(57)【要約】      （修正有）【課題】気相成長の際にＧａＮ膜の外周部に生じるクラウンを防止することができるようにした窒化物半導体の製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる製造装置を用い、下地基板１２上にＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる窒化物半導体の製造方法であり、前記製造装置の反応室に設けられたサセプタ１０Ａ上に載置された下地基板の外周部周囲に窒化物を含む多結晶体１４を配置し、前記反応室に原料ガスを供給した際に前記多結晶体にＧａＮが析出せしめられることで、ＧａＮ膜の外周部のクラウン発生が抑制されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる製造装置を用い、下地基板上にＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる窒化物半導体の製造方法であり、前記製造装置の反応室に設けられたサセプタ上に載置された下地基板の外周部周囲に窒化物を含む多結晶体を配置し、前記反応室に原料ガスを供給した際に前記多結晶体にＧａＮが析出せしめられることで、ＧａＮ膜の外周部のクラウン発生が抑制されるようにしたことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記多結晶体が、ＧａＮ多結晶体又はＡｌＮ多結晶体であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記ＡｌＮ多結晶体が、セラミックス体であることを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体の製造方法に関わり、特に発光素子の材料を成長する際に基板の外周部に生じるクラウンを抑制するのに好適な製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）などのＩＩＩ-Ｖ族窒化物半導体は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）やレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）などの発光素子の材料としてよく用いられる。
【０００３】
ＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を気相成長させて製造する方法として、特にＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）法は成長速度が速くＧａＮを厚膜に成長させたり、ＧａＮ自立基板を作製したりするのに好適に用いられる。
【０００４】
ＨＶＰＥ法による気相成長を行うにあたっては、例えば、特許文献１の図６に示されるような半導体結晶膜の気相成長装置が用いられてきた。
【０００５】
ＨＶＰＥ法では、成長膜厚の均一性を取るために、ウェーハ（基板）の保持具（サセプタ）を回転させる。その際に、ウェーハの外周側を全て覆って押さえてしまうと未成長となり歩留りが落ちてしまうため、爪で押さえ部の面積を減らしたり、またはウェーハの動きを抑えるためにウェーハ形状のザグリを形成し、外周部に未成長部がないように工夫するのが一般的である。
【０００６】
結晶成長においては、同条件の空間にウェーハを設置しても、ウェーハの中心と外周部で成長速度が異なることが観察される。単結晶ウェーハにエピタキシャル成長をすると、外周部が厚くなる、いわゆるクラウンが問題になるケースがある。加工時に割れの原因となるなどするため課題となっている。ＧａＮのＨＶＰＥ育成でも同様に、ウェーハの外周部と中心とで温度や原料濃度条件が変動しないように注意深く調整しても、ウェーハの外周部の成長速度が著しく速くなり、いわゆるクラウンと呼ばれる異常成長が外周部に生じる。
【０００７】
従来、クラウンの解消は、ウェーハの外周部を斜めに形成して厚くならないようにしたり、クラウン部分を面取りで除去するという技術が公知となっている。
【０００８】
ところがこれらの方法では、クラウン部分を加工除去する際に工数がかかることになるし、その加工において割れが生じやすくなるため歩留りも低下するという問題があった。また、クラウン部分を面取りしてしまうと面積が小さくなるため歩留りが低下するという問題があった。また外周部の形状を工夫する技術では、数μｍしかエピタキシャル成長しないような薄膜のエピタキシャル成長では有効なケースがあるものの、バルクＧａＮ成長のような数ｍｍを超えてエピタキシャル成長させる場合には効果がなかった。
【０００９】
例えば、特許文献２では、従来の平坦なサセプタを用いるＭＯＣＶＤ法で結晶を成長させた場合、ＭＯＣＶＤによる熱に起因してウエハの周辺部分では組成が変わって格子定数が小さくなり波長が短波長化するため、ウエハの周縁に対応する溝を有するサセプタを使用することで、ウエハの周縁がサセプタに直接接触しないようにしてウエハの周縁はその内側のサセプタに直接接触する部分に比較して温度が上昇せず、半導体層の組成が変化し難くなるようにした結晶成長方法などを開示している。
【００１０】
しかし、特許文献２は、ウエハの周縁の半導体層の組成が変化し難くなり、ウエハの略全域において均質な半導体層を形成するものであり、いわゆるクラウンと呼ばれる異常成長が外周部に生じる問題を解決するものではない。また、特許文献２は、平坦なサセプタではなく特殊な構造のサセプタを用いているため、ウエハの裏面に回りこみ成長が発生するため、裏面研磨工程等が必要になるため好ましくない。
【００１１】
また、特許文献３では、窒化物半導体結晶の製造方法において、種結晶のエッジ部分および側面部分をカバー（実施例では円筒形のグラファイト製のカバー）で覆う手法が開示されている。
【００１２】
しかしながら、基板を１枚処理する毎に上記カバーで覆うのでは、ウェーハの外周部を成長させないことになるので、歩留まりが低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−４２８９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３７２７号公報
【特許文献３】特開２００５−２００２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、気相成長の際にＧａＮ膜の外周部に生じるクラウンを防止することができるようにした窒化物半導体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、気相成長の際、ＧａＮ膜の外周部は、基板全面にわたって同じ過飽和度であっても中心よりも成長速度が大きくなることがわかったため、積極的に基板外周部の過飽和度を下げる方策が有効であることを見出した。
【００１６】
即ち、本発明の窒化物半導体の製造方法は、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる製造装置を用い、下地基板上にＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる窒化物半導体の製造方法であり、前記製造装置の反応室に設けられたサセプタ上に載置された下地基板の外周部周囲に窒化物 を含む多結晶体を配置し、前記反応室に原料ガスを供給した際に前記多結晶体にＧａＮが析出せしめられることで、ＧａＮ膜の外周部のクラウン発生が抑制されるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
このように、前記製造装置の反応室に設けられたサセプタ上に載置された下地基板の外周部周囲に窒化物を含む多結晶体を配置することで、前記反応室に原料ガスを供給した際に前記多結晶体にＧａＮが析出せしめられ、基板外周部の過飽和度が下がる。これにより、基板外周部のクラウン発生が抑制されるのである。
【００１８】
つまり、ウェーハの周辺にＧａＮ原料の吸い込み口を用意すると、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる際に、ウェーハ外周部のクラウンが抑制される。
【００１９】
また、前記多結晶体は、ＧａＮが析出し易いため、ＧａＮ多結晶体又はＡｌＮ多結晶体が好ましい。単結晶体よりも多結晶体の方が、ＧａＮがより析出せしめられ易いため、吸収効率が高く、基板外周部の過飽和度を効率的に下げることができる。
【００２０】
前記ＡｌＮ多結晶体は、セラミックス体でもよい。同様の効果が得られるからである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、気相成長の際にＧａＮ膜の外周部に生じるクラウンを防止することができるようにした窒化物半導体の製造方法を提供することできるという著大な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る窒化物半導体の製造方法に用いられるサセプタの一つの実施の形態と下地基板を示し、（ａ）が概略平面図、（ｂ）が（ａ）のｂ−ｂ線概略断面図である。
【図２】本発明に係る窒化物半導体の製造方法に用いられる気相成長装置の一つの実施の形態を示す概略断面図である。
【図３】下地基板上のＧａＮ膜の成長膜厚測定箇所を示す平面図である。
【図４】実施例１によって製造されたＧａＮ自立基板とサセプタを示す概略断面図である。
【図５】実施例２によって製造されたＧａＮ自立基板とサセプタを示す概略断面図である。
【図６】実施例３に用いられるサセプタの一つの実施の形態と基板を示し、（ａ）が概略平面図、（ｂ）が実施例３によって製造されたＧａＮ自立基板とサセプタを示す概略断面図である。
【図７】比較例１によって製造されたＧａＮ自立基板とサセプタを示す概略断面図である。
【図８】本発明に係る窒化物半導体の製造方法に用いられるサセプタの別の実施の形態と下地基板を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。
【００２４】
図１に本発明に係る窒化物半導体の製造方法に用いられるサセプタの一つの実施の形態と下地基板を示す。図１において、サセプタ１０Ａには、オリフラ部２２を有する下地基板１２（図示例ではウェーハ）が載置されており、下地基板１２の外周部周囲には、多結晶体１４が配置されている。符号１６は、多結晶体１４を配置するための堤である。なお、本発明では、下地基板１２の外周部周囲に、多結晶体１４が配置されればよいものであるから、堤１６を設けない構成としてもよいことは勿論である。
【００２５】
図２に、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる製造装置として、気相成長装置の一つの実施の形態を示す。
【００２６】
気相成長装置５０は、横型ＨＶＰＥ炉であり、石英ガラス製の反応管５２と、下地基板１２を支持するサセプタ１０Ａが先端に設けられた回転軸５４を有し、前記反応管５２の内部に内挿される石英ガラス製の内挿管５６と、前記反応管５２の内部に内挿された内挿管５６が抜けないように固定するフランジ５８のついたキャップ６０を含む構成とされている。なお、符号６２は、回転軸を支持するための支持部材である。また、符号６４は、内挿管５６の後端近傍に形成された排気口である。この気相成長装置５０としては、サセプタに載置された下地基板の外周部周囲に、多結晶体が配置される限り、特許文献１の図６に示されるような公知のＨＶＰＥ気相成長装置などの気相成長装置を使用することができる。
【実施例】
【００２７】
以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。
【００２８】
（実施例1）
図２に示されるような横型ＨＶＰＥ炉を用いてＧａＮ自立基板の育成を行った。ＨＣｌを８５０℃に加熱したＧａ容器上にキャリアガスとともに流し、生成したＧａＣｌをＩＩＩ族源、ＮＨ３をＶ族源として育成を行った。厚さ２８０μｍの下地基板１２をサセプタ１０Ａ上に設置し、前記サセプタ１０Ａを１０００℃に加熱した。下地基板１２としては、ウェーハ形状のサファイアを使用した。サセプタ１０Ａは通常皿形状となっており、回転することによって膜厚の均一な面内分布を得る。図４に示すように、サセプタ１０Ａの下地基板１２設置部周辺にＧａＮ多結晶体１４Ａを設置できる領域を設け堤１６で囲い、ＧａＮ多結晶を満たして成長した。このような構成の装置で１０時間育成したところ、ＧａＮ膜付きのウェーハが得られた。この前記ＧａＮ膜付きのウェーハから下地基板１２を剥離して、ＧａＮ自立基板１８Ａが得られた。図４では、下地基板１２を剥離したＧａＮ自立基板１８Ａと使用したサセプタ１０Ａを示した。
【００２９】
得られたＧａＮ自立基板１８Ａを、ダイヤルゲージで膜厚を図３に示されるように面内で９点測定したところ、表１のような面内分布となった。図３において、点(1)は面内中心であり、点(2)，(3)，(4)，(5)は半径Ｒ／２の領域の点である。また、点(6)，(7)，(8)，(9)は、基板（図示例ではＧａＮ自立基板１８Ａ）の外周から５ｍｍの領域の点である。
【００３０】
半径Ｒ／２の４点（(2)，(3)，(4)，(5)）、および外周から５ｍｍの４点（(6)，(7)，(8)，(9)）はそれらの平均値で表１に示した。
【００３１】
その結果、膜厚１５００μｍ成長時に膜厚１６００μｍのクラウンが観察されただけで、クラウンの発生が大幅に抑制された。また、クラウンが形成されているＧａＮ自立基板１８Ａの外周から５ｍｍの点でも、着色はなく透明であった。
【００３２】
ＧａＮ多結晶体を設置する構成は、実施例では壁を設けて溝を作ったが、サセプタの底面に溝を掘って形成しても構わない。また、壁の角度は、傾斜をつけても構わない。望ましくは、壁の内側の角度が、基板を設置する側を覆うような角度で傾斜が付いているのが望ましい。また、壁の上部及び側面の材質の表面の算術平均粗さＲａが小さい方が望ましい。
【００３３】
なお、ＧａＮ多結晶は、ＨＶＰＥ成長の生成物として、容易に大量に調達可能である。
【００３４】
（実施例２）
次に、ＧａＮ多結晶体の代わりにＧａＮの析出が付き易い材料である、ＡｌＮ多結晶体１４Ｂを図５に示すようにリング状に設置した。それ以外は、実施例１と同様の条件で横型ＨＶＰＥ炉を用いてＧａＮ自立基板の育成を行った。その結果、表１に示すように、１５０２μｍ成長時に、クラウン高さの平均値が１６９２μｍとやはり析出を抑えることができた。なお、図５では、下地基板を剥離後のＧａＮ自立基板１８Ｂと使用したサセプタ１０Ｂを示した。
【００３５】
（実施例３）
また、ＡｌＮ多結晶体を焼結させたＡｌＮセラミックス体１４Ｃを用い図６に示すようにリング状に設置した。それ以外は、実施例１と同様の条件で横型ＨＶＰＥ炉を用いてＧａＮ自立基板の育成を行った。その結果、表１に示すように、クラウンの発生を抑えることができた。なお、図６では、下地基板を剥離後のＧａＮ自立基板１８Ｃと使用したサセプタ１０Ｃを示した。
【００３６】
（比較例１）
図２に示されるような横型ＨＶＰＥ炉を用いてＧａＮ自立基板の育成を行った。ＨＣｌを８５０℃に加熱したＧａ容器上にキャリアガスとともに流し、生成したＧａＣｌをＩＩＩ族源、ＮＨ３をＶ族源として育成を行った。図７に示すように、厚さ２８０μｍの下地基板１０２をサセプタ１００上に設置し、前記サセプタ１００を１０００℃に加熱した。下地基板１０２としては、ウェーハ形状のサファイアを使用した。サセプタ１００は通常の皿形状のものを使用した。このような構成の装置で１０時間育成したところ、ＧａＮ自立基板が得られた。ダイヤルゲージで膜厚を面内で９点測定したところ、表１のような面内分布となった。半径Ｒ／２の領域から始まって基板の外周５ｍｍまでは中心厚の１０％以内の膜厚分布で育成できていたが、外周５ｍｍの領域では大きく上に出っ張っており、クラウンが形成されていた。また基板の中心部、平坦部では無色透明であったが、クラウンが形成された外周部では、濃い茶褐色への着色が見られた。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
通常、基板の外周部は、基板中心部の１．５〜２．０倍程度の成長速度が出るが、多結晶体を外周部周辺に設置すると、クラウンの成長速度は１．０倍〜１．１倍程度に納まった。その結果、加工時間が大幅に短縮され、基板の割れ率も減少した。
【００３９】
上述した実施例１〜３と比較例１から、単純にウェーハを置いてガスを供給した場合と、その周囲にウェーハと同材料を配置した場合では、基板の周りに結晶を配置した方が、有意にクラウンが小さくなった。また周りにおく結晶は単結晶でなく多結晶の微結晶を多く集め、それを配置した方が析出物の吸収が良かった。これらの結果は、基板外周部の周りに配置した結晶が原料の吸い込み口となるため、外周部の過飽和度を下げたことによる。
【００４０】
また、図８に示されるように、サセプタ１０Ｄの基板１２設置部周辺にＧａＮ多結晶体１４Ａを設置できる領域を設け、且つ基板１２の外周部上方に庇２０をつけ、ＧａＮ多結晶体１４Ａを満たして成長した。基板１２の外周部上方に庇２０をつけることにより、基板１２の外周と中心への原料ガスの供給量に差がつけられた。その結果、さらにクラウンの発生が抑制された。
【符号の説明】
【００４１】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１００：サセプタ、１２，１０２：下地基板、１４：多結晶体、１４Ａ：ＧａＮ多結晶体、１４Ｂ：ＡｌＮ多結晶体、１４Ｃ：ＡｌＮセラミックス体、１６：堤、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ：ＧａＮ自立基板、２０：庇、２２：オリフラ部、５０：気相成長装置、５２：反応管、５４：回転軸、５６：内挿管、５８：フランジ、６０：キャップ、６２：支持部材、６４：排気口。
【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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