(57)【要約】 【課題】短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングする技術を提供する。【解決手段】内部に基板Ｓが配置され、この基板Ｓ上に膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための第一の反応性ガスを供給する第一供給管２１と、成膜室４内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含む前記ガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための第二の反応性ガスを供給する第二供給管３１と、成膜室４内に基板Ｓを保持するための基板保持台５１が設けられている基板保持部５と、基板保持台５１に設けられ、基板Ｓを加熱する成膜用加熱手段５３と、基板保持台５１以外の成膜室４の壁面に設けられ、壁面を加熱するクリーニング用加熱手段６０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板が配置され、この基板上に膜を成膜するための成膜室と、
前記成膜室内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための第一の反応性ガスを供給する第一供給管と、
前記成膜室内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含む前記ガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための第二の反応性ガスを供給する第二供給管と、
前記成膜室内に前記基板を保持するための基板保持台が設けられている基板保持部と、
前記基板保持台に設けられ、前記基板を加熱する成膜用加熱手段と、
前記基板保持台以外の前記成膜室の壁面に設けられ、前記壁面を加熱するクリーニング用加熱手段と、
を備える気相成長装置。
【請求項２】
前記第一供給管は、
前記成膜室にガスを供給する第一のガス供給口を有しており、
前記第二供給管は、
前記成膜室にガスを供給する第二のガス供給口を有しており、
前記基板と対向する箇所に、前記第一のガス供給口および前記第二のガス供給口が位置するように、前記第一のガス供給口あるいは前記第二のガス供給口に対して、前記基板を移動させる移動手段と、
をさらに備え、
前記移動手段により、前記第一のガス供給口と前記基板とが対向する状態、前記第二のガス供給口と前記基板とが対向する状態とが切り替わる請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記基板保持部は、
前記基板保持台を回転駆動する前記移動手段として、回転手段をさらに備え、
前記基板保持台を前記回転手段により駆動することで、前記基板保持台に保持された前記基板は、前記基板保持台の回転軸を中心とした円周上を移動し、
前記基板を前記円周上で移動させることで、前記第一供給管の前記第一のガス供給口と前記基板とが対向する状態、前記第二供給管の前記第二のガス供給口と前記基板とが対向する状態とが切り替わる請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記クリーニング用加熱手段が、前記成膜室における前記基板保持台以外の面全体を加熱するように構成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記壁面のクリーニングに用いる第三の反応性ガスを供給するガス導入部と、
前記クリーニング用加熱手段および前記ガス導入部の動作を制御する制御部と、
をさらに有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記成膜室からガスを排出するガス排出部をさらに有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記クリーニング用加熱手段に対して当該気相成長装置の外壁側に、第一の遮熱手段が設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記成膜室において前記基板保持台と対向する面における前記第一供給管と前記第二供給管の側壁近傍に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段がさらに設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記不活性ガス供給手段が、前記基板保持台と対向する面における前記第一供給管と前記第二供給管と隣接する箇所に設けられている請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記基板保持台は、前記基板保持台を回転駆動する前記移動手段として、回転手段をさらに備え、
前記基板保持台の回転軸と直交する面で前記基板を保持し、
前記基板保持台の前記回転軸に沿った方向からの平面視において、前記第一供給管の前記成膜室へのガスの供給口および前記第二供給管の前記成膜室へのガスの供給口は、前記基板保持台を回転駆動することで前記基板が描く円周上に位置する請求項９に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含む前記ガスおよびこのガスと反応する前記第一の反応性ガスを供給する際、あるいは、
前記第二供給管から、有機金属を含む前記ガスおよびこの有機金属を含む前記ガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第二の反応性ガスを供給する際に、
前記回転手段により、前記基板保持台を回転させ、前記基板保持台の回転軸を中心として前記基板を公転させながら、前記基板上に成膜を行う請求項１０に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記基板保持台は、前記回転軸を中心とした同一円周上に複数枚の前記基板を保持し、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含む前記ガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第一の反応性ガスを供給する際、あるいは、
前記第二供給管から、有機金属を含む前記ガスおよびこの有機金属を含む前記ガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第二の反応性ガスを供給する際に、
前記回転手段で前記基板保持台を回転させながら、前記基板保持台上の複数枚の前記基板を順次、前記第一供給管の前記成膜室へのガスの供給口または前記第二供給管の前記成膜室へのガスの供給口に対向させて成膜する請求項１０または１１に記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記第一供給管は、
ハロゲン元素を含む前記ガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第一の反応性ガスのうち、いずれか一方を供給する外管と、
前記外管の内に挿入され、ハロゲン元素を含む前記ガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第一の反応性ガスのいずれとも反応しない非反応性ガスを供給する第一の内管と、
前記第一の内管の内に挿入され、ハロゲン元素を含む前記ガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第一の反応性ガスのうち、いずれか他方を供給する第二の内管とを備える請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項１４】
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含む前記ガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための前記第一の反応性ガスを供給する際に、前記成膜室内をハロゲン元素を含む前記ガスと反応する前記第一の反応性ガスの雰囲気とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項１５】
前記第一供給管の周囲には、前記第一供給管内を加熱する第三の加熱手段が配置され、
前記第三の加熱手段の周囲には、前記第三の加熱手段からの熱を遮断する第二の遮熱手段が配置されている請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項１６】
前記第二の遮熱手段は、冷却装置を含んで構成される請求項１５に記載の気相成長装置。
【請求項１７】
前記第一供給管からは、ＩＩＩ族元素と前記ハロゲン元素とを含むガスおよびＶ族元素を含む前記第一の反応性ガスが供給され、
前記第二供給管からは、ＩＩＩ族元素を含む有機金属を含む前記ガスおよびＶ族元素を含む前記第二の反応性ガスが供給される請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項１８】
気相成長装置を使用して基板上に成膜を行う成膜方法であって、
前記気相成長装置は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の気相成長装置であり、
成膜室に反応性ガスを供給して前記基板上に成膜する工程と、
成膜する前記工程の後、クリーニング用加熱手段により前記成膜室の壁面を加熱するとともに、前記成膜室内に第三の反応性ガスを供給して、前記壁面をクリーニングする工程と、
を有する成膜方法。
【請求項１９】
成膜する前記工程が、前記第一供給管から、ハロゲン元素を含む前記ガスと、前記第一の反応性ガスとを前記成膜室の前記基板上に供給して成膜する第一の成膜工程と、
前記第二供給管から、有機金属を含む前記ガスと、前記第二の反応性ガスとを前記成膜室の前記基板上に供給して成膜する第二の成膜工程と、
を備える請求項１８に記載の成膜方法。
【請求項２０】
前記第一の成膜工程および第二の成膜工程において、前記基板保持台以外の前記成膜室における前記壁面を加熱する工程を含む請求項１９に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード素子や半導体レーザ素子等の発光素子は、たとえば、以下のようにして製造されている。基板としてサファイアやＳｉＣ、そしてＧａＮ、ＡｌＮ等の窒化物を用い、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）によって半導体層を積層する。半導体層としては、たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を成長させる。
【０００３】
近年、格子不整合から生じる結晶成長時の欠陥を低減させ、更にサファイア基板等の基板を除去するために、アンドープＧａＮ層等の下地層の厚みを、たとえば、３０μｍ〜５０μｍと厚くすることが求められている。
【０００４】
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法における成膜速度は、一般に１μｍ／時間〜３μｍ／時間であり、成膜速度が遅いため、厚みの厚い下地層を形成しようとすると、非常に時間がかかる。
【０００５】
そこで、成長速度が速いＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）により、厚みの厚い下地層を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法により上層の半導体層を形成する方法が考えられる。
ＨＶＰＥ法における成膜速度は、一般に１００μｍ／時間〜３００μｍ／時間程度であり、ＨＶＰＥ法を使用することで、素子の製造速度が格段に速くなると考えられる。
【０００６】
このような要求に対応するために、特許文献１には、図６に示すようなＨＶＰＥチャンバー９０１と、ＭＯＣＶＤチャンバー９０２とを備えた装置９００が開示されている。
この装置９００ではＨＶＰＥチャンバー９０１で第一層（たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層）を形成した後、ＨＶＰＥチャンバー９０１から基板を取り出し、ＭＯＣＶＤチャンバー９０２に移動させることで、第二層（下地層よりも上層の半導体層）を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１９４０２６号明細書
【特許文献２】特開２０１０−６７７７５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６５１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＧａＮ等の窒化物を気相成長させてＧａＮ自立基板やＧａＮ系半導体素子を得る際、良好な膜質のＧａＮ系半導体層を得ることが重要な技術的課題となる。この課題を解決するため、これまで、ＧａＮの成長条件を制御する種々の技術が開発されてきた（特許文献２、３）。
【０００９】
しかしながら、ＧａＮの成長条件を高度に制御しても、必ずしも高品質な膜質とはいえないものが一定の頻度で発生してしまうことがあった。この原因について本発明者らが検討したところ、成長装置の壁面に付着した異物が成長層中に混入し、これが成長不良を引き起こすことがあることを見出した。
【００１０】
従来の気相成長装置においては、壁面に付着した異物を除去する場合、成膜室を形成する部材の交換、あるいは成膜室を長時間かけてクリーニングするという作業が行われている。なお、長時間かけてクリーニングする場合においても、壁面に付着した異物を完全に除去することは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングする技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従来の気相成長装置によれば、成膜室側壁面への異物の堆積が顕著になる前に、適宜、成膜室のクリーニングが行われていた。しかしながら、従来の方法において、短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングできる技術はなかった。
【００１３】
そこで、本発明者らは、短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングする技術について鋭意検討した。その結果、成膜室の壁面に加熱手段を設けることにより、短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングできることを見出し、本発明に至った。
【００１４】
本発明によれば、内部に基板が配置され、この基板上に膜を成膜するための成膜室と、
前記成膜室内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための第一の反応性ガスを供給する第一供給管と、
前記成膜室内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含む前記ガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための第二の反応性ガスを供給する第二供給管と、
前記成膜室内に前記基板を保持するための基板保持台が設けられている基板保持部と、
前記基板保持台に設けられ、前記基板を加熱する成膜用加熱手段と、
前記基板保持台以外の前記成膜室の壁面に設けられ、前記壁面を加熱するクリーニング用加熱手段と、
を備える気相成長装置が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、上記気相成長装置を使用して基板上に成膜を行う成膜方法であって、
成膜室に反応性ガスを供給して前記基板上に成膜する工程と、
前記成膜する工程の後、クリーニング用加熱手段により前記成膜室の壁面を加熱するとともに、前記成膜室内に第三の反応性ガスを供給して、前記壁面をクリーニングする工程と、
を有する成膜方法も提供できる。
【００１６】
本発明によれば、成膜室壁面に堆積した異物を除去するために、成膜室壁面を加熱するクリーニング用加熱手段を設けている。このクリーニング用加熱手段により壁面を加熱することで壁面に付着した異物と反応性ガスとの反応を促進させることができる。こうすることにより、壁面の異物を短時間で効率良く、かつ高い清浄度でクリーニングすることができる。すなわち、本発明によれば、常に、成膜室の壁面に異物が付着していない清浄な状態でエピタキシャル成長を行なうことができるため、異物による成長阻害や、成膜室に凸凹が発生する原因を排除し、良好な膜質を形成できるエピタキシャル成長を安定的に実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の概略図である。
【図３】気相成長装置の平面図である。
【図４】気相成長装置の要部を示す断面図である。
【図５】気相成長装置の要部を示す平面図である。
【図６】従来の気相成長装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、ＧａＮ等の窒化ガリウム半導体層を形成する気相成長装置を例に挙げて説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の気相成長装置１は、内部に基板Ｓが配置され、この基板Ｓ上に膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための第一の反応性ガスを供給する第一供給管２１と、成膜室４内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための第二の反応性ガスを供給する第二供給管３１と、成膜室４内に、基板Ｓを保持するための基板保持台（サセプタ）５１が設けられている基板保持部５と、基板保持台５１に設けられ、基板Ｓを加熱する成膜用加熱手段５３と、基板保持台５１以外の成膜室４の壁面に設けられ、壁面を加熱するクリーニング用加熱手段６０と、を備えている。
【００２１】
（気相成長装置の基本構成）
本実施形態に係る気相成長装置の基本構成の概要について説明する。
なお、図１は、本実施形態に係る気相成長装置の断面図であって、図３のＡ−Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向の断面を合わせた変位断面図である。
図５は、本実施形態に係る気相成長装置の基板保持部５１、および基板Ｓ上への成膜を説明するための平面図である。
【００２２】
本実施形態に係る気相成長装置は、ＨＶＰＥ法により成膜を行うハイドライド気相成長用ガス供給部２と、ＭＯＣＶＤ法により成膜を行う有機金属気相成長用ガス供給部３と、を備えている。このように、ＨＶＰＥ法とＭＯＣＶＤ法を組み合わせて成膜することによって、製造効率良く基板Ｓ上に成膜することができる。
【００２３】
本実施形態に係るハイドライド気相成長用ガス供給部２は、成膜室４内でハイドライド気相成長を実施するためのものである。
このハイドライド気相成長用ガス供給部２は、第一供給管２１と、この第一供給管２１の外側に配置された第二の遮熱手段２２とを備える。この第一供給管２１は、３本の管（外管２１１、第一の内管(図示せず)、第二の内管(図示せず)）を含んで構成されている。
【００２４】
外管２１１は、第一の反応性ガスを成膜室４に供給するための管である。この第一の反応性ガスは、Ｖ族元素を含むガスである。また、第一の反応性ガスは、前述したように、ハロゲン元素とＩＩＩ族元素とを含有するガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するためガスである。本実施形態では、外管２１１は、第一の反応性ガスであるアンモニアガスを成膜室４に供給する。
【００２５】
第一の内管は、外管２１１よりも内径が小さく、外管２１１内に挿入される。第一の内管内には、上記第一の反応性ガスおよびハロゲン元素を含むガスと反応しない非反応性ガスが供給される。この非反応性ガスは、前記第一の反応性ガス、および、ハロゲン元素とＩＩＩ族元素とを含有するガスの双方と反応しないガスである。非反応性ガスとしては、たとえば、水素ガスがあげられる。
【００２６】
第二の内管は、第一の内管よりも内径が小さく、第一の内管内に挿入される。ハロゲン元素とＩＩＩ族元素とを含有するガスが、第二の内管から成膜室４内に供給される。このハロゲン元素とＩＩＩ族元素とを含有するガスは、外管２１１から排出される第一の反応性ガスと反応して基板Ｓ上に膜を形成するためのガスである。
【００２７】
このハロゲン元素を含むガスは、ＩＩＩ族元素のハロゲン化ガスであることが好ましく、たとえば、ＧａＣｌガスである。
第二の内管内部には、前記ハロゲン元素を含むガスの原料となる原料ソース、たとえば、ＩＩＩ族元素を含む原料（たとえば、Ｇａ）を収容した容器（ソースボート）２４が配置されている。
【００２８】
この容器２４には、配管２５および配管２６が接続されている。ハロゲン元素を含むガスを生成するための原料ガス（たとえば、ＨＣｌガス）が配管２６により容器２４内に供給され、容器２４内の原料と反応してハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＧａＣｌガス）が生成される。生成したハロゲン元素を含むガスは、配管２７から排出され、成膜室４内に供給される。なお、外管２１１からハロゲン元素を含むガスを供給し、第二の内管から第一の反応性ガスを供給してもよい。
【００２９】
また、第一供給管２１の周囲、特に、容器２４の周囲となる位置には、第一供給管２１内部を加熱するための加熱手段、たとえば、第３の加熱手段８０が配置されている。
さらに、この第３の加熱手段８０の周囲（外周）には、第二の遮熱手段２２が配置されている。
【００３０】
本実施形態において第二の遮熱手段２２は、第一供給管２１の周囲、特に容器２４の周囲を囲むように設けられた複数の管状の金属部材２２３と、この金属部材２２３の周囲に配置された冷却手段２２４とを含んで構成される。金属部材２２３は、たとえば、３重構造の筒である。金属部材２２３の周囲には、冷却手段２２４を構成する管が配置され、この管内部を冷却用の流体Ｗ（たとえば、水等の液体）が通り、第３の加熱手段９０で発生した熱を遮熱する（図４）。
【００３１】
本実施形態に係る有機金属気相成長用ガス供給部３は、成膜室４内で有機金属気相成長を実施するためのものである。この有機金属気相成長用ガス供給部３は、有機金属を含むガスとこのガスと反応する第二の反応性ガスとで構成される第二原料ガスを、成膜室４内の基板Ｓに供給する第二供給管３１を含む。
【００３２】
第二供給管３１には、配管３４と配管３３とが接続されている。配管３４は、有機金属を含むガスを供給するものであり、配管３３は、第二の反応性ガスを供給するものである。なお、第二供給管３１の供給口には、複数の孔を有するガス供給部としてのシャワーヘッド３２が取り付けられており、このシャワーヘッド３２の孔を介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する第二の反応性ガスとが成膜室４内に供給される。
【００３３】
有機金属を含むガスとしては、たとえば、ＩＩＩ族元素を含む有機金属ガス、たとえば、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属ガスが挙げられ、第二の反応性ガスとしては、たとえば、Ｖ族元素を含むガス、たとえば、アンモニア、ホスフィン、アルシン等があげられる。有機金属を含むガスと、第二の反応性ガスとはシャワーヘッド３２の異なる孔を介して、成膜室４に供給される。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態における有機金属気相成長用ガス供給部３は、複数、たとえば、２つの第二供給管３１を備え、装置１上面からの平面視において対向配置されている。
【００３５】
また、上述したハイドライド気相成長用ガス供給部２も、複数、たとえば、２つの第一供給管２１を備え、図３に示すように、装置上面からの平面視において対向配置されている。換言すると、一つの円周上に、第一供給管２１，第二供給管３１がそれぞれ交互に配置されている。
【００３６】
また、上述した複数の第一供給管２１、複数の第二供給管３１はすべて平行配置されており、各供給管２１，３１からは、成膜室４内に同じ方向からガスが供給される。
【００３７】
本実施形態に係る成膜室４は、たとえば、ステンレス等のチャンバーで構成されている。この成膜室４内には、基板Ｓを保持するための基板保持部５が配置されている。この基板保持部５は、基板Ｓを保持する基板保持台５１と、移動手段とを備える。本実施形態に係る気相成長装置１では、基板保持台５１を回転駆動する回転移動式の回転手段５２を移動手段として用いているが（図１）、これに限定されるものではない。移動手段としては、例えば、基板保持台５１を図３に示すように回転駆動する回転移動式のほかに、基板保持台５１を回転させることなく水平方向に直線移動させるスライド移動式であってもよい。
【００３８】
基板保持台５１は、円盤状のものであり、一方の面（表面）で基板Ｓを保持する。基板保持台５１の基板を保持する面は、基板保持台５１の基板保持台５１と直交する面であり、回転手段５２が接続される面と反対側の面である。基板Ｓは基板面が供給管２１，３１側に向くように、保持される。換言すると、基板Ｓの基板面と、供給管２１，３１からのガスの供給方向とが直交するように基板Ｓが配置される。
【００３９】
本実施形態では、基板保持台５１は、複数枚の基板Ｓを保持し、この基板Ｓは基板保持台５１を中心とした同一円上に配置される。
【００４０】
回転手段５２は、基板保持台５１に接続されている。
基板保持台５１に沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、基板保持台５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置している（図５参照）。なお、図５は、気相成長装置１の平面図であり、第一供給管２１、第二供給管３１側から基板保持台５１を見た図である。
【００４１】
ここで、基板保持台５１は、回転手段５２により、自転することとなる。そして、基板保持台５１に保持された基板Ｓは、基板保持台５１を中心とした、一つの円周上を移動し、基板保持台５１を中心として、公転することとなる。基板保持台５１を中心として、公転する基板Ｓは、第一供給管２１の供給口、第二供給管３１の供給口と順次対向し、基板Ｓが第一供給管２１の供給口と対向する状態、基板Ｓが第二供給管３１の供給口と対向する状態とが切り替わることとなる。
【００４２】
また、図５に示すように、基板保持台５１に保持された基板Ｓと、第一供給管２１の供給口とを対向配置させた場合、第一供給管２１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、装置上面側からの平面視（第一供給管２１側からの平面視）において、供給口内に一枚の基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、複数枚の基板Ｓは収まらない。
【００４３】
同様に、基板保持台５１に保持された基板Ｓと、第二供給管３１の供給口とを対向配置させた場合、第二供給管３１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、上面側からの平面視において、供給口内に基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、複数枚の基板Ｓは収まらない。
【００４４】
また、成膜室４には、成膜室４内の雰囲気を第一供給管２１から供給される第一の反応性ガスと同じガスの雰囲気とするために、成膜室４内に第一の反応性ガスを供給するための配管（図示略）も接続されている。さらに、成膜室４には、成膜室４内のガスを排気するための配管６も接続されている。
【００４５】
以上が、本実施形態に係る気相成長装置１の基本構成である。本実施形態の気相成長装置１には、上記で説明した構成以外にも、クリーニング用加熱手段６０、ガス導入部６、ガス排出部７、制御部８、第一の遮熱手段７０および不活性ガス供給手段９０が設けられている。また、本実施形態に係る気相成長装置１の特徴は、基板Ｓ上に成膜した後、成膜室４の壁面をクリーニングすることができることにある。後述の成膜室のクリーニングの項において、この点について、気相成長装置１に設けられているクリーニング用加熱手段６０、ガス導入部６、ガス排出部７、制御部８、第一の遮熱手段７０および不活性ガス供給手段９０とともに、説明する。
【００４６】
（成膜方法）
次に、上記で述べた気相成長装置１を使用した半導体層の成膜方法の概要について、例を挙げて説明する。
【００４７】
まず、サファイア基板上に、２μｍ程度の膜厚で成膜された基板Ｓを基板保持台５１上に設置する。基板Ｓを設置後、配管２５、２６、２９、３３、および３４から水素ガスを、配管２８、および２１１から窒素ガスを、供給することにより、ハロゲン元素を含むガスは、配管２６を介して容器２４から排出されるとともに、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。次に、成膜用加熱手段５３を用いて、基板保持台５１の加熱を通し、基板Ｓを加熱する。このとき、基板Ｓの温度は、１０５０℃の温度にする。また、成膜用加熱手段５３を用いて、基板Ｓを加熱している間は、配管２９または３４、あるいは２９と３４の両方からアンモニアガスを供給する。
【００４８】
また、成膜室４には、基板Ｓの温度が安定してからは、基板を加熱している時と異なり、配管２６から塩化水素を供給する。こうすることで、成膜室４に供給された塩化水素（ＨＣｌ）は、容器２４内のガリウムと反応して、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を生成する。生成したＧａＣｌは、配管２７から成膜室４内に噴出する。この噴出したＧａＣｌが、成膜室４内でアンモニアガスと反応してガリウムナイトライド（ＧａＮ）を生成する。そして、生成したＧａＮが基板Ｓ上、基板保持台５１に形成することで、成膜される。また、基板Ｓ上にＧａＮが成膜されると同時に、成膜室４の壁面にもＧａＮは、異物として付着する。
【００４９】
なお、成膜用加熱手段５３により基板Ｓを加熱する際、基板Ｓの温度は、８００℃以上にすることが好ましく、９５０℃以上１１００℃以下の温度にするとさらに好ましい。こうすることによって、製造効率良く基板Ｓ上に成膜することができる。
【００５０】
また、本実施形態における成膜時において、容器２４内の原料の温度が所定の温度、たとえば、７００℃以上となるまで加熱することが好ましく、８００℃以上であるとより好ましい。その後、配管２６により、キャリアガスと第一の反応性ガスを生成するための原料ガス（たとえば、ＨＣｌガス）とを容器２４内に供給し、原料ガスと、容器２４内の原料とを反応させ、ハロゲン元素を含むガス、たとえば、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを生成する。
このハロゲン元素を含むガスは、配管２７を介して容器２４から排出され、成膜室４内に供給される。
【００５１】
また、外管２１１からは、不活性ガスが供給され、成膜用加熱手段５３の領域を流れ、成膜室４内の基板保持台５１の下流を流れ、ガス排出部７より排出される。
【００５２】
なお、第一供給管２１から、ハロゲン元素を含むガス、第一の反応性ガスが成膜室４内に供給される際には、成膜室４内の基板保持台５１は回転手段５２により回転駆動する。従って、ハイドライド気相成長法による成膜中、基板保持台５１上の基板Ｓは、基板保持台５１を中心として、公転した状態となる。基板保持台５１上の複数の基板Ｓは、基板保持台５１が回転することで順次、第一供給管２１の供給口に対向することとなる。
【００５３】
成膜時の基板保持台５１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。基板保持台５１の回転数を１００ｒｐｍ以上、特に３００ｒｐｍ以上とすることで、基板Ｓから第一供給管２１の供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを抑制できる。
【００５４】
第一供給管２１の供給口から供給された第一の反応性ガスと、ハロゲン元素を含むガスとは、供給口と対向する状態となる基板Ｓ上で反応し、基板Ｓの基板面上に膜が形成されることとなる。
【００５５】
以上のようにして、基板Ｓ上に膜が形成された後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を停止し、次に、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動する。このとき、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一供給管２１を冷却することなく、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動することができる。
【００５６】
第二供給管３１の供給口のシャワーヘッド３２介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する第二の反応性ガスとを成膜室４内に供給する。なお、このとき成膜室４内を有機金属を含むガスと反応する第二の反応性ガス雰囲気（たとえば、アンモニアガス雰囲気）とする。成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば、窒素ガス雰囲気）であってもよい。
【００５７】
また、有機金属気相成長による成膜中には、成膜室４内の基板保持台５１は回転手段５２により回転駆動する。成膜中、基板保持台５１上の基板Ｓは、回転駆動した状態となる。従って、基板保持台５１上の複数の基板Ｓは、順次、第二供給管３１の供給口に対向することとなる。
【００５８】
成膜時の基板保持台５１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。基板保持台５１の回転数を１００ｒｐｍ以上、特に３００ｒｐｍ以上とすることで、基板Ｓから供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを抑制できる。
【００５９】
第二供給管３１の供給口から供給された有機金属を含むガスと、第二の反応性ガスとは、供給口と対向する状態となる基板Ｓ上で反応し、基板Ｓ上に膜が形成されることとなる。得られた膜は、クリーニング用加熱手段６０によって成膜室４の壁面を加熱しているため、壁面への異物の付着も、壁面に付着した異物が成長層中に混入することも抑制することができる。
【００６０】
このように気相成長装置１を使用して、基板Ｓ上に、たとえば、レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子等の半導体装置を形成することができる。
【００６１】
以上が、本実施形態に係る気相成長装置１を使用した半導体層の成膜方法の概要である。次に、本実施形態に係る成膜方法の特徴は、基板Ｓ上に成膜した後、成膜室４の壁面をクリーニングすることができることにある。以下、この点について、前述で述べた気相成長装置１に設けられているクリーニング用加熱手段６０、ガス排出部６、および７、制御部８、第一の遮熱手段７０および不活性ガス供給手段９０とともに、詳説する。
【００６２】
（成膜室のクリーニング）
本実施形態に係る成膜方法において、成膜室４の壁面のクリーニングは、例えば、以下の方法を用いる。
まず、ＧａＮを成膜後、基板Ｓを装置から取り出すとともに、クリーニング用加熱手段６０によって、成膜室４の壁面を加熱し、ガス導入部２５から、成膜室４内に第三の反応性ガスを供給する。このとき、壁面の温度は、好ましくは９００℃以上、さらに好ましくは１０００℃以上とする。また、壁面の温度の上限は、好ましくは１２００℃以下、さらに好ましくは１１００℃以下とする。こうすることで、より一層短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室４をクリーニングすることができる。また、基板保持台５１に関しても、成膜用加熱手段５３によって、成膜室４の壁面と同様の温度に加熱すればよい。なお、基板保持台５１の温度は、例えば、１０５０℃とする。
【００６３】
次に、壁面と基板保持台５１を加熱した後、配管２５および３３から成膜室４内に第三の反応性ガスとして塩化水素を供給する。こうすることで、基板保持台５１や成膜室の壁面に付着した異物と第三の反応性ガスとの反応を促進することが可能であり、壁面を加熱しない場合に比べ１／５程度の時間で除去することができる。すなわち、短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングすることができる。  
【００６４】
上記で述べたように、本実施形態に係る気相成長装置１には、成膜室４の壁面に付着した異物を短時間で効率良く除去するため、クリーニング用加熱手段６０が設けられている。こうすることで、壁面に付着した異物と第三の反応性ガスとの反応を促進させることができるため、成膜室４を短時間で効率良く、かつ高い清浄度でクリーニングすることができる。このように、気相成長装置１にクリーニング用加熱手段６０を設けたことによって、成膜後の成膜室４をクリーニングすることができるようになった。成膜室４のクリーニングは、特に限定されないが、複数回成膜した後に行っても、成膜をするたびに毎回行ってもよい。
【００６５】
なお、成膜室４の壁面に付着する異物は、ＩＩＩ族元素であるＧａＮのガス源と、Ｖ族元素である窒素ガス源とからそれぞれ供給されたガス同士の反応によって生成した生成物が固化したものであると考えられる。
【００６６】
クリーニング用加熱手段６０は、成膜室４における基板保持台５１以外の面面全体を加熱できるように構成されていることが好ましい。こうすることで、成膜室の壁面を効率良く基板保持台５１と同じ温度以上の温度まで昇温することができ、第三の反応性ガスを導入した際、壁面に付着した異物と第三の反応性ガスとの反応を促進させ、付着した異物を除去することができる。このため、壁面に付着した異物をクリーニングする際にかかる時間を、短縮することができ、効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングすることができる。さらに、ガス排出口６または７から排気されるガスを制御することにより、成膜室内のガス流れを変化させることができる。こうすることで、より一層壁面に付着した異物のクリーニングを促進することができる。
また、ガス排出口６または７から排気されるガスの制御は、成膜室４の壁面のクリーニング時以外においても、ＭＯＣＶＤ法による成膜時や、ＨＶＰＥ法による成膜時に行なってもよい。こうすることによって、エピタキシャル成長する膜厚の効率を改善することができる。
【００６７】
なお、本実施形態に係る第三の反応性ガスとしては、例えば、塩化水素、および塩素ガス等のハロゲン元素を含むガスを用いることが好ましい。
【００６８】
また、図２に示すように、本実施形態に係る気相成長装置には、壁面に付着した異物をクリーニングする際に用いる第三の反応性ガスを成膜室４内に供給するガス導入部２５、および３３と、クリーニング用加熱手段６０と、ガス導入部２５、および３３の動作、および排出口６および７の排出ガスを制御する制御部８を、さらに有していてもよい。なお、制御部８によれば、クリーニング用加熱手段６０による壁面の加熱に連動させて、ガス導入部６から第三の反応性ガスを成膜室４内に供給することができる。こうすることによって、異物と第三の反応性ガスとの反応効率を向上させることができ、壁面に付着した異物を、より一層短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングすることができる。  
【００６９】
また、本実施形態に係る気相成長装置１には、異物と第三の反応性ガスとの反応により得られる生成ガスを成膜室４から排出するガス排出部６、および７が設けられている。こうすることによって、異物と第三の反応性ガスとの反応により得られる生成ガスが、成膜室４内に滞留することなく、効率良く装置外に排出される。このため、壁面に付着した異物をより一層短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングすることができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る気相成長装置には、クリーニング用加熱手段６０によって加熱された成膜室４の壁面温度の低下を防止するために、クリーニング用加熱手段６０に対して当該気相成長装置１の外壁側に、第一の遮熱手段７０が設けられていることが好ましい。第一の遮熱手段７０がクリーニング用加熱手段６０と共に設けられていることによって、気相成長装置１外にクリーニング用加熱手段６０から放出された熱の拡散を防ぐことができる。すなわち、成膜室４内の壁面温度を効率良く加熱し、さらに保温することも可能であるため、成膜室の壁面をクリーニングする際に、異物の除去効率をより一層向上させることができる。
【００７１】
さらに、本実施形態に係る気相成長装置１の成膜室４における第一供給管２１と第二供給管３１の側壁近傍には、不活性ガス供給手段９０が設けられていることが好ましい。不活性ガス供給手段９０は、内側に第一および第二の反応性ガス等が供給されている第一供給管２１と第二供給管３１の外側の壁面を沿うように、不活性ガスを供給する。この不活性ガスは、第一および第二の反応性ガスが成膜室４外に漏れることを防ぐため成膜室４内に供給される。不活性ガス供給手段９０は、成膜室４内において異物が最も付着しやすい箇所に設けることが好ましい。すなわち、基板保持台５１と対向する面における第一供給管２１と第二供給管３１の側壁と隣接する箇所に設けられていることが好ましい。こうすることで、クリーニング用加熱手段６０、第一の遮熱手段７０、および気相成長装置１内に成膜室４から漏れ出すガスを抑制し、壁面への異物の付着すること自体を抑制することができる。このように成膜時において壁面に付着する異物量を減らすことができるため、より一層短時間で効率良く、かつ高い清浄度に成膜室をクリーニングすることができる。
【００７２】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００７３】
気相成長装置１の成膜室４内の壁面には、壁面に付着した異物をクリーニングするためのクリーニング用加熱手段６０が設けられている。このクリーニング用加熱手段６０は、成膜室４における基板保持台５１以外の面に設けられている。クリーニング用加熱手段６０によれば、成膜室４内の壁面を加熱することができる。このため、成膜室４内の壁面に付着した異物を、短時間で効率良く、かつ高い清浄度にクリーニングすることができる。
【００７４】
また、クリーニング用加熱手段６０に対して当該気相成長装置１の外壁側に、第一の遮熱手段５３が設けられている場合、成膜室４内の壁面温度を効率良く目的の温度に加熱し、保温することが可能である。こうすることで、成膜室４内の壁面に付着した異物を、より一層効率良く除去することができる。
【００７５】
さらに、成膜室４における第一供給管２１と第二供給管３１の側壁近傍には、異物を生成する原因と考えられるガスが成膜室４外に漏れることを防ぐために不活性ガスを供給する、不活性ガス供給手段９０が設けられていてもよい。不活性ガス供給手段９０からは、常時、不活性ガスを成膜室４内に供給し続けている。こうすることで成膜室４外への第一および第二の反応性ガスの漏れを防ぐことができる。すなわち、成膜室４内の壁面への異物の付着を抑制できる。
【００７６】
また、前記実施形態では、気相成長装置１により、ＩＩＩ−Ｖ族半導体膜を成膜したが、これに限らず、ＩＩ−ＶＩ族半導体等の成膜に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１    気相成長装置
２    ハイドライド気相成長用ガス供給部
３    有機金属気相成長用ガス供給部
４    成膜室
５    基板保持部
６、７    ガス排出部
８    制御部
２１    第一供給管
２２    第二の遮熱手段
２４    容器
２５    配管
２６    配管
２７    配管
２８    配管
３１    第二供給管
３２    シャワーヘッド
３３    配管
３４    配管
５１    基板保持台
５２    回転手段
５３    成膜用加熱手段
６０    クリーニング用加熱手段
７０    第一の遮熱手段
８０    第三の加熱手段
９０    不活性ガス供給手段
２１１    外管
２２３    金属部材
２２４    冷却手段
９００    装置
９０１    ＨＶＰＥチャンバー
９０２    ＭＯＣＶＤチャンバー
Ｓ    基板
Ｗ    流体
Ｌ    回転軸
【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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