９．１×１０3ｍｍであり、１００倍の倍率にした光学顕微鏡の観察によってクラックは見られなかった。また、ＧａＮ膜の中央付近の０００２反射の半値全幅は、１８０ａｒｃｓｅｃ．であった。
【０１０１】
図１２は、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法と従来法とにより製造されたそれぞれのＧａＮ膜の膜厚と曲率半径との関係を示すグラフである。
【０１０２】
図１２を参照すると、□により示す本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａＮ膜は、０〜８００μｍの広範囲で、曲率半径が一定であり、膜厚が大きくなっても、反りがほとんど現われないことが分かる。これに対して、●により示す従来例の製造方法により製造されたＧａＮ膜は、膜厚が厚くなるに従い、曲率半径が小さくなっており、膜厚が厚くなるほど反りが大きくなっていくことが分かる。
【０１０３】
このように、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａを用いて成長させたＧａＮ膜は、従来法により成長させたＧａＮ膜に比べて、反り、クラックともに少なく、高品質であることが明らかである。これは、所定の膜厚までＧａＮ膜を製造した後、エッチングガス供給手段によって、種基板１０１の裏面を、直接、エッチングし、種基板１０１を除去した後、該種基板１０１を除去したＧａＮ面へ窒素ガスよりも膜表面の保護能力の高いＶ族原料を吹き付けて、該ＧａＮ面を保護しながら、反対側の面でＧａＮ膜の製造を続けることができるので、該種基板１０１を除去したＧａＮ面での表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差から発生する歪みの影響が解消されたことによるものと考えられる。
【０１０４】
なお、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａにおいて、エッチングガスとしてＨＣｌを用いているが、種基板１０１のエッチング速度、状態等を調整するために、Ｈ2、Ｃｌ2、ＨＦ等の他のガスを使用してもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａにおいて、種基板１０１に対してほぼ垂直な方向から各原料を導入しているが、ＧａＮ膜を成長させることができれば、種基板１０１に対してほぼ平行な方向から各原料を導入する等、各原料を導入する方向と種基板１０１の方向との関係を他の関係にしても、本実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａと同様に、ＧａＮ膜に反り、クラックの発生が抑えられることを確認している。
【０１０６】
次に、種基板１０１をエッチングにより除去するためのエッチングガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１との距離及び角度についての最適な位置関係について調べた。
【０１０７】
図１３は、エッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１との距離及び角度を規定する定義を示すためにエッチングガス吹出ノズル１６ａと種基板１０１を保持した状態のサセプタ１２の周辺を拡大して示す概略図である。
【０１０８】
種基板１０１とエッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａとの距離については、エッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａの軸心線Ｈ’からサセプタ１２に保持されている種基板１０１の中心１０１ａまでの距離（以後、距離αと表現する）により定義し、種基板１０１とエッチングガス供給管１６のガス吹出ノズル１６ａとのなす角度については、種基板１０１のその中心線に沿ったベクトルＩ’が、エッチングガス供給管１６のエッチングガス吹出ノズル１６ａの軸心線に沿ったベクトルＪ’（ベクトルＩ’、Ｊ’共にエッチングガスが吹き出される上流方向を正とする）に対してなす角度（以後、β角と表現する）により定義する。
【０１０９】
そして、β角を、（０°、５°、１０°）、（２０°、４０°）、（６０°、７０°）、（８０°、８５°、９０°）のそれぞれに設定した場合において、距離αを種々変更し、良質なＧａＮ膜を得るための、最適な距離α及びβ角について検討した結果、それぞれの距離α及びβ角について、実施の形態１において示した図７〜図１０に示した結果と同様の結果が得られ、距離αは、５〜１５０ｍｍ、β角は、８０°以下とすることが、種基板１０１を除去するために要する時間を短縮する上で最適であることが明らかとなった。
【０１１０】
また、（１１１）等の他の面を主面とするＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ2Ｏ4等のスピネル型結晶（ＡＢ2Ｘ4：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ3等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ2等の基板を用いた場合にも、程度の差はあるが、同様の傾向を示した。さらに、エッチングガスとしてＨ2、Ｃｌ2、ＨＦ等の他のガスを使用した場合にも、同様の傾向を示した。
【０１１１】
また、図１１で示すようなIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａ以外にも、図１４で示すようなIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ｂも使用できる。
【０１１２】
このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ｂでは、回転用ロッド２２の中に、エッチングガス供給管１６とＶ族原料供給管１４Ｂとを備えている。エッチングガスは矢印Ｇのように流れ、該エッチングガスが、直接、種基板１０１の裏面に当たり、その後、サセプタ１２の裏面の一部に空けられた穴から矢印Ｇ’のように排出される。この構造においては、種基板１０１の回転が容易であり、エッチングガス及びキャリアガス以外の関与が殆どないため、エッチング量の制御性が向上すると考えられる。さらに、種基板１０１を除去した後は、Ｖ族原料供給管１４Ｂから矢印ＭのようにＶ族原料ガスを流すことができる。
【０１１３】
このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ｂも、図１１に示すIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａと同様の効果が得られることを確認している。
【０１１４】
また、本実施の形態２では、エッチングガスとＧａＮ膜を保護するためのＮＨ3ガスの供給管を、それぞれエッチングガス供給管１６とＶ族原料供給管１４Ｂとからそれぞれ供給しているが、ガス種によっては、エッチングが終了した後、エッチングガス供給管１６から保護ガスとしてＮＨ3ガスを流しても構わない。但し、この場合には、ＨＣｌとＮＨ3とが、常温で気相反応して、固形の塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）が発生する点に考慮する必要がある。
【０１１５】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、２枚以上のIII−Ｖ族化合物半導体の厚膜を、同時に製造するIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０及びこのIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０によるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法について、図面に基づき詳細に説明する。
【０１１６】
図１５は、６枚の種基板１０１に同時に結晶成長させることができるIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０の断面図、図１６は、図１５のＫ−Ｋ’線に沿った断面図である。
【０１１７】
このIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０は、III族原料及びＶ族原料を種基板１０１の表面に供給し、加熱処理することにより基板１０１に結晶成長させる反応場となる円筒状の反応容器１１を有している。この反応容器１１は、垂直状態に配置されており、その内部には、III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるための複数の基板１０１をそれぞれ保持する複数のサセプタ１２と、基板１０１に向けてIII族原料を供給するIII族原料供給管１３と、Ｖ族原料を供給するＶ族原料供給管１４Ａと、ドーピング原料を供給するドーピング原料供給管１５と、種基板１０１をエッチングするためのエッチングガスを供給するエッチングガス供給管１６と、ＧａＮ膜を保護するためのＶ族原料供給管１４Ｂとが設けられている。反応容器１１の外部には、反応容器１１の外周に沿うように、反応容器１１を加熱するための加熱ヒータ１７が設けられている。
【０１１８】
反応容器１１は、水平状態に配置された円板状の底板部１１ａを有し、この底板部１１ａ上に、底板部１１ａと同心状態になるように垂直状態に配置された円筒状の円筒部１１ｂが取り付けられている。この円筒部１１ｂは、上部を除いて一定の直径になっており、円筒部１１ｂの上部１１ｃは、上方に突出した半球形状に構成されている。円筒部１１ｂの最上部には、原料ガスを排気するための排気口２３が設けられている。
【０１１９】
反応容器１１の内部には、円筒部１１ｂの中心軸に沿って支軸４１が設けられており、この支軸４１の上端には、円板状に形成されたサセプタ装着台４２が、反応容器１１の円筒部１１ｂと同心状態で設けられている。
【０１２０】
このサセプタ装着台４２の下面には、６つのサセプタ１２がサセプタ装着台４２の中心軸と同心円上に等しい間隔を空けて設けられている。各サセプタ１２は、結晶成長時に膜の均一性を向上させるため、それぞれ軸心方向に沿って、３０回転／ｍｉｎ．程度の回転速度で回転可能になっている。各サセプタ１２は、サセプタ装着台４２の下面側に設けられて、その下面に基板１０１がそれぞれ支持されるフェースダウン型となっており、結晶成長中に粉塵が発生しても、粉塵は下方に落下するために、結晶にピット等の欠陥が発生することを抑制することができる。
【０１２１】
上記のサセプタ装着台４２の下面に設けられた各サセプタ１２に対向して、III族原料を供給する６つのIII族原料供給管１３を内部にした同心状態で嵌合された二重管として、ドーピング原料を供給するドーピング原料供給管１５が、それぞれ設けられている。また、各ドーピング原料供給管１５には、各ドーピング原料供給管１５を内部に同心状態で嵌合したＶ族原料供給管１４Ａがそれぞれ設けられている。各ドーピング原料供給管１５の所定の位置には、III族原料を発生させるためのIII族原料貯蔵部１８がそれぞれ設けられている。各原料供給管をこのように配置することにより、III族原料とＶ族原料が各原料供給管の吹出し口付近で混合されて、生成するＧａＮがIII族原料供給管１３の吹出し口に付着することが防止される。
【０１２２】
各Ｖ族原料供給管１４Ａと支軸４１との間には、エッチングガス供給管１６とＶ族原料供給管１４Ｂとがそれぞれ設けられている。このエッチングガス供給管１６とＶ族原料供給管１４Ｂとは、サセプタ装着台４２の上方に貫通されて、サセプタ１２に保持されたそれぞれの種基板１０１に対向して、種基板１０１の上方から、それぞれエッチングガス、Ｖ族原料ガスを供給するように配置されている。
【０１２３】
なお、サセプタ１２は、ＧａＮ結晶が付着し、さらにこのＧａＮ結晶の付着により治具に割れが発生する等の破損が発生することを防止するために、その表面部にＰＢＮ、ＳｉＣ、ＴａＣ、Ｂｎ等をコーティング等したカーボン材により構成され、また、各原料管の原料吹出口は、その表面部にＰＢＮ、ＳｉＣ、ＴａＣ、ＢＮによりコーティングされたカーボン材により構成される。
【０１２４】
上記構成のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０により、III−Ｖ族化合物半導体としてＧａＮ膜を各種基板１０１に成膜する場合、III族原料供給管１３からは、ＧａＣｌガスが吹き出される。このＧａＣｌガスは、III族原料貯蔵部１８にＧａ金蔵を貯蔵しておき、III族原料供給管１３内にＨＣｌガスを導入し、このＨＣｌガスがIII族原料貯蔵部１８のＧａ金属と反応することにより発生され、III族原料供給管１３の先端から吹き出される。また、Ｖ族原料供給管１４Ａからは、ＮＨ3ガスが基板１０１へ吹き出される。さらに、ドーピング原料は、ドーピング原料供給管１５を介して、基板１０１上に吹き出される。
【０１２５】
上記構成のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０を用いて、実施の形態２と同様の方法により、ＧａＮ膜の結晶成長を行った結果、各ＧａＮ膜の中心部分の膜厚が、４５０μｍ、平均の膜厚分布が、±３０μｍ、反りの指標の一つであるＧａＮ膜の平均曲率半径が、８．７×１０3ｍｍとなり、１００倍の倍率の光学顕微鏡でクラックは観察されなかった。また、膜中央付近のＸ線の０００２反射の判値全幅は、１８５ａｒｃｓｅｃ．であった。
【０１２６】
図１７は、本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体４０の製造方法と従来方法とにより製造されたそれぞれのＧａＮ膜の膜厚と曲率半径との関係を示すグラフである。
【０１２７】
図１７を参照すると、□により示す本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａｎ膜は、０〜８００μｍの広範囲で、曲率半径が一定であり、膜厚が厚くなっても反りが殆ど現われないことが分かる。これに対して、●により示す従来方の製造方法により製造されたＧａＮ膜は、膜厚が厚くなるに従い、曲率半径が小さくなっており、膜厚が厚くなるほど反りが大きくなっていくことが分かる。
【０１２８】
このように、本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０を用いて成長させたＧａＮ膜は、従来法により成長させたＧａＮ膜に比べて、反り、クラックともに少なく、高品質であることが明らかである。これは、所定の膜厚までＧａＮ膜を製造した後、エッチングガス供給手段によって、種基板１０１の裏面を、直接、エッチングし、種基板１０１を除去した後、該種基板１０１を除去したＧａＮ面へ窒素ガスよりも膜表面の保護能力の高いＶ族原料を吹き付けて、該ＧａＮ面を保護しながら、反対側の面でＧａＮ膜の製造を続けることができるので、該種基板１０１を除去したＧａＮ面での表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差から発生する歪みの影響が解消されたことによるものと考えられる。
【０１２９】
なお、本実施の形態３では、種基板１０１としてＳｉ（１００）を使用しているが、他に本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０においてエッチングが可能であるような（１１１）等の他の面を主面とするＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ2Ｏ4等のスピネル型結晶（ＡＢ2Ｘ4：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ3等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ2等の基板を使用しても本実施の形態３と同様の効果があることを確認している。また、エッチングガスとしては、ＨＣｌ以外にも、Ｈ2、Ｃｌ2、ＨＦ等の他のガスを使用しても本実施の形態３と同様の効果がある。
【０１３０】
また、本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０において、種基板１０１に対してほぼ垂直な方向から各原料を導入しているが、ＧａＮ膜を成長させることができれば、種基板１０１に対してほぼ平行な方向から各原料を導入する等、各原料を導入する方向と種基板１０１との関係を他の関係にしても、本実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０と同様に、ＧａＮ膜に反り、クラックが発生することが抑えられることを確認している。
【０１３１】
また、実施の形態２で説明したように、距離αは、５〜１５０ｍｍの範囲にあることが好ましく、角度βは、８０°以下（−８０°〜０°も含む）であることが好ましいことを確認している。
【０１３２】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法を利用したレーザダイオードを作製するＭＯＣＶＤ装置５０について、図面に基づいて説明する。
【０１３３】
図１８は、このＭＯＣＶＤ装置５０の概略図、図１９は、図１８のＬ−Ｌ’線に沿った断面図である。
【０１３４】
このＭＯＣＶＤ装置５０は、（１００）を主面としたＳｉ種基板１０１上にIII−Ｖ族化合物半導体を結晶化して成膜させるための反応場となる反応容器としての水平に配置された円筒状の石英フローライナー５１を有し、この石英フローライナー５１の内部には、結晶成長させる種基板１０１を保持するためのリング状のサセプタ１２と、円筒状の石英フローライナー５１の中心軸に沿って設けられたIII族原料供給管１３と、このIII族原料供給管１３を中心とした対称な位置にそれぞれIII族原料供給管１３に平行に配置されたＶ族原料供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１５とが設けられている。また、Ｖ族原料供給管１４Ａの上方には、種基板１０１にエッチングガスを供給するエッチングガス供給管１６、Ｖ族原料供給管１４Ｂが設けられており、サセプタ１２の後方に回り込んで種基板１０１の裏面の中央部分にそれぞれエッチングガス、Ｖ族原料ガスを供給するように配置されている。
【０１３５】
石英フローライナー５１は、水冷式の冷却ボックス５２の内部に備えられており、冷却ボックス５２の水冷により、石英フローライナー５１をその周囲から冷却する。
【０１３６】
また、石英フローライナー５１内におけるサセプタ１２に近接した端面には、未反応の原料ガス及びキャリアーガスを排出する排気ガス出口２３が設けられており、この排気ガス出口２３は、石英フローライナー５１及び冷却ボックス５２の外部に引き出された排気用配管５３を介して排ガス処理装置５４に接続されている。
【０１３７】
サセプタ１２は、石英フローライナー５１の底部に設けられたサセプタ装着台１９に回転自在に取り付けられており、サセプタ１２に保持される基板１０１が石英フローライナー５１の中心軸を軸として回転する。サセプタ１２は、その表面にＰＢＮをコーティングしたカーボン材により構成される。
【０１３８】
サセプタ１２の内部には、炭素を材質とする熱電対により形成された抵抗加熱用ヒーター（図示せず）が配置されており、この抵抗加熱用ヒーターを加温することにより基板１０１の温度を制御することができる。
【０１３９】
III族原料供給管１３の先端部は、サセプタ１２に対向する先端側に向かって徐々に径が広くなったIII族原料吹出ノズル１３ａが設けられている。また、Ｖ族原料供給管１４Ａ及びドーピング原料供給管１５は、径の大きさが一定であり、サセプタ１２に対向する先端側において、種基板１０１の中心に向かうように設定されている。
【０１４０】
各原料供給管１３及び１４Ａ及び１５の後端部は、石英フローライナー５１及び冷却ボックス５２の外部に設けられた原料入口５５を介して外部に導通されており、この原料入口５５を介して所望の原料ガスが各原料供給管１３〜１５を通過して、石英フローライナー５１内に導入される。原料入口５５は、III族原料を貯蔵するIII族原料源５６、Ｖ族原料を貯蔵するＶ族原料源５７にそれぞれ導通パイプ５８を介して接続されている。
【０１４１】
III族原料源５６は、さらに、トリメチルガリウム（以後、ＴＭＧ）を貯蔵するＴＭＧ貯蔵部５６Ａ、トリメチルアルミニウム（以後、ＴＭＡ）を貯蔵するＴＭＡ貯蔵部５６Ｂ、トリメチルインジウム（以後、ＴＭＩ）を貯蔵するＴＭＩ貯蔵部５６Ｃを有している。
【０１４２】
各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃは、マスフローコントローラ５９を介して、キャリアガスである窒素ガスまたは水素ガスを供給するキャリアガス導通管６０に接続されている。このマスフローコントローラ５９は、各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃに供給されるキャリアガスである窒素ガスまたは水素ガスの流量を正確に制御する。各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃに貯蔵される各III族原料は、キャリアガス導通バルブ６０から供給される窒素ガスまたは水素ガスによってバブリングされて、キャリアガスとともに原料入口５５を介して石英フローライナー５１のIII族原料供給管１３に導かれ、III族原料吹出ノズル１３ａから基板１０１に向けて吹き出される。
【０１４３】
Ｖ族原料源５７には、ＮＨ3ガスが貯蔵され、キャリアガス導通パイプ６０から供給されるキャリアガスとともに、原料入口５５を介して石英フローライナー５１内のＶ族原料供給管１４Ａまたは１４Ｂに通されて、先端のＶ族原料吹出ノズル１４ａから種基板１０１の表面に向けて、または、Ｖ族原料供給管１４Ｂの先端から種基板１０１の裏面に向けて吹き出される。
【０１４４】
ドーピング原料源７８には、ｎ型半導体を製造するドーピング原料として、ＳｉＨ4が貯蔵される。なお、ｐ型半導体を製造する場合には、各III族原料源５６Ａ〜５６Ｃに隣接して設けられた貯蔵部６１に、ｐ型半導体のドーピング原料であるＣｐ2Ｍｇが貯蔵されて、III族原料を種基板１０１上に吹き出す際の経路と同様の経路を経て、種基板１０１上に吹き出される。
【０１４５】
図２０は、本実施の形態４のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置であるＭＯＣＶＤ装置５０を用いて作製したレーザダイオード２００の断面図である。
【０１４６】
このレーザダイオード２００は、ｎ型ＧａＮコンタクト層２０１上に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層２０２、ｎ型ＧａＮガイド層２０３、活性層２０４が順次積層された構造を有している。ＧａＡｓから形成された種基板１０１は、ｎ型ＧａＮコンタクト層２０１を成膜工程する前にエッチングガスにより除去されるため、最終的に製造されるレーザダイオード２００中には存在していない。
【０１４７】
活性層２０４の上には、さらに、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ0.85Ａｓ0.15蒸発防止層２０５、ｐ型ＧａＮガイド層２０６、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層２０７、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８が順次積層され、これら各層の結晶成長が行われた後、ＳｉＯ2絶縁膜２０９、ｐ型電極２１０Ａ、ｎ型電極２１０Ｂが形成されている。
【０１４８】
上記構成のレーザダイオード２００の製造方法を、図１８に示すＭＯＣＶＤ装置５０を使用した場合について説明する。
【０１４９】
まず、種基板１０１を洗浄して、ＭＯＣＶＤ装置５０内のサセプタ１２に設置する。石英フローライナー５１内を７０Ｔｏｒｒまで減圧した後、キャリアガス導通管６０から窒素ガスを石英フローライナー５１内に充填し、窒素ガス雰囲気中、５５０℃まで昇温し、石英フローライナー５１内の温度が一定になった時点で、キャリアガス導通管６０から供給される窒素ガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎ．とし、Ｖ族原料供給管１４Ａから供給されるＮＨ3ガスを３Ｌ／ｍｉｎ．の流量として、原料入口５５を介して、Ｖ族原料供給管１４Ａに通し、数秒後、III族原料供給源５６ＢからＴＭＧを６０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で、III族原料供給管１３から１分間流し、低温条件の下で、ＡｌＮバッファ層の成長を行った。成長させたＡｌＮ膜の厚さは３０ｎｍであった。
【０１５０】
次に、III族原料供給管１３からのＴＭＡの供給を停止し、石英フローライナー５１内の温度を１０５０℃まで昇温し、III族原料供給管１３から、ＴＭＧを５０μｍ／ｍｉｎ．の流量で供給し、ドーピング原料供給管１５からは、ＳｉＨ4ガスを１０ｎｍ／ｍｉｎ．の流量で供給して、ｎ型ＧａＮコンタクト層２０１を５０μｍの膜厚に成長させた。
【０１５１】
この後、エッチングガス供給管１６から、ＨＣｌガスを２００ｃｃ／ｍｉｎ．の流量で流し、種基板１０１をエッチングにより除去する。この際、エッチングガスであるＨＣｌガスが、種基板１０１の中心付近に当たるようにすれば、中心付近の種基板１０１が除去されて、サセプタ１２付近の種基板１０１は残存した状態にすることができる。また、種基板１０１が完全に除去された場合でも、サセプタ１２の溝部分にＧａＮ膜が入り込み、この状態で安定するので、ＧａＮ膜の成長を続けることができる。このエッチングガスは、サセプタ１２の裏面側から供給されているので、種基板１０１をエッチングにより除去している最中においても、サセプタ１２の前面から各原料供給管１３〜１５から各原料を供給することができるので、ＧａＮ膜の成長を続けることができる。
【０１５２】
本実施の形態４では、種基板１０１であるＳｉをエッチングにより、完全に除去し、ＧａＮ膜のみが残存する状態とした。
【０１５３】
そして、種基板１０１が除去された後、エッチングガス供給管１６からのＨＣｌガスの供給を停止する。この後すぐに、Ｖ族原料供給管１４ＢからＮＨ3ガスを流し、種基板１０１が除去されて表出したＡｌＮバッファ層を保護する。各原料供給管１３〜１５から供給される各原料の吹き出しにより、種基板１０１の除去中にもＧａＮ膜の成長を続け、ＧａＮ膜の膜厚が３００μｍになるまで、ｎ型ＧａＮのコンタクト層２０１の成長を続けた。
【０１５４】
次に、石英フローライナー５１内を７６０Ｔｏｒｒの圧まで戻し、III族原料供給管１３からＴＭＡを１０μｍ／ｍｉｎ．の流量で追加供給し、厚さ０．８０μｍのｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層２０２を成長させた。
【０１５５】
次に、III族原料供給管１３からのＴＭＡの供給を停止し、０．１μｍの膜厚のｎ型ＧａＮのガイド層２０３を形成した。
【０１５６】
ｎ型ＧａＮのガイド層２０３を成長させた後、ＳｉＨ4とＴＭＧの供給を停止し、各層の温度を７３０℃まで低下させ、温度が安定した時点で、III族原料供給管１３からＴＭＧを１０μｍ／ｍｉｎ．ＴＭＩを１０μｍ／ｍｉｎ．の流量でそれぞれ供給し、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる活性層２０４の障壁層を５ｎｍの膜厚になるように成長させた。活性層２０４を成長させる時には、ドーピング原料供給管１５からＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．程度の流量で流してもよい。その後、III族原料供給管１３からＴＭＧを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で、ＴＭＩを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量でそれぞれ供給し、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる活性層２０４の井戸層を３ｎｍの膜厚になるように成長させた。さらに、III族原料供給管１３から供給されるIII族原料をＴＭＩに変更し、１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で流し、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる活性層２０４の障壁層を５ｎｍの膜厚になるように成長させた。この活性層２０４の障壁層と井戸層との成長を繰り返し、３層の多重量子井戸層を成長させた後、最後に障壁層を成長させて活性層２０４の成長を終了する。活性層２０４の作製時には、成長を中断する工程を入れてもよく、この中断工程を入れることにより、井戸層、障壁層の界面が急峻になり、活性層の発光効率が向上される。
【０１５７】
活性層２０４を成長させた後、III族原料供給管１３から、ＴＭＧを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量、ＴＭＡを５μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量、Ｃｐ2Ｍｇを０．１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量でそれぞれ供給し、３０ｎｍの膜厚のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎの蒸発防止層２０５を成長させた。
【０１５８】
その後、III族原料供給管１３からのＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止し、ＮＨ3ガスと窒素ガスとの雰囲気中に、各層の温度を再び１０５０℃に昇温する。
【０１５９】
昇温後、III族原料供給管１３からのＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量、Ｃｐ2Ｍｇを０．２０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で供給し、ｐ型ＧａＮのガイド層２０６を０．１μｍの膜厚に成長させた。
【０１６０】
次に、III族原料供給管１３からＴＭＡを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ．の流量で供給し、０．５μｍの膜厚のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎのクラッド層２０７を成長させた。
【０１６１】
その後、III族原料供給管１３からのＴＭＡの供給を停止し、III族原料供給管１３からＴＭＧとＣｐ2Ｍｇとを供給し、ｐ型ＧａＮのコンタクト層２０８を０．５μｍの膜厚に成長させ、その後、III族原料供給管１３からのＴＭＧとＣｐ2Ｍｇとの供給を停止し、加熱を終了する。
【０１６２】
以上説明した方法により作製された各層からなる膜の曲率半径は、２インチ基板内において、８．８×１０3ｍｍであった。
【０１６３】
その後は、ＡｌＮバッファ層が除去されるまで、裏面研磨し、ｎ型ＧａＮのコンタクト層２０１を露出させて、このｎ型ＧａＮのコンタクト層２０１の露出面にｎ型電極２１０Ｂを形成する。このｎ型電極２１０Ｂのｎ電極材料としては、Ｔｉ／Ｍｏ、Ｈｆ／Ａｌ等を使用することができる。ｐ型電極部分には、ＳｉＯ2誘電体膜２０９を蒸着し、ｐ型ＧａＮのコンタクト層２０８を露出させ、Ｐｄ／Ａｕの２μｍの幅のリッジストライプ形状のｐ型電極２１０Ａを形成する。このｐ型電極２１０Ａのｐ型電極材料には、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕを使用しても良い。
【０１６４】
最後に、へき開またはドライエッチングを用いて、共振器長５００μｍのファブリ・ペロー共振器を作製する。共振器長は、３００〜１０００μｍの範囲であることが好ましい。へき開及びレーザ素子のチップ分割は、基板側からスクライバーにより行う。レーザ共振器の帰還手法以外に、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）等の手法を用いてもよい。
【０１６５】
次に、ファブリ・ペロー共振器のミラー端面に７０％の反射率を有するＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成した。この誘電体材料には、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3を誘電体多層反射膜として用いてもよい。
【０１６６】
以上の工程により、本発明を適用したＭＯＣＶＤ装置５０によりIII−Ｖ族化合物半導体のレーザダイオード２００を製造することができる。
【０１６７】
上記のようにして製造されたレーザ素子の良品率は、２インチ基板内において、８６％であった。
【０１６８】
種基板を除去した後、保護ガスであるＮＨ3ガスを流さない従来法によってレーザ素子を製造した場合、その良品率は、３１％以下となった。これは、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法では、成長中に種基板を除去することによって、種基板とＧａＮ膜との格子定数、熱膨張係数の差異から発生する歪の影響がなくなり、ＧａＮ膜の反り、クラックともに減少し、この結果、ＧａＮ膜を種基板としてレーザー構造を作り込んだ方が良品率が向上していると考えられる。
【０１６９】
なお、本実施の形態４では、種基板１０１として（１１１）Ａ面を主面とするＧａＡｓを使用しているが、他に本実施の形態４のＭＯＣＶＤ装置５０においてエッチングが可能であるような（１００）等の他の面を主面とするＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、雲母、ＭｇＡｌ2Ｏ4等のスピネル型結晶（ＡＢ2Ｘ4：Ａ、Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素）、ＮｄＧａＯ3等のぺロブスカイト型結晶、ＬｉＧａＯ2等の基板を使用してもよいことを確認している。また、エッチングガスとしては、ＨＣｌ以外にも、Ｈ2、Ｃｌ2、ＨＦ等の他のガスを使用してもよい。
【０１７０】
また、本実施の形態４において、各原料ガスは、基板に対してほぼ垂直な方向から導入しているが、ＧａＮ膜を成長させることができれば、基板に対してほぼ平行な方向から原料ガスを導入する等、原料ガスを導入する方向と基板との関係を他の関係にしても、本実施の形態４のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置と同様に、ＧａＮ膜に反り、クラックの発生が抑えられることを確認している。
【０１７１】
また、実施の形態２で説明したように、距離αは、５ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲であることが好ましく、β角は、８０°以下（−８０°〜０°も含む）であることが好ましい。
【０１７２】
以上、実施の形態１〜４においては、ＧａＮ膜の成膜を中心にして説明したが、ＢＮ、ＡｌＮ、ＡｌαＧａ１−αＮ（０＜α＜１）、ＩｎＮ、ＩｎβＧａ１−βＮ（０＜β＜１）、ＩｎγＧａδＡｌ１−γ−δＮ（０＜γ＜１、０＜δ＜１）等の製造にも、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置は適用することができ、実際にその効果を確認している。
【０１７３】
また、ＧａＮ膜の成長温度と同一温度で種基板のエッチングを行っているが、ＧａＮ結晶に負荷を与えない範囲であれば、本実施の形態１〜４と同様の効果が得られる。具体的には、８００℃以上、１１５０℃以下、さらには９００℃以上、１１００℃以下が好ましい。
【０１７４】
また、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置は、ＨＶＰＥ装置、ＭＯＣＶＤ装置だけでなく、ガスソース分子線エピタキシ（ＧＳＭＢＥ）装置、ケミカルビームエピタキシ（ＣＢＥ）装置等においても効果があることを確認している。
【０１７５】
さらに、本発明は、ＧａＮを中心とした窒化物系III−Ｖ族化合物半導体の製造について説明したが、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＡｓ等の他のIII−Ｖ族化合物半導体を製造する場合にも、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置を適用することができ、実際その効果も確認している。
【０１７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置及びIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を用いれば、III−Ｖ族化合物半導体を製造している最中、または所定の膜厚まで製造後、種基板をその裏側からエッチングすることにより、効率的に除去でき、その後、表出したIII−Ｖ族化合物半導体の表面をＶ族原料ガスで保護できるので、表面荒れに起因する欠陥が抑えられ、また、荒れたＧａＮ面と結晶性の良いＧａＮ成長面との応力差から発生する歪みの影響が解消され、反り、クラック等の欠陥が低減されたIII−Ｖ族化合物半導体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０の断面図である。
【図２】図１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【図４】従来のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａＮ膜の反りを示す断面図である。
【図５】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａＮ膜及び従来の製造方法により製造されたＧａＮ膜のそれぞれの膜厚と曲率半径との関係を示したグラフである。
【図６】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０における種基板及びエッチングガス供給管の周辺を示す概略図である。
【図７】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する時間との関係を示すグラフ（β角＝０°、５°、１０°）である。
【図８】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する時間との関係を示すグラフ（β角＝２０°、４０°）である。
【図９】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する時間との関係を示すグラフ（β角＝６０°、７０°）である。
【図１０】実施の形態１のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置１０における距離α及びβ角と種基板の除去に要する時間との関係を示すグラフ（β角＝８０°、８５°、９０°）である。
【図１１】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａの断面図である。
【図１２】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａＮ膜及び従来の製造方法により製造されたＧａＮ膜のそれぞれの膜厚と曲率半径との関係を示したグラフである。
【図１３】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ａにおける種基板及びエッチングガス供給管の周辺を示す断面図である。
【図１４】実施の形態２のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置３０Ｂの断面図である。
【図１５】実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０の断面図である。
【図１６】図１４のIII−Ｖ族化合物半導体製造装置４０のＫ−Ｋ’線に沿う断面図である。
【図１７】実施の形態３のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法により製造されたＧａＮ膜及び従来の製造方法により製造されたＧａＮ膜のそれぞれの膜厚と曲率半径との関係を示したグラフである。
【図１８】実施の形態４の本発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体製造方法を利用したレーザーダイオードを作製するためのＭＯＣＶＤ装置５０を示す断面図である。
【図１９】図１８のＭＯＣＶＤ装置５０のＬ−Ｌ’線に沿う断面図である。
【図２０】実施の形態４のＭＯＣＶＤ装置５０を用いて作製されたレーザダイオードを示す断面図である。
【図２１】  III−Ｖ族化合物半導体を製造する典型的なＨＶＰＥ装置１Ａを示す断面図である。
【図２２】図２０のＨＶＰＥ装置のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２３】従来のIII−Ｖ族化合物半導体を製造するＨＶＰＥ装置１Ｂを示す断面図である。
【符号の説明】
１０  III−Ｖ族化合物半導体製造装置
１１  反応容器
１１ａ  底板部
１１ｂ  円筒部
１２  サセプタ
１３  III族原料供給管
１３ａ  III族原料ガス吹出ノズル
１４Ａ  Ｖ族原料供給管
１４Ｂ  Ｖ族原料供給管
１４ａ  Ｖ族原料ガス吹出ノズル
１５  ドーピング原料供給管
１６  エッチングガス供給管
１６ａ  エッチングガス吹出ノズル
１７  加熱ヒータ
１８  III族原料貯蔵部
１９  サセプタ装着台
２０  回転用治具
２１  保持爪
２２  回転用ロッド
２３  ガス排気口
３０Ａ  III−Ｖ族化合物半導体製造装置
３０Ｂ  III−Ｖ族化合物半導体製造装置
４１  支軸
４２  サセプタ装着台
５０  ＭＯＣＶＤ装置
５１  石英フローライナー
５２  冷却ボックス
５３  排気用配管
５４  排ガス処理装置
５５  原料入口
５６  III族原料源
５６Ａ  ＴＭＧ貯蔵部
５６Ｂ  ＴＭＡ貯蔵部
５６Ｃ  ＴＭＩ貯蔵部
５７  Ｖ族原料源
５８  導通パイプ
５９  マスフローコントローラー
６０  キャリアガス導入管
６１  貯蔵部
７８  ドーピング原料源
１０１  種基板
１０１ａ  種基板の中心
１０２  ＧａＮ膜
２００  レーザダイオード
２０１  ｎ型ＧａＮのコンタクト層
２０２  ｎ型Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎのクラッド層
２０３  ｎ型ＧａＮのガイド層
２０４  活性層
２０５  ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの蒸発防止層
２０６  ｐ型ＧａＮのガイド層
２０７  ｐ型Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎのクラッド層
２０８  ｐ型ＧａＮのコンタクト層
２０９  ＳｉＯ2誘電体膜
２１０Ａ  ｐ型電極
２１０Ｂ  ｎ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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