[发明专利]基座、结晶生长装置以及结晶生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过化学气相沉积法在基板上形成生长层用的基座、以及使用该基座的结晶生长装置、结晶生长方法。

技术背景

以GaN为代表的III族氮化物半导体由于其带隙较为广泛，因此作为紫外线、蓝色、绿色等发光二极管(LED)、镭射二极管(LD)等发光元件以及能量元件的材料被广泛使用。在制造使用硅等LIS等的半导体装置时，相对于使用通过切割大口径的大体积结晶得到的大口径晶片，在这种III族氮化物半导体的情况下，得到大口径例如4英寸口径以上的大体积结晶，是一件极为困难的事情。为此，在制造使用这类III族氮化物半导体的半导体装置时，通常使用令该III族氮化物半导体在同自身材料不同的基板上进行外延生长即异质外延生长的晶片。

作为对III族氮化物半导体的外延生长方法，已知有分子束外延法(MBE)和有机金属化学气相沉积法(MOCVD)。这其中，MOCVD法由于量产性比MBE法要好，因此适合被使用。在MOCVD法中，于腔内将作为基板的晶片支撑并载置在基座上，令其处于规定温度，例如1000℃以上的状态下，然后通入包含构成半导体原材料的元素的有机金属气体即原料气体等。原料气体在该温度下，于基板表面上产生反应，从而能够在基板上形成单晶的优质半导体层。

此时，在高温下支撑基板的基座将对于生长的半导体层即生长层的特性产生重大影响。对于基座有着如下的要求：

(1)能够将热传导率高的基板维持在一定的温度；

(2)在半导体中，不含电气或者光学活性的杂质元素，即在电气或者光学性方面度对于特性不造成影响；

(3)具有充分的机械强度以及耐热性等。

为此，一般来说，作为基座的素材，使用热传导率高的黑铅等等。此外，基座上每次进行结晶生长时，都要载置新的基板来进行结晶生长，而基座则在其使用寿命范围内反复被使用。为此，要求能够使用同样的基座，在长时间内充分重现同等特性的半导体层。为此人们提出了具有满足这些要求的结构的各种基座的方案。

在专利文献1、2中，记录了为了提高每次结晶生长的重现性，而在基座上部新增设可替换结构物体的结构。该结构物体在专利文献1所述的技术中是SiC制造的盖子，在专利文献2所述的技术中是薄薄的黑铅所制造的防止接触板。在这样的构造中，其具有可以适当地替换、洗净这些结构物体的结构。这么一来，就抑制了杂质从基板一侧朝基座扩散，并且还抑制了杂质扩散到新载置的其他基板、以及上表面的半导体层上。也就是说，通过这样的结构，能够抑制杂质在基板之间的转引，从而在长时间内良好地重现优质特性的半导体层。

[专利文献1]日本专利特开平3-69113号公报

[专利文献2]日本专利特开平6-314655号公报

发明内容

发明需要解决的问题

通过上述的技术，虽然能够良好地重现优质特性的半导体层，但是实际上在形成于1块基板上的半导体层上，中心部位同周边部位的结晶性和膜厚是不同的。也就是说，虽然每次能够良好地重现生长，但是半导体层即生长层的表面均匀性却并不是很好。

不仅是MOCVD法，当在控制温度的基座上载置基板，并且在基板上形成生长层的情况下，使用其他的CVD法等也会产生这样的状况。

也就是说，想要在载置于基座上的基板上均匀地形成生长层，这是很困难的事情。

此外，除了基板以外，在腔内壁以及基座等结构物体的表面上，原料气体会产生反应，因此反应生成物，通常是与半导体层结构类似的多结晶层也会形成于腔内壁、基座和结构物体的表面。虽然反应生成物未必都是杂质，但是若反应生成物变厚，并且剥离的部分附着在基板表面的话，则附着该反应生成物的地方将会阻碍结晶生长，因此构成生长效率下降的原因。还有，若反应生成物变厚，则表面温度也会因此发生变动，这也将成为导致基板上的半导体层的膜厚以及各种特性发生变化的原因。为此，需要定期替换、清扫腔和基座等，但是以维护容易为优选。

本发明鉴于上述的问题点而制成，其目的是提供一种解决上述问题点的发明。

技术方案

本发明为解决上述问题，构成为如下的结构。