(57)【要約】【課題】  反応生成物が反応室の内壁または誘導板から剥がれ落ちるのを抑制し、歩留まりの良いＭＯＤＶＤ成膜装置を提供する。【解決手段】  成膜装置１は、基板４０を保持する複数の基板保持体２２と、かかる基板保持体２２の夫々を基板４０に垂直な方向を軸として自転可能に保持する支持体２０と、を反応室内に備え、基板保持体２２の夫々が、支持体２０の上面に形成された凹部に嵌まり込むように形成されるとともに、支持体２０の下面側から、支持体２０の下面上にある隙間、及び、かかる凹部の支持体２０の外周に近い側の側面上の基板保持体２２と凹部との間の隙間を経由し、且つ、凹部の当該側面の途中から、基板４０の主面と平行に支持体２０の外側へ向かって不活性ガス４３が流れる経路を有する。【選択図】        図１
2014120658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長によって基板の主面上に薄膜を形成する化合物半導体の成膜装置であって、
前記薄膜を成す元素を含む供給ガスが内部に供給される反応室と、
前記反応室内で、前記基板を保持する複数の基板保持体と、
前記反応室内で、前記基板保持体の夫々を前記基板に垂直な方向を軸として自転可能に保持する支持体と、を備え、
前記基板保持体の夫々が、前記支持体の上面に形成された凹部に嵌まり込むように形成され、
前記支持体の下面側から、前記支持体の下面上にある隙間、及び、前記基板保持体と前記凹部の側面との間の少なくとも前記支持体の外周に近い側の隙間を経由し、且つ、前記凹部の当該側面の途中から前記基板の主面と平行に前記支持体の外側へ向かって不活性ガスが流れる経路を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記支持体の外周部の少なくとも一部の前記基板保持体と近接する領域において、
前記支持体の外周部が、前記基板に垂直な方向に並べて配置された第１支持部材と第２支持部材からなり、
前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に、前記不活性ガスが通過できる間隙を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に狭持され、前記間隙の高さを調整するスペーサ構造物を、前記支持体の外周部に備えることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記スペーサ構造物を構成する材料が、石英、グラファイト、ＳｉＣ、ＡｌＮ、アルミナ、サファイア、ボロンナイトライド、ジルコニア、モリブデン、又は、タングステンの何れかであることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記間隙の前記第１支持部材と前記第２支持部材の間の高さが、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体の成膜装置、及び、かかる成膜装置により製造される化合物半導体薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、III族窒化物に代表される化合物半導体薄膜を用いた半導体素子が広く用いられるようになってきている。かかる化合物半導体薄膜を用いた半導体素子は、例えば発光ダイオードなどの発光素子や、太陽電池などの受光素子に応用されている。そして、化合物半導体結晶を成長させる方法として、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）が知られている。ＭＯＣＶＤ法では、例えば有機金属原料ガスと窒素原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応室内に供給し、反応室内で加熱された基板の付近で原料を熱分解し、基板上に半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、化合物半導体薄膜を得る。
【０００３】
上記の化合物半導体の成膜法の一例として、特許文献１に示すＭＯＣＶＤ装置では、原料ガスが供給されるエピタキシャル成長炉の内部に、複数の基板を、夫々結晶の成長面が上方となるように配置し、基板上に化合物半導体薄膜を成長させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５１８１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＭＯＣＶＤ装置における反応室の内部には、例えば反応室内に供給される原料ガスの反応によって生成される反応生成物が、反応室の内壁に付着、堆積するのを防止するための部材が、基板上の結晶成長面に対向するように設けられている。この反応室の内部に設けられる対向部材には、不純物濃度が低く、耐久性が高いことから石英製の部材が一般的に用いられている。
【０００６】
ＭＯＣＶＤ法による化合物半導体薄膜の成膜において、原料ガスの反応によって生成された反応生成物は、上述の対向部材にも付着、堆積する。そして、かかる対向部材に付着、堆積した反応生成物が一定量を超えると、成膜工程中に反応生成物が剥がれ落ちることがある。このようにして剥がれた反応生成物の塊が基板上の成長面に落下すると、基板上に形成される化合物半導体層に、反応生成物の塊が混入してしまう。あるいは、堆積した反応生成物の膜応力によって石英製の対向部材が割れることもある。   
【０００７】
反応生成物の塊が付着した部分の化合物半導体層は、最終的な製品すなわち半導体素子とすることができなくなってしまうため、半導体素子の製造における歩留まりの低下を招く。特に、基板上に付着した反応生成物の量が著しく多いと、化合物半導体層を形成した基板自体を破棄せざるを得なくなってしまうため、化合物半導体層を形成した基板の製造における更なる歩留まりの低下を招く。
【０００８】
ここで、反応室の内部に設けられる石英製の対向部材に付着、堆積した反応生成物は、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）などを用いて除去することも可能である。しかし、かかる処理では、反応生成物を除去するのみならず、石英製の対向部材までもがエッチングされてしてしまい、対向部材の寿命を縮めてしまう。
【０００９】
図６に従来構成のＭＯＣＶＤ装置の一例を示す。図６に示すＭＯＣＶＤ装置は、内部に反応室が形成される反応容器１０と、反応容器１０の反応室内に配置される支持体２０とを備えている。反応容器１０は、円筒状であり、その内部に支持体２０を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられる蓋部１２とを備える。蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合に、収容部１１とともに反応室を形成する。
【００１０】
蓋部１２の中央部には、反応室内部に原料ガス４２を供給するための貫通孔が形成され、かかる貫通孔に供給管１３が接続されている。
【００１１】
支持体２０は円板状の形状を有しており、支持体２０の上面側に、円形状の複数個の凹部が、円周方向に等間隔に配置されている。支持体２０は、円板の中心を軸として回転可能に構成されている。
【００１２】
支持体２０の上面に設けられた凹部には、夫々、円板状の基板保持体２２が取り付けられる。基板保持体２２は、それぞれ、上面に円形状の凹部が形成されており、かかる凹部に化合物半導体基板４０が取り付けられる。支持体２０に設けられた凹部と基板保持体２２との間には隙間があり、基板保持体２２は、支持体２０に対して着脱自在となっている。また、基板保持体２２は、自転ギア２５により、支持体２０を基準として相対的に回転可能に構成されている。
【００１３】
蓋部１２の下方で支持体２０の上方に、誘導板１６が設けられている。誘導板１６は、反応室内に供給される原料ガス４２の反応によって生成される反応生成物が、蓋部１２の内壁に付着、堆積するのを防止する。
【００１４】
一方、支持体２０の下方には、不活性ガス４３の供給口（図示せず）が設けられている。不活性ガスは、支持体２０の下面を通り、収容部１１の内側壁に向かって流れ、原料ガス４２が反応室の外部に漏れないようにパージする。原料ガス４２及び不活性ガス４３は、排気部材１８により排気される。
【００１５】
ところが、上記の従来構成のＭＯＣＶＤ装置では、支持体２０の外周部、自転ギア２５の周辺にて、基板保持体２２の回転駆動機構が設けられていることに起因して、ベアリング等の部材構造により支持体２０の下面に隙間が存在する。不活性ガス４３は、原料ガス４２並びに副生成物がかかる隙間を介して下面に流れ込むことを防いでいる。しかしながら一方で、不活性ガス４３の一部は、支持体２０の下面のかかる隙間から、支持体２０に設けられた凹部と基板保持体２２との間の隙間を通って反応室内に流れ込むことができる。この結果、反応室の温度が低下し、反応生成物が誘導板の外周部下面に形成され易くなるとともに、より多く形成された反応生成物が剥がれ、基板上に落下する虞が増大する。
【００１６】
本発明は、上記の問題点を鑑み、気相成長法を用いて基板上に化合物半導体薄膜を成膜する成膜装置において、反応室の内壁または基板の上方に設けられる誘導板から反応生成物が剥がれ、基板に付着することを抑え、これにより成膜される化合物半導体薄膜の歩留まりの低下を抑制できる化合物半導体の成膜装置を提供することをその目的とする。また、かかる成膜装置により製造された化合物半導体を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明に係る成膜装置は、気相成長によって基板の主面上に薄膜を形成する化合物半導体の成膜装置であって、
前記薄膜を成す元素を含む供給ガスが内部に供給される反応室と、
前記反応室内で、前記基板を保持する複数の基板保持体と、
前記反応室内で、前記基板保持体の夫々を前記基板に垂直な方向を軸として自転可能に保持する支持体と、を備え、
前記基板保持体の夫々が、前記支持体の上面に形成された凹部に嵌まり込むように形成され、
前記支持体の下面側から、前記支持体の下面上にある隙間、及び、前記基板保持体と前記凹部の側面との間の少なくとも前記支持体の外周に近い側の隙間を経由し、且つ、前記凹部の当該側面の途中から前記基板の主面と平行に前記支持体の外側へ向かって不活性ガスが流れる経路を有することを特徴とする。
【００１８】
上記特徴の本発明に係る成膜装置は、更に、
前記支持体の外周部の少なくとも一部の前記基板保持体と近接する領域において、
前記支持体の外周部が、前記基板に垂直な方向に並べて配置された第１支持部材と第２支持部材からなり、
前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に、前記不活性ガスが通過できる間隙を有する構成とすることが好ましい。
【００１９】
上記特徴の本発明に係る成膜装置は、更に、
前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に狭持され、前記間隙の高さを調整するスペーサ構造物を、前記支持体の外周部に備えることが好ましい。
【００２０】
上記特徴の本発明に係る成膜装置は、更に、
前記間隙の前記第１支持部材と前記第２支持部材の間の高さが、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２１】
上記特徴の本発明に係る成膜装置は、更に、
前記不活性ガスが、窒素ガス、アルゴンガス、又は、ヘリウムガスの何れかであることができる。
【００２２】
上記目的を達成するための本発明に係る化合物半導体膜は、上記特徴の本発明に係る成膜装置を用いて製造された化合物半導体薄膜である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、支持体の凹部側面の途中から、基板の主面と平行に支持体の外側へ向かって不活性ガスが流れる経路を有することで、不活性ガスが反応室に流れ込むことを回避でき、これにより誘導板からの反応生成物の剥がれが抑制され、成膜される化合物半導体薄膜の歩留まりの低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成例を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る成膜装置を上面から見た図
【図３】本発明の一実施形態に係る成膜装置において、支持体の外周部に設けられるスペーサ構造物の配置の一例を示す配置レイアウト図
【図４】本発明の成膜装置における異物低減効果を、スペーサ構造物の高さの関数として示すグラフ
【図５】本発明の成膜装置を用いて成膜された化合物半導体膜を備える半導体素子（発光素子チップ）の一例を示す断面構造図
【図６】従来構成のＭＯＣＶＤ装置の一例を示す反応容器内の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〈第１実施形態〉
以下において、本発明の一実施形態に係る成膜装置（以降、適宜「本発明装置１」と称す）につき、図面を参照して説明する。尚、以下に示される構造断面図は、適宜、要部が強調して示されており、図面上の各構成要素の寸法の縮尺と実際の寸法の縮尺とは必ずしも一致するものではない。これは以降の各実施形態においても同様とする。
【００２６】
本発明装置１の全体構成を図１の断面図に模式的に示す。また、図１に示す本発明装置１の内部を上面からみた図を図２に示す。なお、図２では、供給管１３及び誘導板１６は破線で簡略的に示し、排気部材１８の図示は省略している。
【００２７】
本発明装置１は、内部に反応室が形成される反応容器１０と、反応容器１０の反応室内に配置される支持体２０とを備えている。これらのうち、反応容器１０は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともにその内部に支持体２０を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられる蓋部１２とを備える。また、蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合には、収容部１１とともに反応室を形成する。
【００２８】
蓋部１２の中央部には、外部に設けられたガス供給機構（図示せず）から反応室内部に原料ガス４２を供給するための貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔には供給管１３が接続されている。さらに、蓋部１２の中央部から偏倚した位置には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
【００２９】
一方、収容部１１の底面には、反応室内に供給された原料ガス４２を反応室の外部に排出するための複数の排気管が貫通形成されている。さらに、収容部１１の底面中央部には、後述する軸２１を通すための貫通孔も形成されている。
【００３０】
また、支持体２０は円板状の形状を有しており、一方の面すなわち表面が上方を向き、且つ、他方の面すなわち裏面が下方を向くように、収容部１１内に配置されている。そして、支持体２０は、グラファイトで形成された基材の外側に、ＳｉＣによるコーティングを施したもので構成されている。ここで、支持体２０の表面側には、それぞれ円形状を有する複数（ここでは、６個）の凹部が、円周方向に等間隔に形成されている。一方、支持体２０の裏面側には、その中央部から下方に向かう金属製の軸２１が取り付けられており、この軸２１は、収容部１１の底面中央部に設けられた貫通孔を介して反応容器１０の外部に突出している。支持体２０は、反応容器１０の外部から軸２１に駆動力を与えることにより、図２に示す矢印Ａ方向に回転するように構成されている。
【００３１】
支持体２０には、その表面に設けられた凹部に嵌まり込むように、凹部の夫々に円板状を有する基板保持体２２が取り付けられている。基板保持体２２は、夫々、その上面に円形状の凹部が形成されており、かかる凹部上には化合物半導体基板（ウェハ）４０が取り付けられている。基板保持体２２も、支持体２０と同様、グラファイトで形成された基材の外側に、ＳｉＣによるコーティングを施したもので構成されている。なお、支持体２０に設けられた凹部と基板保持体２２との間には隙間が形成されており、基板保持体２２は、夫々が、支持体２０に対して着脱自在に構成されている。
【００３２】
化合物半導体基板４０は、その結晶成長面すなわち結晶の被形成面（主面）が外側に露出するように基板保持体２２の凹部に固定され、保持されている。なお、化合物半導体基板４０は、基板保持体２２に対して着脱自在となっている。基板保持体２２は、支持体２０の上面に設けられた凹部内で回転（自転）でき、これにより、基板保持体２２に固定された化合物半導体基板４０が図２に示す矢印Ｂ方向に回転するように構成されている。かかる基板保持体２２の回転は、支持体２０内に設けられた自転ギア２５を介して駆動される。
【００３３】
本発明装置１の蓋部１２の下方で支持体２０の上方には、誘導板１６が設けられている。誘導板１６は、反応室内に供給される原料ガス４２の反応によって生成される生成物４４が、蓋部１２の内壁に付着、堆積するのを防止することによって蓋部１２を保護する。ここで、誘導板１６は円板状を有しており、蓋部１２と同様、中央部に外部から反応室の内部に原料ガス４２を供給する貫通孔が形成されている。また、誘導板１６には、蓋部１２と同様、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
【００３４】
誘導板１６は、図示しない取付部材によって蓋部１２に取り付けられている。なお、取付部材は、蓋部１２に対して着脱自在となっており、これに伴い、誘導板１６も、蓋部１２に対して取り付け及び取り外しが可能となっている。また、誘導板１６は、取付部材によって蓋部１２に取り付けられることにより固定されるようになっている。
【００３５】
なお、図２に破線で示すように、誘導板１６は、上方からみた場合に支持体２０の全面を覆うように配置されている。したがって、各基板保持体２２を介して支持体２０に保持される複数の化合物半導体基板４０は、誘導板１６の下方に位置する。   
【００３６】
図１に戻って、支持体２０は、その外周部に外周支持部材２３（２３ａ、２３ｂ）を備えており、外周支持部材２３は、その内周側面が基板保持体２２の支持体２０の外周に近い側の外側面と対向および近接している。換言すると、外周支持部材２３の内周側面は、支持体２０の凹部の一部を構成する。外周支持部材２３の支持体中央部側の側面上には、部材構造により支持体２０の下面から、支持体２０の凹部上へとガスが流れることのできる隙間が存在する。
【００３７】
一方、支持体２０の下方には、不活性ガス４３の供給口（図示せず）が設けられている。不活性ガス４３は、支持体２０の下面から、収容部１１の内側壁に向かって流れ、原料ガス４２が反応室の外部に漏れないようにパージする。併せて、かかる不活性ガスは、原料ガスの供給管１３から後述の排気部材１８へと原料ガスが流れる経路を形成する役割を有している。原料ガス及び不活性ガスは、排気部材１８により排気される。不活性ガスは、例えば、窒素、アルゴン、又は、ヘリウムガスの何れかであることが好ましい。
【００３８】
ここで、上述の通り、支持体２０の下面から、基板保持体２２と支持体２０の凹部上へとガスが流れることのできる隙間があるため、かかる隙間を通って基板保持体２２と支持体２０の凹部との間の隙間（特に、外周支持部材２３の内周側面上の隙間）を経由し、反応室内部へと不活性ガス４３の一部が流れ込む経路が存在する。反応室内部へ不活性ガス４３が流れ込むと、反応室の温度が低下し、反応生成物４４が誘導板１６の外周部下面に形成され易くなる。さらに、誘導板１６の表面温度が低温で不安定になると、高温状態より多く形成された反応生成物４４が剥がれ、基板上に落下してしまう虞がある。
【００３９】
本実施形態の本発明装置１では、これを避けるため、外周支持部材２３を、第１支持部材２３ａと第２支持部材２３ｂに分け、第１支持部材２３ａと第２支持部材２３ｂの間にスペーサ構造物２４を挟んだ構造とする。これにより、基板保持体２２と支持体２０の凹部との間の隙間に流入した不活性ガスは、支持体２０の凹部側面の途中で、外周支持部材２３の内周側面上に設けられた、第１支持部材２３ａと第２支持部材２３ｂの間の間隙を通過し、収容部１１の内側壁に向かって流れる。これにより、不活性ガス４３が反応室内部に流れ込み、反応室の温度が低下するのを防ぐことができる。
【００４０】
図３に、第１支持部材２３ａ、第２支持部材２３ｂ、及び、スペーサ構造物２４を上面から見た配置レイアウトを示す。図３において、基板保持体２２と支持体２０の凹部の間の隙間２７を強調して示している。第１支持部材２３ａ及び第２支持部材２３ｂは円形のリング状（外輪版）であり、支持体２０の外周部を構成する。第２支持部材２３ｂは、円弧形状の石英部材を４〜６個（図３では、６個）組み合わせて構成される。第１支持部材２３ａ及び第２支持部材２３ｂは、その間にスペーサ構造物２４を挟んで上下方向に積層される。スペーサ構造物２４は、第１支持部材２３ａ上（第２支持部材２３ｂ下）の、基板保持体２２と近接しない領域に配置すればよい。これにより、第１支持部材２３ａ上（第２支持部材２３ｂ下）の少なくとも一部の、基板保持体２２と近接する領域２６において、第１支持部材２３ａと第２支持部材２３ｂの間に不活性ガスが通過できる間隙を形成できる。あるいは、スペーサ構造物２４として、支持部材２３ａ、２３ｂとの接触面積がより小さな小サイズのスペーサ構造物２４を、複数、第１支持部材２３ａ上（第２支持部材２３ｂ下）の少なくとも基板保持体２２と近接する領域に島状に配置しても構わない。
【００４１】
スペーサ構造物２４は、その高さにより不活性ガスが通過できる間隙の高さ（上下方向の幅）を調整することができる。図４に、本発明装置１において、化合物半導体基板４０上に付着した異物（パーティクル）の低減効果を、スペーサ構造物を設けなかった場合のパーティクル数に対する比として、スペーサ構造物２４の高さの関数として示す。図４より、スペーサ構造物２４の高さは、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４２】
また、スペーサ構造物２４の材料としては、石英、グラファイト、ＳｉＣ、ＡｌＮ、アルミナ、サファイア、ボロンナイトライド、ジルコニア、モリブデン、又は、タングステン等の材料が挙げられる。原料ガス４２に触れる第２支持部材２３ｂは、石英部材で構成することが好ましい。
【００４３】
本発明装置１の支持体２０の裏面（下面）と収容部１１の底面との間には、支持体２０および基板保持体２２を介して化合物半導体基板４０を加熱する加熱部１５が設けられている。加熱部１５は、軸２１を貫通させる穴が形成されたリング状の形状であり、その内部にはコイルが収容されている。加熱部１５は、かかるコイルに電流が供給されることにより、支持体２０を構成するグラファイトを電磁誘導加熱する。   
【００４４】
また、本発明装置１の支持体２０と誘導板１６との間には、反応室内に供給され、結晶のエピタキシャル成長に使用された原料ガス４２等を、収容部１１の底面に設けられた排出管側へと導く排気部材１８が取り付けられている。この排気部材１８は、リング状の形状を有している。また、排気部材１８の内壁は、支持体２０に設けられた６つの凹部よりも外側に位置している。そして、排気部材１８の内壁には、使用後の原料ガス４２等を外部に排出するための複数の貫通孔（図示せず）が形成されている。なお、排気部材１８は、支持体２０の外周部の縁端側との対向部において、支持体２０の回転を妨げないように構成されている。
【００４５】
そして、本発明装置１の蓋部１２に設けられた貫通孔の上部には、監視装置１９が取り付けられている。この監視装置１９は、蓋部１２および誘導板１６にそれぞれ設けられた貫通孔を介して、反応室の内部の状態、より具体的には、基板保持体２２を介して支持体２０に保持された化合物半導体基板４０上にエピタキシャル成長する結晶の状態、および、化合物半導体基板４０の反りや表面温度の状態等を監視する。 
【００４６】
誘導板１６は、一般的には不純物濃度が低く、耐久性が高いことから石英製の部材が一般的に用いられる。誘導板１６の表面側すなわち化合物半導体基板４０との対向面は、一定の温度で制御することが望ましい。
【００４７】
本実施形態では、上述の通り、第１支持部材２３ａ、第２支持部材２３ｂ、及び、スペーサ構造物２４を設け、支持体２０の下面上にある隙間、及び、基板保持体２２と支持体２０の凹部との間の隙間を経由して不活性ガスが反応室内に流入するのを防止することで、誘導板１６の表面に付着した反応生成物の剥がれを抑制している。このようにして、本実施形態では、成膜の過程において、化合物半導体基板４０上に異物が付着、堆積することを抑制できる。
【００４８】
〈第２実施形態〉
次に、上述の本発明装置１を使用した化合物半導体膜の製造の一例として、III族窒化物半導体を用いた半導体素子の製造方法を説明する。III族窒化物半導体は、例えば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子や、例えば太陽電池などの受光素子の電子材料などに応用される。以下では、III族窒化物半導体を用いた発光素子チップＬＣの製造方法を例として詳細に説明する。
【００４９】
図５に、本実施形態の発光素子チップＬＣの製造後の断面図の一例を示す。
【００５０】
本発明装置１を用いて図５に示す発光素子チップＬＣを製造するに際し、初めに、サファイア基板１１０上に中間層１２０、及び下地層１３０が形成された化合物半導体基板４０を準備する必要がある。このため、先ず、所定の直径と厚さとを有するサファイア基板１１０を、図示しないスパッタリング装置にセットする。そして、かかるスパッタリング装置にて、サファイア基板１１０上に、Ｖ族元素を含むガスとIII族元素を含む金属材料とをプラズマで活性化して反応させることにより、III族窒化物からなる中間層１２０を形成する。   
【００５１】
次いで、中間層１２０が形成された基板１１０を、図１に示す本発明装置１に設置する。具体的は、中間層１２０が外側を向くように、各基板１１０を各基板保持体２２の凹部に配置し、基板１１０が配置された各基板保持体２２を、支持体２０に設けられた凹部に、夫々、中間層１２０が上方を向くように配置する。そして、本発明装置１を用いて中間層１２０上に下地層１３０の形成を行い、化合物半導体基板４０を得る。   
【００５２】
次に、本発明装置１を用いて、化合物半導体基板４０上にIII族窒化物半導体層を成膜する。
【００５３】
まず、各基板保持体２２の凹部に、夫々１枚の化合物半導体基板４０を同様に配置する。このとき、化合物半導体基板４０の下地層１３０を外部に露出させるようにする。続いて、反応容器１０の蓋部１２を開け、化合物半導体基板４０がセットされた基板保持体２２の夫々を、本発明装置１の支持体２０に設けられた凹部にセットする。このとき、化合物半導体基板４０の下地層１３０が上方を向くようにする。その後、誘導板１６が取り付けられた蓋部１２を閉じて収容部１１と蓋部１２とを密着させる。
【００５４】
本発明装置１では、加熱部１５のコイルに対する給電が開始され、加熱部１５に流れる電流により、支持体２０が電磁誘導加熱される。また、支持体２０が電磁誘導加熱されることにより、支持体２０に保持される複数の基板保持体２２、及び、各基板保持体２２に保持される化合物半導体基板４０が所定の温度に加熱される。さらに、監視装置１９により、パージガスである不活性ガス４３（ここでは、窒素ガス）の供給の制御が開始される。
【００５５】
その後、本発明装置１は、図示しないガス供給機構により、供給管１３からｎ型コンタクト層１４０ａ用の原料ガス４２を反応室に供給する。本実施形態では、III族窒化物半導体層の形成に際し、原料ガス４２としてIII族の元素を含む有機金属ＭＯと窒素を含むアンモニアＮＨ３を使用する。ただし、有機金属ＭＯは主として液体原料であるため、液体状の有機金属に窒素Ｎ２及び水素Ｈ２にてバブリングを行い、得られた窒素Ｎ２と水素Ｈ２及び有機金属を混合させてなる有機金属ガスＭＯを原料ガス４２として供給する。
【００５６】
これにより、反応室内において、加熱される化合物半導体基板４０の近傍において有機金属とアンモニアＮＨ３とが反応し、III族の窒化物半導体膜が化合物半導体基板４０上に成長する。このとき、化合物半導体基板４０は所定の温度に加熱されているため、かかるIII族窒化物半導体膜は、化合物半導体基板４０の下地層１３０上にエピタキシャルに成長し、ｎ型コンタクト層１４０ａが形成される。
【００５７】
なお、有機金属ＭＯとしては、例えばIII族のＧａを含むトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、例えばIII族のＡｌを含むトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、例えばIII族のＩｎを含むトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）が挙げられる。
【００５８】
また、ｎ型或いはｐ型にドープされた窒化物半導体層を形成する場合は、ｎ型であれば例えばＳｉまたはＧｅ、ｐ型であれば例えばＭｇを含むガスを原料ガス４２に添加し、エピタキシャル成長を行えばよい。Ｓｉを含むガスとしては、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｇｅを含むガスとしては、例えばゲルマンガス（ＧｅＨ４）やテトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）、Ｍｇを含む有機金属ガスとしては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ）が挙げられる。
【００５９】
なお、反応室に原料ガス４２が供給されるのに伴い、既に反応室内に存在するガスの一部は、排気部材１８に設けられた貫通孔を介して反応室の外部に排出され、さらに反応容器１０の収容部１１の底面に設けられた貫通孔を介して、反応容器１０の外部に排出される。 
【００６０】
ｎ型コンタクト層１４０ａの形成が完了すると、本発明装置１は、図示しないガス供給機構により、供給管１３からｎ型コンタクト層１４０ａ用の有機金属ガスＭＯに代えてｎ型クラッド層１４０ｂ用の有機金属ガスＭＯを反応室に供給する。このとき、本発明装置１は、アンモニアＮＨ３の供給を引き続き行う。これに伴い、反応室内では、加熱される化合物半導体基板４０の近傍において有機金属とアンモニアＮＨ３とが反応し、III族窒化物半導体膜が化合物半導体基板４０上に成長する。このとき、化合物半導体基板４０は所定の温度に加熱されているため、III族窒化物半導体膜は、化合物半導体基板４０のｎ型コンタクト層１４０ａ上にエピタキシャルに成長し、ｎ型クラッド層１４０ｂが形成される。   
【００６１】
以後、反応室に供給する有機金属ガスＭＯを順次変更することにより、ｎ型クラッド層１４０ｂ上に、複数の障壁層１５０ａおよび複数の井戸層１５０ｂを有する発光層、そして、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂを順次形成する。
【００６２】
その後、図示しないスパッタリング装置、及び露光装置を用いてｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明電極１７０を、さらに透明電極１７０上に正極ボンディングパッド１８０を積層し、パターニングするとともに、ｎ型コンタクト層１４０ａ上に負極ボンディングパッド１９０を積層し、パターニングすることにより、発光素子チップＬＣが製造される。このとき、透明電極１７０、正極ボンディングパッド１８０、負極ボンディングパッド１９０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
【００６３】
ところで、上述した本発明装置１を用いた製膜プロセスにおいて、反応室内で生成されたIII族窒化物半導体の一部は、化合物半導体基板４０だけでなく、例えば誘導板１６の表面にも付着する。ここで、化合物半導体基板４０は、上述のとおり支持体２０にて所定の温度に加熱された状態で、化合物半導体基板４０上にIII族窒化物半導体層が成膜される。これにより、化合物半導体基板４０上にエピタキシャルに成長したIII族窒化物半導体層が形成される。
【００６４】
一方、誘導板１６は、III族窒化物半導体層を形成する対象でもなく、化合物半導体基板４０のように所定の温度に加熱されていない。このため、誘導板１６に付着するIII族窒化物は、エピタキシャルに成長していない不安定な反応生成物４４となる。
【００６５】
誘導板１６に付着するIII族窒化物（反応生成物）４４は、結晶化されておらず、且つ不均一に形成されるため剥離し易く、一定の処理が行われる毎にそれらの反応生成物は清掃を行い除去される。しかしながら、本実施形態では支持体２０の外周部にスペーサ構造物２４を配置し、反応室を経由しない不活性ガスが流れる経路を形成することで、反応室の温度低下、ひいては誘導板１６の温度低下を抑え、誘導板１６に付着する反応生成物４４の堆積量を減少させることができる。
【００６６】
以上、本実施形態の成膜装置によれば、気相成長法を用いて基板上に化合物半導体薄膜を成膜する際に、誘導板１６からの反応生成物４４の剥がれを抑制しつつ、誘導板１６から剥がれた反応生成物４４が基板に付着することに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態は、支持体２０の外周部を第１支持部材２３ａ、第２支持部材２３ｂ、及び、スペーサ構造物２４で構成することで、不活性ガス４３が流れる経路を外周部内において化合物半導体基板４０の主面に平行な方向へと分枝させ、不活性ガスが反応室に流入しない迂回路を形成するものであるが、本発明は必ずしもこの構成に限られるものではない。例えば、一体形成された支持体２０の外周部内に、化合物半導体基板４０の主面に平行な方向に延伸する貫通孔を形成することで不活性ガス４３の迂回路を形成することができ、本発明装置１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、気相成長法により化合物半導体薄膜の製膜を行う成膜装置に利用可能であり、特にIII族の窒化物半導体薄膜の成膜に好適である。
【符号の説明】
【００６９】
１：  本発明の一実施形態に係る成膜装置（本発明装置）
１０：  反応容器
１１：  収容部
１２：  蓋部
１３：  原料ガスの供給管
１５：  加熱部
１６：  誘導板
１８：  排気部材
１９：  監視装置
２０：  支持体
２１：  支持体の回転軸
２２：  基板保持体
２３：  外周支持部材
２３ａ：  第１支持部材
２３ｂ：  第２支持部材
２４：  スペーサ構造物
２５：  自転ギア
２６：  支持体の外周部であって、基板保持体と近接する領域
４０：  化合物半導体基板
４２：  原料ガス
４３：  不活性ガス
４４：  反応生成物
１１０：  サファイア基板
１２０：  中間層
１３０：  下地層
１４０ａ：  ｎ型コンタクト層
１４０ｂ：  ｎ型クラッド層
１５０ａ：  障壁層
１５０ｂ：  井戸層
１６０ａ：  ｐ型クラッド層
１６０ｂ：  ｐ型コンタクト層
１７０：  透明電極
１８０：  正極ボンディングパッド
１９０：  負極ボンディングパッド
ＬＣ：  発光素子チップ
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
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