(57)【要約】【課題】基板表面内で半導体層の組成が均一な半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子の製造方法は、加熱手段の上に配置されたトレイ１の、前記加熱手段とは反対側の表面上にある基板搭載部３に搭載された基板４上に、ＩＩＩ族元素とＶ族元素とからなる化合物半導体の積層構造を有機金属気相成長法により成長する工程を含む。前記化合物半導体の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、前記化合物半導体層の積層構造を構成する少なくとも１つのＶ族元素と、を有する化合物半導体膜２が、前記積層構造の成長前に予め前記基板搭載部３の表面上に形成されている。前記基板４が、前記化合物半導体膜２を介して前記基板搭載部３に搭載されて、前記積層構造が前記基板４上に成長される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段の上に配置されたトレイの、前記加熱手段とは反対側の表面上にある基板搭載部に搭載された基板上に、ＩＩＩ族元素とＶ族元素からなる化合物半導体の積層構造を有機金属気相成長法により成長する結晶成長工程を含む、半導体発光素子の製造方法において、
前記化合物半導体の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、前記化合物半導体層の積層構造を構成する少なくとも１つのＶ族元素と、を有する化合物半導体膜が、前記積層構造の成長前に予め前記基板搭載部の表面上に形成されており、前記化合物半導体膜を介して前記基板搭載部に前記基板が搭載されて前記積層構造が前記基板上に成長されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板搭載部は、前記トレイの前記表面上に形成された凹みを含み、前記凹みの底面全体に、前記化合物半導体膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板搭載部は、前記凹みの側壁の上端に前記凹みの輪郭となる段差をさらに有することを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記段差により前記凹みの前記側壁に中段が形成され、前記中段により前記基板が支持されることで、前記基板が前記化合物半導体膜と離間していることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記表面を前記加熱手段と反対側から見たときに、前記基板搭載部に形成されている化合物半導体膜は、前記基板よりも外側に形成されていないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記トレイは、さらにサセプタの開口部に搭載された状態で、前記化合物半導体の積層構造が成長されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記化合物半導体の積層構造の各層は、ＩＩＩ族元素は、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａの少なくとも１元素からなり、Ｖ族元素はＮからなる、窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
ＩＩＩ族元素とＶ族元素からなる化合物半導体の積層構造を有機金属気相成長法により基板上に成長する半導体結晶成長装置であって、
加熱手段と、
前記加熱手段の上部に配置され、前記加熱手段とは反対側の表面に前記基板を搭載するための基板搭載部を有するトレイと、
原料供給手段と、
を備え、前記基板搭載部の表面上には、前記化合物半導体層の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、前記化合物半導体層の積層構造を構成する少なくとも１つのＶ族元素と、を有する化合物半導体膜が形成されていることを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項９】
前記基板搭載部は、前記トレイの前記表面上に形成された凹みを含み、前記凹みの底面全体に、前記化合物半導体膜が形成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体結晶成長装置。
【請求項１０】
前記基板搭載部は、前記凹みの側壁の上端に前記凹みの輪郭となる段差をさらに有することを特徴とする請求項９記載の半導体結晶成長装置。
【請求項１１】
前記段差により前記凹みの前記側壁に中段が形成され、前記中段により前記基板が支持されることで、前記基板が前記化合物半導体膜と離間していることを特徴とする請求項１０記載の半導体結晶成長装置。
【請求項１２】
前記表面を前記加熱手段と反対側から見たときに、前記基板搭載部に形成されている化合物半導体膜は、前記基板よりも外側に形成されていないことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つに記載の半導体結晶成長装置。
【請求項１３】
開口部を有するサセプタを更に備え、前記サセプタの前記開口部に前記トレイが搭載されたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１つに記載の半導体結晶成長装置。
【請求項１４】
前記化合物半導体の積層構造の各層は、ＩＩＩ族元素は、Ｉｎ、Ａｌ、及びＧａの少なくとも１元素からなり、Ｖ族元素はＮからなる、窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つに記載の半導体結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光ダイオードや半導体レーザーなどの半導体発光素子の製造方法及び半導体結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードや半導体レーザーなどの半導体発光素子の製造工程の一工程として、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が一定の比率で混合された混晶半導体を基板上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で結晶成長させる工程がある。白色や青色光源用として、例えば、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物混晶半導体が用いられる。赤色〜緑色光源用としては、例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系の混晶半導体が用いられる。赤外光源用としては、例えば、ＧａＡｌＡｓ系の混晶半導体が用いられる。さらに、遠距離通信用の赤外光源としては、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系の混晶半導体が用いられる。
【０００３】
Ｓｉ系の半導体結晶成長では、結晶自体の純度が高いため、結晶成長させる基板を結晶成長装置内で支えるサセプタ（又はトレイ）から、基板上で成長中の結晶への不純物のオートドーピングを防ぐ必要がある。このため、一例として、基板上に結晶成長させる半導体と同じ半導体膜で予め表面が被覆されたサセプタ上に、基板を搭載して、この基板上にＳｉ系半導体が結晶成長される。しかしながら、上記ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の結晶成長では、結晶自体の純度がＳｉ系半導体に比べて遙かに低いので、結晶成長中のサセプタからのオートドーピングを心配する必要がない。通常のＭＯＣＤＶ法では、カーボン、石英、又はＳｉＣ等で作られたサセプタ表面上に基板が搭載され、ヒーター等の加熱手段からサセプタを介して基板表面が加熱される。なお、結晶成長装置によっては、基板は直接サセプタ上に搭載されないで、サセプタ上に搭載されたトレイに搭載される場合もある。この場合は、基板表面はトレイを介して加熱されることになる。原料供給手段により供給されたＩＩＩ族原料及びＶ族原料が、この加熱された基板表面上で反応して、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の結晶が、基板表面上に成長される。ＧａＮとＩｎＮから構成されるＩｎＧａＮのように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、複数の二元化合物半導体から構成される混晶半導体では、基板上の表面温度の不均一により、基板上に成長されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶のＩＩＩ族元素又はＶ族元素の組成（結晶中での比率）が面内で不均一になる。結晶の組成の不均一は、発光素子の発光波長のバラツキを引き起こすので、基板表面上の温度が均一になることが重要となる。そのため、サセプタ表面上を化合物半導体膜で被覆することは、基板表面温度の不均一を引き起こすと思われ敬遠されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板表面内で化合物半導体層の組成が均一な半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、加熱手段の上に配置されたトレイの、前記加熱手段とは反対側の表面上にある基板搭載部に搭載された基板上に、ＩＩＩ族元素とＶ族元素とからなる化合物半導体の積層構造を有機金属気相成長法により成長する工程を含む。前記化合物半導体の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、前記化合物半導体層の積層構造を構成する少なくとも１つのＶ族元素と、を有する化合物半導体膜が、前記積層構造の成長前に予め前記基板搭載部の表面上に形成されている。前記基板が、前記化合物半導体膜を介して前記基板搭載部に搭載されて、前記積層構造が前記基板上に成長される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法で用いるトレイの、（ａ）模式上面図、及び（ｂ）模式断面図。
【図２】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程の一部の要部模式断面図。
【図３】比較例の半導体発光素子の製造方法で用いるトレイの、（ａ）模式上面図、及び（ｂ）模式断面図。
【図４】比較例の半導体発光素子の製造工程の一部の、（ａ）要部模式上面図、及び（ｂ）要部模式断面図。
【図５】比較例の半導体発光素子の製造方法で用いるトレイの、（ａ）模式上面図及び（ｂ）模式断面図。
【図６】比較例の半導体発光素子の製造工程の一部の要部模式断面図。
【図７】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程の一部の要部模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。実施の形態中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、本発明の効果が得られる範囲内で適宜変更可能である。また、各実施形態は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮが所定の比率で混合されたＩｎＧａＡｌＮ窒化物混晶半導体を活性層に用いて、発光ダイオードを製造する場合を一例として説明される。ＩｎＧａＡｌＰ系、ＧａＡｌＡｓ系、及びＩｎＧａＡｓＰ系等の、他の化合物混晶半導体においても同様に説明することができる。なお、ここでいうＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体とは、ＩｎＮ、ＧａＮ、及びＡｌＮのような二元化合物半導体（他の二元化合物の比率がゼロの場合）及びこれらの混晶を含むものとする。他の材料系も同様に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、それぞれ、各ＩＩＩ−Ｖ族の二元化合物半導体とこれらの混晶を含むものとする。
【０００９】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一部の結晶成長工程に用いられ、基板が搭載されるトレイの（ａ）模式上面図、及び（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線における模式断面図である。図２は、基板を搭載したトレイがサセプタに搭載された、結晶成長工程の要部の図１（ａ）のＡ−Ａ線の位置に相当する位置での模式断面図である。本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、一例として窒化物半導体の発光ダイオードの製造方法として説明される。本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上にＭＯＣＶＤ法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造を成長する結晶成長工程と、発光ダイオードや半導体レーザーの製造に用いられる既存のリソグラフィ工程、エッチング工程、及び電極形成工程などとを含む。化合物半導体の積層構造を、設計に応じて発光ダイオードや半導体レーザーの所望の構造になるようにＭＯＣＶＤ法により成長することで、半導体発光素子が製造される。本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造をＭＯＣＶＤ法により成長する結晶成長工程に特徴がある。以下、このＭＯＣＶＤ法にる結晶成長工程を詳細に説明し、他の工程の説明は省略する。
【００１０】
ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造は、以下のように成長される。ＭＯＣＶＤ法の結晶成長装置は、図示しないが、加熱手段、サセプタ、トレイ、及び原料供給手段を少なくとも備える。加熱手段は、抵抗に電流を流して加熱する所謂ヒーター加熱でよいが、ランプ加熱でももちろん可能である。加熱手段の上部には、複数の開口部が設けられたサセプタが配置される。この各開口部には、トレイが搭載される。トレイの上には、その上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造が成長される基板が搭載される。
【００１１】
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の結晶成長工程では、図１に示したトレイ１が用いられる。トレイ１は、例えばＳｉＣ、石英、又はカーボン等で図１に示された形状に加工される。なお、窒化物半導体の結晶成長では、カーボンは、窒素（Ｎ）原料と反応するため、ＳｉＣや石英などで作られたトレイが用いられる。トレイ１は、この上に搭載される基板４よりも直径が大きい円盤形状を有する。トレイ１は、第１の表面（図１（ｂ）中の上面）に円形に形成された凹み１ａを有する。トレイ１は、この凹み１ａの側壁の上端に、前記側壁に沿って前記凹みの輪郭となるように形成された段差１ｂをさらに有する。段差１ｂは中段１ｃと側壁により形成される。中段１ｃは、トレイ１の第１の表面と凹み１ａの底面との間の高さの位置で凹み１ａの側壁の上部に形成される。段差１ｂの側壁は、中段１ｃとトレイ１の第１の表面とを連続させる壁である。第１の表面を上から見たときに、段差１ｂの側壁は、凹み１ａの円形の外周に沿って外側に、環状又は円状に形成される。つまり、凹み１ａは、段差１ｂの側壁が第１の表面上に描く円の内部に収納される。この凹み１ａと段差１ｂが形成された部分が、基板搭載部３となり、図２に示したように、基板４が基板搭載部３に搭載される。基板搭載部３は、凹み１ａの側壁上部に段差１ｂにより形成された前述の中段１ｃを有する。
【００１２】
凹み１ａの底面上に、化合物半導体膜２が形成されている。本実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造として、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造が、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程で基板４上に形成される。この場合、この化合物半導体膜２は、この積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素、すなわち、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素のＮとを含んだ窒化物半導体であればよい。例えば、化合物半導体膜２は、ＧａＮで形成されている。化合物半導体膜２は、この後窒化物半導体の積層構造を成長する上記ＭＯＣＶＤ法の結晶成長装置を用いて形成されてもよく、他のＭＯＣＶＤ法の結晶成長装置で形成されてもよく、又は、スパッタ装置等の他の堆積法の装置により形成されてもよい。
【００１３】
図２に示したように、基板４が、この段差１ｂの中に搭載される。基板４は、中段１ｃにより基板４の外周部が支持されることによって、空隙８を介して上記化合物半導体膜２と離間される。なお、基板４は図示しないオリフラを有しており、後述の図４（ａ）に示されるように、そのオリフラとトレイ１とで開口部７が形成される。トレイ１は、基板４が搭載された状態で、サセプタ５の開口部が形成されたトレイ搭載部６に搭載される。トレイ１は、サセプタ５に対して自転することができる。サセプタ５は、トレイ１と同じ材料で作成することができる。
【００１４】
サセプタ５の下部には、図示しない上記加熱手段が配置される。加熱手段より熱が、サセプタ５のトレイ搭載部６に搭載されたトレイ１、トレイ１の基板搭載部３の凹み１ａの底面に形成された化合物半導体膜２、及び空隙８を介して、基板４に供給される。ここで、基板４の面内全域で、基板と、トレイ１の凹みの底面と、の間にある化合物半導体２を介して、加熱手段から熱が基板に供給される。この熱により、基板４の表面が加熱され、上記原料供給手段から供給されたＩＩＩ族原料とＶ族原料が、加熱された基板表面上で化学反応を起こして、ＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体の積層構造が成長される。詳細な積層構造は省略するが、例えば、上記結晶成長工程で、サファイア基板４上に、ＩｎＧａＮの窒化物混晶半導体からなる活性層を、ＧａＮからなるクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造が形成される。この後、既存の発光ダイオード形成のためのプロセスを行うことで、半導体発光素子が形成される。４５０ｎｍ帯の発光波長を有する青色発光ダイオードを形成するためには、上記活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成は、ＩＩＩ族原料全体に対して２０％とすればよい。すなわち、活性層のＩｎＧａＮは、ＩｎＮ／（ＩｎＮ＋ＧａＮ）の比（モル分率）が０．２となるように結晶成長される。
【００１５】
完成した発光ダイオードの発光波長のバラツキは、活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成のバラツキで決まる。そのため、発光ダイオードの発光波長のバラツキを抑制するためには、活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成比の基板面内でのバラツキを抑制すればよい。基板面内での活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成の最大値をＭａｘとし、最小値をＭｉｎとして、バラツキを（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）で定義すると、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の上記結晶成長工程で成長された活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成のバラツキは、５％と小さい値であった。
【００１６】
このバラツキが小さいことを示すため、比較例の半導体発光素子の製造方法の一部である結晶成長工程で同様のダブルへテロ構造を形成して比較した。図３〜図６を用いて、比較例の半導体発光素子の製造方法について説明する。なお、本実施の形態で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号または記号を用いその説明は省略する。本実施の形態との相異点について主に説明する。図３は、比較例の半導体発光素子の製造方法で用いるトレイの、（ａ）模式上面図、及び（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における模式断面図である。図４は、比較例の半導体発光素子の製造工程の一部の、（ａ）要部模式上面図、及び（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における要部模式断面図である。図５は、比較例の半導体発光素子の製造方法で使用後のトレイの、（ａ）模式上面図、及び（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における模式断面図である。図６は、図５の使用後のトレイを用いた、比較例の半導体発光素子の製造工程の一部の、図５（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する位置での要部模式断面図である。
【００１７】
比較例の半導体発光素子の製造方法は、上記本実施形態に係る半導体発光素子の製造法と、基板が搭載されるトレイの構造を除いて全て同じである。以下に、トレイの構造の違い及び、このトレイを用いたＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程を説明する。
【００１８】
比較例で用いるトレイ１は、本実施形態で用いたトレイ１と同様に、例えばＳｉＣ、石英、又はカーボン等で図３に示された形状に加工される。トレイ１は、この上に搭載される基板４よりも直径が大きい円盤形状を有する。トレイ１は、第１の表面（図３（ｂ）中の上面）に円形に形成された凹み１ａを有する。トレイ１は、この凹み１ａの側壁の上端に、前記側壁に沿って前記凹みの輪郭となるように形成された段差１ｂをさらに有する。段差１ｂは中段１ｃと側壁により形成される。中段１ｃは、トレイ１の第１の表面と凹み１ａの底面との間の高さの位置で凹み１ａの側壁の上部に形成される。段差１ｂの側壁は、中段１ｃとトレイ１の第１の表面とを連続させる壁である。第１の表面を上から見たときに、段差１ｂの側壁は、凹み１ａの円形の外周に沿って外側に、環状に又は円状に形成される。つまり、凹み１ａは、段差１ｂの側壁が第１の表面上に描く円の内部に収納される。この凹み１ａと段差１ｂが形成された部分が、基板搭載部３となり、図２に示したように、基板４が基板搭載部３に搭載される。基板搭載部３は、凹み１ａの側壁上部に段差１ｂにより形成された前述の中段１ｃを有する。
【００１９】
凹み１ａの底面上には、第１の実施形態で用いたトレイ１とは違い、化合物半導体膜２が形成されていない。すなわち、凹み１ａの底面の表面は露出されている。本実施形態で用いるトレイ１は、基板搭載部３の凹み１ａの底面全面に形成された化合物半導体膜２を有するのに対して、比較例で用いるトレイ１は、基板搭載部３の凹み１ａの底面全面に形成された化合物半導体膜２を有さない。この点が、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法と比較例の半導体発光素子の製造方法の相異点であり、これ以外の点は同じ構成である。
【００２０】
上記トレイを用いて、比較例の半導体発光素子の製造方法の一工程である、ＭＯＣＶＤ法によるＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長する結晶成長工程を説明する。図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、本実施形態と同様に、オリフラを有するサファイア基板４を上記トレイ１の基板搭載部３に搭載する。基板４は、その外周端をトレイ１の中段１ｃで支持されて、トレイ１の凹み１ａの底面から空隙８を介して離間している。開口部７が、基板４のオリフラと、トレイ１の中段１ｃとの間に形成される。この状態で、本実施形態と同様に、図２に示したようにサセプタ５のトレイ搭載部６に搭載され、ＭＯＣＶＤ法によりＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造が本実施形態と同様の手順で成長される。
【００２１】
ＭＯＣＶＤ法による結晶成長が完了後のトレイ１の凹み１ａの底面上の様子を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。トレイ１の凹み１ａの底面上には、基板４のオリフラに対応する位置に、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物９ａが形成される。これは、結晶成長中にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の原料が、基板４のオリフラとトレイ１の中段１ｃとの間に形成される開口部７を介して凹み１ａの底面上に流入して化学反応を起こすためである。次に、上記結晶成長工程に使用済みのトレイ１を用いて、再び別の基板４上にＭＯＣＶＤ法によりＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長すると、上記と同様に、トレイ１の凹み１ａの底面上の上記窒化物半導体の堆積物９ａとは別の場所に、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物９ｂが形成される。これは、基板４をトレイ１に搭載する際に、前回の結晶成長で基板４を搭載したときのオリフラの位置とは別の位置に今回の結晶成長の基板４のオリフラが位置するように、結晶成長前に今回の基板４が搭載されてしまうこと、又は、基板４がトレイ１に搭載された後、結晶成長中の前述したトレイ１の自転による振動により、基板４がトレイ１の基板搭載部３上で自転してしまうためである。
【００２２】
このように、トレイ１を何度もＭＯＣＶＤ法による結晶成長で使用すると、図５に示したように、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）が、トレイ１の凹み１ａの底面上の外周に沿って不均一に形成されることとなる。本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法と比較例の半導体発光素子の製造方法とでは、凹みの底面全面に化合物半導体膜２が形成されているか否かが相異点なので、このようなＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）は、比較例においてだけではなく、同様に本実施形態においても形成される。しかしながら、本実施形態の場合は、ＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長する前に予め、トレイ１の凹み１ａの底面上全体に、この窒化物半導体の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素、すなわち、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素のＮとを含んだ窒化物半導体である、化合物半導体膜２が形成されている。本実施形態では、化合物半導体膜２は、例えばＧａＮで形成されている。そのため、トレイ１の凹み１ａの底面上に外周に沿って、不均一にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）が形成されても、第１の凹みの底面上には、ＩＩＩ族元素の組成の違いはあるが全域にわたってＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物が形成されていることになる。これにより、加熱手段からトレイ１の凹み１ａの底面及び空隙８を介して基板４の表面に供給される熱量は、基板８の面内全域にわたってほぼ均一となる。この結果前述のように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法のＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程で成長された発光ダイオードの活性層では、ＩｎＧａＮのＩｎ組成は基板４の表面内で均一であった。
【００２３】
これに対して、比較例のＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程では、図６に示したようにトレイ１の基板搭載部３に基板４が搭載されているとき、凹み１ａの底面上の外周部は、不均一にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）が存在し、それ以外の部分は、凹み１ａの表面にトレイ１の材料が露出している。その結果、加熱手段から供給される熱量は、凹みの外周部では、前述のＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）を介して供給され、それ以外の部分では、トレイ１の凹みの底面の表面を直接介して供給される。トレイ１の材料とＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）とでは、熱を基板４に伝達する効率が大きく違うため、本実施形態のＭＯＣＶＤ法の結晶成長工程に比べて、比較例の基板４の表面では温度が不均一になる。
【００２４】
比較例の半導体発光素子の製造方法におけるＭＯＣＶＤ法の結晶成長工程により、本実施形態と同じように、サファイア基板４上に、ＩｎＧａＮの窒化物混晶半導体からなる活性層を、ＧａＮからなるクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を形成した。その結果、活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成のバラツキは１５％であり、本実施形態のＭＯＣＶＤ法の結晶成長工程で成長したものが５％であったのに対して、非常に大きなバラツキである。これは、上記理由による結晶成長中の基板４の表面温度の不均一による結果と思われる。
【００２５】
以上説明したとおり、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法では、ＭＯＣＶＤ法により基板上にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長する前に予め、トレイの基板搭載部の全面に、この窒化物半導体の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素、すなわち、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素のＮとを含んだ窒化物半導体である、化合物半導体膜２が形成されている。そのため、トレイ１の凹み１ａの底面上に外周に沿って、不均一にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物（９ａ、９ｂ）が形成されても、凹みの底面上には、ＩＩＩ族元素の組成の違いはあるが全域にわたってＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の堆積物が形成されていることになる。これにより、加熱手段からトレイ１の凹み１ａの底面及び空隙８を介して基板４の表面に供給される熱量は、基板８の面内全域にわたってほぼ均一となる。この結果、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法のＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程で成長されたＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造中の窒化物混晶半導体の組成は基板４の表面内で均一であるという効果が得られる。
【００２６】
また、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法により基板上にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長する場合で説明した。ＩｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体の積層構造を成長する場合は、化合物半導体膜２として、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素のりん（Ｐ）とを含んだ化合物半導体を結晶成長前に予めトレイ１の基板搭載部に形成してあれば、上記本実施形態の効果が得られる。また、ＧａＡｌＡｓ系の化合物半導体の積層構造を成長する場合は、化合物半導体膜２として、Ｇａ及びＡｌのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素の砒素（Ａｓ）とを含んだ化合物半導体を結晶成長前に予めトレイ１の基板搭載部に形成してあれば、本実施形態の効果が得られる。また、ＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体の積層構造を成長する場合は、化合物半導体膜２として、Ｉｎ及びＧａのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ａｓ及びＰのうち少なくとも１つのＶ族元素とを含んだ化合部半導体を、結晶成長前に予めトレイ１の基板搭載部に形成してあれば、本実施形態の効果が得られる。一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造を成長する場合は、この積層構造中に含まれるＩＩＩ族元素のうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、この積層構造中に含まれるＶ族元素のうち少なくとも１つのＶ族元素とを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、結晶成長前に予めトレイ１の基板搭載部に形成してあれば、本実施形態の効果が得られる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を図７を用いて説明する。なお、本実施の形態で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号または記号を用いその説明は省略する。本実施の形態との相異点について主に説明する。図７は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程の一部の要部模式断面図である。本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、ＭＯＣＶＤ法によるＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長する結晶成長工程で用いるトレイ１の構造が、第１の実施形態の製造方法と相異し、これ以外は第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法と同じ構成である。図７は、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程で、基板４がトレイ１に搭載された状態を示し、第１の実施形態の図２に相当する図である。なお、トレイ１０１がサセプタ５に搭載されている図は省略した。本実施形態の半導体発光素子の製造方法で用いるトレイ１０１は、第１の実施形態で用いたトレイ１において、その第１の表面に形成された凹み１ａだけを有し、凹み１ａの側壁の上端に段差１ｂを有さない構造である。すなわち、本実施形態の半導体発光素子の製造方法で用いるトレイ１０１では、基板搭載部３は凹み１０１ａだけで構成される。トレイ１０１の凹み１０１ａの底面上の全体に、上記第１の実施形態で示した化合物半導体膜２が形成される。基板４は、化合物半導体膜２上に接触して凹み１０１ａ内に搭載される。
【００２８】
本実施形態の半導体発光素子の製造方法においても、ＭＯＣＶＤ法により基板上にＩｎＧａＡｌＮ系の窒化物半導体の積層構造を成長する前に予め、トレイの基板搭載部の全面に、この窒化物半導体の積層構造を構成する少なくとも１つのＩＩＩ族元素、すなわち、Ｉｎ、Ｇａ、及びＡｌのうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、Ｖ族元素のＮとを含んだ窒化物半導体である、化合物半導体膜２が形成されているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態で説明したとおり、一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造を成長する場合は、この積層構造中に含まれるＩＩＩ族元素のうち少なくとも１つのＩＩＩ族元素と、この積層構造中に含まれるＶ族元素のうち少なくとも１つのＶ族元素とを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、結晶成長前に予めトレイ１の基板搭載部に形成してあれば、本実施形態の効果が得られる。
【００２９】
以上、本発明の各実施形態でのＭＯＣＶＤ法の結晶成長工程では、基板４を搭載したトレイ（１、１０１）がさらにサセプタ５のトレイ搭載部６に搭載された例が説明された。各実施形態では、説明を簡単にするために、単一のトレイがサセプタに搭載された例が説明されたが、複数個のトレイがサセプタに搭載されることも勿論可能である。また、トレイ自身がサセプタとなって用いられることも可能である。すなわち、トレイは、基板４を複数枚搭載できるだけの表面を持ち、その表面に基板搭載部３を複数有し、各基板搭載部３が、第１の実施形態及び第２の実施形態で示した、凹み１ａ及び段差１ｂを備えるように形成されていてもよい。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１、１０１  トレイ
１ａ、１０１ａ  凹み、１ｂ  段差凹み、１ｃ  中段
２  化合物半導体膜
３  基板搭載部
４  基板
５  サセプタ
６  トレイ搭載部
７  開口部
８  空隙
９ａ、９ｂ  堆積物
【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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