(57)【要約】【課題】  窒化物半導体結晶膜を均一成長させることが出来る窒化物半導体結晶膜成長装置を提供する。【解決手段】  窒化物半導体結晶膜成長装置は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、前記チャンバ内において回転軸で支持され、成長基板を設置するためのサセプターと、前記サセプター上の成長基板に対して、前記成長基板表面と水平方向に原材料ガスを噴射する原材料ガス供給手段と、前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記原材料ガスの噴射方向と同一面内方向に向けて、前記原材料ガスを押圧する第１の押圧ガスを噴射する第１の押圧ガス供給手段と、前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記成長基板端部における前記原材料ガスを除去する第２の押圧ガスを噴射する第２の押圧ガス供給手段と、前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気手段とを有する。【選択図】  図１
2011171325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、
前記チャンバ内において回転軸で支持され、成長基板を設置するためのサセプターと、
前記サセプター上の成長基板に対して、前記成長基板表面と水平方向に原材料ガスを噴射する原材料ガス供給手段と、
前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記原材料ガスの噴射方向と同一面内方向に向けて、前記原材料ガスを押圧する第１の押圧ガスを噴射する第１の押圧ガス供給手段と、
前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記成長基板端部における前記原材料ガスを除去する第２の押圧ガスを噴射する第２の押圧ガス供給手段と、
前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気手段と
を有する窒化物半導体結晶膜成長装置。
【請求項２】
前記第２の押圧ガス供給手段は、前記第２の押圧ガスを前記成長基板端部から１０ｍｍ以内の範囲に噴射する請求項１記載の窒化物半導体結晶膜成長装置。
【請求項３】
前記第２の押圧ガス供給手段は、前記第２の押圧ガスを前記成長基板の回転方向と同一面内方向に向けて噴射する請求項１又は２記載の窒化物半導体結晶膜成長装置。
【請求項４】
前記第２の押圧ガス供給手段は、前記第２の押圧ガスを前記第１の押圧ガスと同一面内方向に向けて噴射する請求項１又は２記載の窒化物半導体結晶膜成長装置。
【請求項５】
前記第２の押圧ガス供給手段は、前記第１の押圧ガス供給手段が前記第１の押圧ガスを噴射する前記傾斜角度よりも大きく、且つ９０°よりも小さい傾斜角度で、第２の押圧ガスを噴射する請求項４記載の窒化物半導体結晶膜成長装置。
【請求項６】
前記第２の押圧ガス供給手段は、前記第１の押圧ガス供給手段が前記第１の押圧ガスを噴射する前記傾斜角度よりも小さく、且つ９０°よりも小さい傾斜角度で、第２の押圧ガスを噴射する請求項４記載の窒化物半導体結晶膜成長装置。
【請求項７】
内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバ内において回転軸で支持されるサセプターに成長基板を設置する工程と、
前記サセプター上の成長基板に対して、前記成長基板表面と水平方向に原材料ガスを噴射する原材料ガス供給工程と、
前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記原材料ガスの噴射方向と同一面内方向に向けて、前記原材料ガスを押圧する第１の押圧ガスを噴射する第１の押圧ガス供給工程と、
前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記成長基板端部における前記原材料ガスを除去する第２の押圧ガスを噴射する第２の押圧ガス供給工程と、
前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気工程と
を有する窒化物半導体結晶膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置及び半導体の製造方法に関し、より詳しくは、窒化物半導体結晶膜を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成長させる窒化物半導体結晶膜成長装置及び窒化物半導体結晶膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、気相結晶成長方法の一つで、主に半導体結晶成長に用いられている。
【０００３】
図６は、従来の半導体製造装置２００の構成の一例を表す概略図である。
【０００４】
半導体成長装置２００は、例えば、リアクタチャンバ１、サセプター２、加熱用ヒータ３、原材料ガス供給部４、排気用ポンプ５、基板回転駆動部７、押圧ガス供給源８、押圧ガス制御装置５０及びフローパーツ（押圧ガス整流器）５１を含んで構成される。
【０００５】
原材料ガス供給部４は、例えば、原材料ガス供給源及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、原材料ガス供給管４ｐ等を含んで構成され、リアクタチャンバ１内のサセプター２近傍に設置される原材料ガス供給管４ｐを介して、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やアンモニアガス（ＮＨ３）等の原材料ガスを供給する。供給された原材料ガスは、リアクタチャンバ１内で熱分解し、リアクタチャンバ１内の回転軸２ｓで支持されるサセプター２に設置された成長基板６に所望の材料膜を形成する。なお、回転軸２ｓは、基板回転駆動部７に接続され、所定の方向に回転する。したがって、サセプター２に設置された成長基板６も所定方向に回転する。
【０００６】
フローパーツ（押圧ガス整流器）５１は、押圧ガス供給源８から押圧ガス制御装置５０を介して供給される押圧ガス５２を回転する成長基板６の上面に噴射する。押圧ガス供給源８は、原材料ガスを含まないＨ２やＮ２等の不活性なガスを供給し、押圧ガス制御装置５０は、押圧ガスの流量等を制御する。フローパーツ５１は、押圧ガス５２のフロー方向を定めるためのものであり、押圧ガス噴射管となる穴が基板６の上面に対して所定の角度（例えば、９０°）で設けられている。この穴から基板６の上面に対して所定角度で押圧ガス５２を噴射する。押圧ガス５２は、原材料ガスがリアクタチャンバ１内の熱対流等により拡散することなく基板６表面に均一に広がるように、原材料ガスを上方から基板６上面に押し付けるためのガスである。
【０００７】
その後、原材料ガス及び押圧ガスは、排気ポートを通じて排気用ポンプ５によりリアクタチャンバ１内から排出される。なお、排気ガス中には大量に反応副生成物や未反応物が含まれるため、排気ポンプ５の上流にこれらを専用に捕獲するためのトラップ機構（図示せず）を配置する。また、排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に専用の除害設備（図示せず）を設置する。
【０００８】
図７は、図６に示す従来の半導体製造装置２００の構成において窒化物半導体結晶膜を成長させた場合の、基板端部からの距離と成長率の関係を表すグラフである。グラフの横軸は、成長基板６の端部からの距離を単位「ｍｍ」で表し、縦軸は１時間あたりの成長率を単位「μｍ／ｈｏｕｒ」で表す。なお、成長基板６の直径は５０ｍｍである。
【０００９】
端部から２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、すなわち成長基板６の中心部付近では、良好な成長が得られており、端部から１０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲でも概ねＬＥＤとして使用可能な半導体膜の成長が得られている。しかし、端部から約１０ｍｍより近い及び約４０ｍｍより遠い領域（周縁から約１０ｍｍ以内の外周部）では、中心部と比べて膜厚が不均一となり（厚くなりすぎ）、ＬＥＤとして用いることが出来ない。
【００１０】
上記のように、成長基板６の外周部で中心部と比して成長率が増大し、外周部の膜厚が中心部と比べて厚くなることを防止するために、外周部における原材料ガスの一部を除去するためのガスを噴射することが提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
特許文献１に記載の技術では、基板表面に対して４５〜９０°の角度の原材料ガスを基板表面に押し付けるための第１の押圧ガスと、基板外周部の原材料ガスを除去するための第２の押圧ガス（除去ガス）を用いている。第２の押圧ガスの噴射管は原材料ガスの噴射管と同一平面に設置され、第２の押圧ガスは、原材料ガスの噴射方向に対して面内方向で直角又は斜めに噴射され、基板の回転方向と逆方向に噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４０９６６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の特許文献１に記載の従来技術では、第２の押圧ガスの噴射管がリアクター正面に設置される、すなわち、第２の押圧ガスの噴射管と原材料ガスの噴射管とで基板６表面に対する噴射角度が同一（基板表面に対して平行）になるように設置されるので、基板周辺により大きなスペースが必要になってしまう。
【００１４】
そのため、第２の押圧ガスが基板６表面に平行する方向に広がるので、原材料ガスの流れと逆方向となる成分が発生し、渦流が発生することがあり、再現性が確保できない。
【００１５】
また、第１の押圧ガスと第２の押圧ガスが同じ場所に噴射されるので、第２の押圧ガスが第１の押圧ガスの流れを阻害し、原材料ガスを押さえるという第１の押圧ガスの作用を減少させてしまう。
【００１６】
本発明の目的は、窒化物半導体結晶膜を均一成長させることが出来る窒化物半導体結晶膜成長装置を提供することである。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、窒化物半導体結晶膜を均一成長させることが出来る窒化物半導体結晶膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一観点によれば、窒化物半導体結晶膜成長装置は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、前記チャンバ内において回転軸で支持され、成長基板を設置するためのサセプターと、前記サセプター上の成長基板に対して、前記成長基板表面と水平方向に原材料ガスを噴射する原材料ガス供給手段と、前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して４５°〜９０°の傾斜角度で、前記原材料ガスの噴射方向と同一方向に向けて、前記原材料ガスを押圧する第１の押圧ガスを噴射する第１の押圧ガス供給手段と、前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して４５°〜９０°の傾斜角度で、前記成長基板端部における前記原材料ガスを除去する第２の押圧ガスを噴射する第２の押圧ガス供給手段と、前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気手段とを有する。
【００１９】
また、本発明の他の観点によれば、窒化物半導体結晶膜の製造方法は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバ内において回転軸で支持されるサセプターに成長基板を設置する工程と、前記サセプター上の成長基板に対して、前記成長基板表面と水平方向に原材料ガスを噴射する原材料ガス供給工程と、前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記原材料ガスの噴射方向と同一面内方向に向けて、前記原材料ガスを押圧する第１の押圧ガスを噴射する第１の押圧ガス供給工程と、前記サセプター上の成長基板の上方から、前記成長基板表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、前記成長基板端部における前記原材料ガスを除去する第２の押圧ガスを噴射する第２の押圧ガス供給工程と、前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気工程とを有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、窒化物半導体結晶膜を均一成長させることが出来る窒化物半導体結晶膜成長装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明によれば、窒化物半導体結晶膜を均一成長させることが出来る窒化物半導体結晶膜の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例による半導体製造装置１００の構成の一例を表す概略図である。
【図２】本実施例の半導体製造装置１００を用いて作製されるＬＥＤチップの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例によるフローパーツ１１ａの概略平面図及び断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるフローパーツ１１ｂの概略平面図及び断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例によるフローパーツ１１ｃの概略平面図及び断面図である。
【図６】従来の半導体製造装置２００の構成の一例を表す概略図である。
【図７】従来例による基板端部からの距離と成長率の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１〜第３実施例共通の半導体製造装置１００の構成の一例を表す概略図である。本発明の各実施例では、窒化物半導体結晶膜をＭＯＣＶＤ法により成長させる窒化物半導体結晶膜成長装置を半導体製造装置１００の一例として説明する。
【００２４】
半導体製造装置１００は、例えば、リアクタチャンバ１、サセプター２、加熱用ヒータ３、原材料ガス供給部４、排気用ポンプ５、基板回転駆動部７、押圧ガス供給源８、第１押圧ガス制御装置９、第２押圧ガス制御装置１０、及びフローパーツ（押圧ガス整流器）１１を含んで構成される。
【００２５】
原材料ガス供給部４は、例えば、原材料ガス供給源及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、ＡＶＣ、原材料ガス供給管４ｐ等を含んで構成され、所望の流量に調整されたトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やアンモニアガス（ＮＨ３）等の原材料ガス及びキャリアガスを、リアクタチャンバ１内に供給する。原材料ガス供給管４ｐは、サセプター２の成長基板６を設置する面に対して略平行方向へ原材料ガスを供給する。
【００２６】
リアクタチャンバ１内部には、回転軸２ｓに支持されるサセプター２、第１及び第２の押圧ガス１２ａ、１２ｂを噴射するフローパーツ１１、加熱用ヒータ３、排気ガスを排気用ポンプ５を介して排出するために設けられる排気ポートが設置されている。リアクタチャンバ１内部は、排気用ポンプ５を用いて排気を行うことにより所望の圧力に制御可能であり、また、加熱用ヒータ３を用いて加熱することにより所望の温度に制御可能である。サセプター２は、所望の材料膜を形成するための成長基板６を水平に設置するための面を有する。
【００２７】
押圧ガス供給源８は、押圧ガスを第１押圧ガス制御装置９及び第２押圧ガス制御装置１０を介して、フローパーツ１１に供給する。押圧ガスには、Ｈ２やＮ２等の不活性なガス及びこれらの混合ガスが用いられ、原材料ガスは含まない。
【００２８】
第１押圧ガス制御装置９は、例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、ＡＶＣ等を含んで構成され、第１の押圧ガス１２ａの流量等を制御する。フローパーツ１１の押圧ガス供給管２１から基板６の上面に対して所定角度で第１の押圧ガス１２ａを噴射する。第１の押圧ガス１２ａは、原材料ガスがリアクタチャンバ１内の熱対流等により拡散することなく基板６表面に均一に広がるように、原材料ガスを上方から基板６上面に押し付けるためのガスである。
【００２９】
第１の押圧ガス１２ａの流量は、５〜５０ＳＬＭの範囲内で、好ましくは、２０〜３０ＳＬＭの範囲内である。流量が、５ＳＬＭ以下であると、原材料ガスの押さえ効果が得られなくなり、５０ＳＬＭ以上では、基板６上に原材料ガスがとどまる時間が短すぎるために成長不良となる。
【００３０】
第２押圧ガス制御装置１０は、例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、ＡＶＣ等を含んで構成され、第２の押圧ガス１２ｂの流量等を制御する。フローパーツ１１の押圧ガス供給管２２（図３〜図５）から基板６の外周部上面に対して所定角度で第２の押圧ガス１２ｂを噴射する。第２の押圧ガス１２ｂは、基板６の外周部における半導体膜の成長率を下げるため（基板６の中心部と均一にするため）に原材料ガスの一部又は全部を除去するためのガス（除去ガス）である。
【００３１】
第２の押圧ガス１２ｂの役割は、第１の押圧ガス１２ａの原材料ガス押さえ効果を損なうことなく、且つ、原材料ガスの層流を乱すことなく、基板６端部の原材料ガスの一部又は全部を除去し、膜厚及び組成変化のばらつきを再現性よく、抑制することである。そのため、本発明の実施例では、第２の押圧ガス１２ｂを第１の押圧ガス１２ａと同様に、基板６の上方から供給している。また、原材料ガスの層流を乱さないために、第２の押圧ガス１２ｂの流れは、第１の押圧ガス１２ａの流れと基板表面に到達するまで交錯しないことが必要である。これにより、基板６上には、図３（Ｃ）に示すように、第２の押圧ガス噴射領域Ａ、未噴射領域Ｂ及び第１の押圧ガス噴射領域Ｃが形成されることになる。
【００３２】
なお、第２の押圧ガス１２ｂの流量は、上記目的を考慮して、すなわち、第１の押圧ガス１２ａの原材料ガス押さえ効果を損なうことなく、且つ、原材料ガスの層流を乱すことなく、基板６端部の原材料ガスの一部又は全部を除去するのに必要な流量とする。
【００３３】
フローパーツ１１は、押圧ガス供給源８から第１及び第２押圧ガス制御装置９、１０を介して供給される押圧ガスを第１の押圧ガス１２ａと、第２の押圧ガス１２ｂに分けて、成長基板６の上面に噴射する。すなわち、フローパーツ１１は、成長基板６に対向する位置に配置されている。フローパーツ１１は、押圧ガスを第１の押圧ガス１２ａと、第２の押圧ガス１２ｂに分けるとともに、押圧ガス１２ａ及び１２ｂのフロー方向を定めるためのものであり、押圧ガス供給管２１及び２２が基板６の上面に対して所定の角度（例えば、４５°〜９０°）で設けられている。原材料ガス供給部４側に第１押圧ガス供給管２１を配置し、第２押圧ガス供給管２２は、第１押圧ガス供給管２１より原材料ガス供給部４から離れた位置に配置する。なお、フローパーツ１１の構成の詳細及び押圧ガス供給管２１及び２２については、第１〜第３の実施例として図３〜図５を参照して後述する。
【００３４】
第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂを共通のフローパーツ１１にて噴射すれば、第２の押圧ガス１２ｂ用の独立したフローパーツ等が不要となる。
【００３５】
第１の押圧ガスと第２の押圧ガスのそれぞれに独立したフローパーツを設けてもよいが、その場合、いずれのフローパーツも成長基板６に対向する位置に配置する。そのため、成長基板６周辺のリアクター領域に余分なスペースを必要としない。
【００３６】
また、第２の押圧ガス１２ｂが第１の押圧ガス１２ａ同様に、基板上部より噴射されるため、第１の押圧ガス１２ａの原材料ガス押さえ効果を阻害することがない。第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂの三次元方向における同一方向からの噴射は、異なる方向からの噴射によって生じる渦流の発生を防止し、再現性を確保することができる。
【００３７】
原材料ガス供給部４から供給された原材料ガスがリアクタチャンバ１内で熱分解し、リアクタチャンバ１内の回転軸２ｓで支持されるサセプター２に設置された成長基板６に所望の材料膜を形成する。なお、回転軸２ｓは、基板回転駆動部７に接続され、所定の方向に回転する。したがって、サセプター２に設置された成長基板６も所定方向に回転する。
【００３８】
その後、原材料ガス及び押圧ガスは、排気ポートを通じて排気用ポンプ５によりリアクタチャンバ１内から排出される。なお、排気ガス中には大量に反応副生成物や未反応物が含まれるため、排気ポンプ５の上流にこれらを専用に捕獲するためのトラップ機構（図示せず）を配置する。また、排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に専用の除害設備（図示せず）を設置する。
【００３９】
なお、第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂは、同一の押圧ガス制御装置から供給されるようにしてもよい。その場合、フローパーツ１１により第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂに分離される。また、この場合の押圧ガスの流量は、理想的なエピタキシャル成長を実現するという第１の押圧ガス１２ａの役割を果たすのに最適な条件を適用し、その条件を共用して第２の押圧ガス１２ｂの供給を行うこととする。このような構成とすることにより、第２の押圧ガス１２ｂの独立制御のための第２押圧ガス制御装置１０が不要となり、装置の低コスト化が実現可能となる。
【００４０】
次に、図１及び図２を参照して、本実施例の半導体製造装置１００を用いたＬＥＤチップの作製工程の一例を説明する。
【００４１】
図２は、本実施例の半導体製造装置１００を用いて作製されるＬＥＤチップの一例を示す概略断面図である。
【００４２】
ＭＯＣＶＤにてＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｚ≦１、ｘ+ｙ+ｚ=１）を成長可能な成長基板（Ｃ面サファイア基板）６を準備し、前記成長基板６上にＡｌｘＩｎｙＧａｚＮからなるｎ層、活性層、ｐ層が積層された半導体膜を結晶成長させる。
【００４３】
具体的には、まずサファイア基板６をリアクタチャンバ１内のサセプター２に設置し、水素雰囲気中、１０００℃で１０分間の加熱し、サーマルクリーニングを行う。
【００４４】
次に、約５００℃で、原材料ガス供給部４からトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を流量１０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガス（ＮＨ３）を流量３．３ＬＭで３分間供給して、サファイア基板６上に低温バッファ層（ＧａＮ層）６１を形成する。この時、第１押圧ガス供給管２１及び第２押圧ガス供給管２２からは、それぞれ第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂが噴射される。以降、原材料ガス供給部４から原材料ガスが供給される時は、同時に第１押圧ガス供給管２１及び第２押圧ガス供給管２２からも、それぞれ第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂが噴射される。
【００４５】
その後、１０００℃まで昇温し、形成した低温バッファ層６１を結晶化させ、そのままの温度で、原材料ガス供給部４からＴＭＧを流量４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を流量４．４ＬＭで２０分間供給して、結晶化した低温バッファ層６１上に下地ＧａＮ層６２を約１μｍの厚さに形成する。
【００４６】
次に、温度１０００℃で、原材料ガス供給部４からＴＭＧを流量４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を流量４．４ＬＭ、モノシラン（ＳｉＨ４）を流量２．７×１０−９μｍｏｌ／ｍｉｎで４０分間供給して、ｎ型ＧａＮ層６３を約２〜４μｍの厚さに成長させる。
【００４７】
活性層６４には、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を適用することが出来る。ここでは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮを１周期として、５周期成長を行う。温度約７００℃で、ＴＭＧを流量３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を流量１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を流量４．４ＬＭで３３秒間、原材料ガス供給部４から供給して膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を成長させ、ＴＭＧを流量３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を流量４．４ＬＭで３２０秒間、原材料ガス供給部４から供給して膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層を成長させることを５周期分繰り返す。
【００４８】
その後、温度を８７０℃まで上げ、ＴＭＧを流量８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を流量７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を流量４．４ＬＭ、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を流量２．９×１０−７μｍｏｌ／ｍｉｎで５分間、原材料ガス供給部４から供給して、膜厚約４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６５を成長させる。
【００４９】
引き続き、温度８７０℃で、ＴＭＧを流量１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を流量４．４ＬＭ、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を流量２．９×１０−７μｍｏｌ／ｍｉｎで７分間、原材料ガス供給部４から供給して、膜厚約１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層６６を成長させる。
【００５０】
その後、半導体膜が積層された成長基板６をリアクタチャンバ１から取り出し、ＲＩＥ等を用いてＣｌ２ドライエッチングを行うことにより、ｎ層６３を露出させる。次いで、フォトリソグラフィ等により、電極形成部分に開口を形成したレジストマスクを形成し、ＥＢ蒸着法等を用いて、ｎ電極金属（Ｔｉ／Ａｌ等）を成膜する。続いて、リフトオフにより、ｎ電極６７を所望のパターンに形成する。さらに、電極６７のオーミック性を向上させるために、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ（ＲＴＡ）等を用いて、温度５００℃で２０秒間、合金化処理を行う。そして、ｐ電極６８として、透明導電膜（ＩＴＯ等）６８ａ及びパッド電極（ＴｉＡｕ等）６８ｂをスパッタ及びＥＢ蒸着法等を用いて成膜する。最後に、レーザスクライブ、ダイシングなどを用いて、素子分離を行い、ＬＥＤチップが作製される。
【００５１】
図３は、本発明の第１の実施例によるフローパーツ１１ａの概略平面図及び断面図である。図３（Ａ）は、平面図である。図中、点線の矢印は、基板６の回転方向を表す。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の線ａｂに沿ってフローパーツ１１ａを切断した断面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）の線ｃｄに沿ってフローパーツ１１ａを切断した断面図である。
【００５２】
第１の実施例によるフローパーツ１１ａには、第１押圧ガス供給管２１及び第２押圧ガス供給管２２が設けられている。第１押圧ガス供給管２１が設けられる領域と、第２押圧ガス供給管２２が設けられる領域の間には、両領域を仕切るための隔壁１５が設けられている。なお、第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂの流量を１つの押圧ガス制御装置で制御する場合には、隔壁１５を設ける必要はない。
【００５３】
第１の押圧ガス１２ａを基板中心に対して原材料ガス供給側と反対側の成長基板６の端部から１０ｍｍの位置から原材料ガス供給管４ｐ下部までの範囲（図３（Ｃ）の領域Ｃ）に供給できるように、第１押圧ガス供給管２１は、成長基板６の表面に対して三次元方向約４５°傾けてフローパーツ１１に配置する。なお、第１押圧ガス供給管２１の成長基板６の表面に対する三次元方向の傾きは、約４５°に限らず、４５°〜９０°の範囲から選択することが出来る。また、第１押圧ガス供給管２１の傾きの成長基板面内方向は、原材料ガス供給方向（図中、実線の矢印で示す方向）と同一にして、原材料ガスの層流を阻害しないようにする。
【００５４】
第１押圧ガス供給管２１の径は、大きすぎると流量分布が激しくなり、乱流を生じて材料ガスの層流を乱し、小さすぎても押圧ガスの供給圧が増加し流量を増加しても十分な原材料ガスの押さえ効果が得られないため、直径０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることが好ましく、さらに好ましくは、直径１ｍｍ〜２ｍｍとする。また、各第１押圧ガス供給管２１間の間隔は各第１押圧ガス供給管２１の直径と同一から直径の２倍までの距離とすることが好ましい。
【００５５】
図３（Ａ）及び（Ｃ）に示す例では、第１押圧ガス供給管２１は、フローパーツ１１ａの原材料ガス供給部４側の短辺（原材料ガス供給方向に直交する方向）に沿って１０列、長辺（原材料ガス供給方向に平行な方向）に沿って５行に渡って行列上に形成されている。これは、本実施例では、フローパーツ１１ａのサイズを直径５０ｍｍ程度の成長基板６に対応したものとしているためであり、フローパーツ１１ａのサイズ、第２押圧ガス供給管２２の径、間隔が増減するに従い、第１押圧ガス供給管２１の数も増減する。また、長辺（原材料ガス供給方向に平行な方向）に沿って並べられる数は、フローパーツ１１ａのサイズ等に加えて、第１押圧ガス供給管２１の成長基板６の表面に対する三次元方向の角度にも影響されて増減する。
【００５６】
第２押圧ガス供給管２２は、第２の押圧ガス１２ｂが成長基板の中心に噴射されず、かつ、成長基板６の外側へ噴射されるよう、傾斜して形成されている。第２の押圧ガス１２ｂを基板中心に対して原材料ガス供給側と反対側の成長基板６の端部から１０ｍｍの位置までの範囲（図３（Ｃ）の領域Ａ）に供給できるように、第２押圧ガス供給管２２は、図３（Ｂ）に示すように成長基板６の表面に対して三次元方向約４５°傾けてフローパーツ１１に配置する。なお、第２押圧ガス供給管２２の成長基板６の表面に対する三次元方向の傾きは、約４５°に限らず、４５°〜９０°の範囲から選択することが出来る。また、第２押圧ガス供給管２２の成長基板６の表面に対する三次元方の傾きの向き（第２押圧ガス供給管２２の傾斜方向）は、成長基板６の回転方向に沿って第２の押圧ガス１２ｂが噴射されるように設定される。
【００５７】
また、第２押圧ガス供給管２２の成長基板面内方向の傾きは、原材料ガス供給方向（図中、実線の矢印で示す方向）に対して、９０°基板面内方向にずらして配置する。さらに、第２押圧ガス供給管２２は、成長基板６の回転方向に沿って、第２の押圧ガス１２ｂが噴射されるように配置される。基板回転方向と第２の押圧ガス１２ｂのフロー方向が基板面内方向で同一となり、原材料ガスのフローを乱すことによる渦流の発生を防止することが出来る。
【００５８】
第２の押圧ガス１２ｂにより、成長基板６の端部（周縁）から１０ｍｍ以内の領域Ａへの原材料ガスの供給を排除し、膜厚及び組成均一性のよいエピタキシャル成長を実現することが出来る。図７を参照して上述したように、成長基板６の端部（周縁）から１０ｍｍ以内の領域は、基板中心（端部からの距離が２５ｍｍ程度）と比較して成長レートが速く、均一性を損なう原因となっているので、この部分における成長を排除し、均一性を実現している。
【００５９】
第２押圧ガス供給管２２の径は、直径０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることが好ましく、さらに好ましくは、直径１ｍｍ〜２ｍｍとする。また、各第２押圧ガス供給管２２間の間隔は第２押圧ガス供給管２２の直径と同一から直径の２倍までの距離とすることが好ましい。
【００６０】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す例では、第２押圧ガス供給管２２は、フローパーツ１１ａの原材料ガス供給部４側と反対側の短辺（原材料ガス供給方向に直交する方向）に沿って７列、長辺（原材料ガス供給方向に平行な方向）に沿って２行に渡って行列上に形成されている。
【００６１】
第２押圧ガス供給管２２は、成長基板６の上面から観察した場合、第２押圧ガス供給管２２の長手方向と原材料ガス供給方向（図３（Ａ）の実線の矢印で示す方向）とが、略９０°となるように、配置されている。
【００６２】
図３（Ｂ）に示すように、第２押圧ガス供給管２２は、押圧ガス供給部側開口２２１がフローパーツ１１ａの主面１１ｍに、成長基板側開口２２２がフローパーツ１１ａの主面１１ｍと対向する裏面１１ｒに設けられている。押圧ガス供給部側開口２２１及び成長基板側開口２２２は、フローパーツ１１ａの側面１１ｓへ露出しないように設けられている。そのため、第２押圧ガス供給管２２の押圧ガス供給部側開口２２１は、成長基板６の回転方向に合わせてフローパーツ１１ａの一方の長辺に偏って配置される。図３（Ａ）においては、右回りの基板回転のため、原材料ガス供給部４に対し、押圧ガス供給部側開口２２１がフローパーツ１１ａの右側に偏って、配置されている。
【００６３】
第１押圧ガス供給管２１と同様に、本実施例では、フローパーツ１１ａのサイズを直径５０ｍｍ程度の成長基板６に対応したものとしているためであり、フローパーツ１１ａのサイズ、第２押圧ガス供給管２２の径、間隔が増減するに従い、第２押圧ガス供給管２２の行数及び列数も増減する。なお、短辺に沿って並べられる数は、フローパーツ１１ａのサイズ等に加えて、第２押圧ガス供給管２の成長基板６の表面に対する三次元方向の角度にも影響されて増減する。
【００６４】
図４は、本発明の第２の実施例によるフローパーツ１１ｂの概略平面図及び断面図である。図４（Ａ）は、平面図である。図中、点線の矢印は、基板６の回転方向を表す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の線ａｂに沿ってフローパーツ１１ｂを切断した断面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の線ｃｄに沿ってフローパーツ１１ｂを切断した断面図である。
【００６５】
第２の実施例によるフローパーツ１１ｂには、図３に示す第１の実施例によるフローパーツ１１ａと同様に、第１押圧ガス供給管２１及び第２押圧ガス供給管２２が設けられている。第１押圧ガス供給管２１が設けられる領域と、第２押圧ガス供給管２２が設けられる領域の間には、両領域を仕切るための隔壁１５が設けられている。なお、第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂの流量を１つの押圧ガス制御装置で制御する場合には、隔壁１５を設ける必要はない。
【００６６】
図３に示す第１の実施例によるフローパーツ１１ａとの違いは、第２の押圧ガス１２ｂを噴射する第２押圧ガス供給管２２の成長基板面内方向における傾き方向を第１押圧ガス供給管２１と同様に、原材料ガス供給方向（図中、実線の矢印で示す方向）と同一にして、その三次元方向における傾き角度を第１押圧ガス供給管２１の傾き角度よりも小さく、且つ、９０°より小さくしたことである。また、これに伴い、第２押圧ガス供給管２２を短辺方向に１０列設けると共に、成長基板６の端部（周縁）から１０ｍｍ以内の領域Ａ（図３（Ｃ））への原材料ガスの供給を排除するという第２の押圧ガス１２ｂの役割を考慮して、長辺方向に１行分増設している。また、この例では、第１押圧ガス供給管２１の行数も５行から４行に減らしている。また、第２の実施例においても、第２押圧ガス供給管２２の傾斜方向は、成長基板６の回転方向に沿って第２の押圧ガス１２ｂが噴射されるように設定される。
【００６７】
以下、図３に示す第１の実施例によるフローパーツ１１ａとの相違点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６８】
第２の実施例では、第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂの基板面内方向におえるフロー方向を同一方向とし、且つ、第２の押圧ガス１２ｂの三次元方向におけるフロー方向がより基板垂直方向である（第２押圧ガス供給管２２の基板表面に対する三次元方向の傾きが、第１押圧ガス供給管２１の基板表面に対する三次元方向の傾きよりも大きい）ため、確実に原材料ガスの除去が可能となる。また、第２押圧ガス供給管２２の基板表面に対する三次元方向の傾きを９０°よりも小さくするのは、原材料ガスに対する逆流が生じるのを防ぎ、原材料ガスの層流を乱さないようにするためである。
【００６９】
図５は、本発明の第３の実施例によるフローパーツ１１ｃの概略平面図及び断面図である。図５（Ａ）は、平面図である。図中、点線の矢印は、基板６の回転方向を表す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の線ａｂに沿ってフローパーツ１１ｃを切断した断面図である。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の線ｃｄに沿ってフローパーツ１１ｃを切断した断面図である。
【００７０】
第３の実施例によるフローパーツ１１ｃには、図３に示す第１の実施例によるフローパーツ１１ａ及び図４に示す第２の実施例によるフローパーツ１１ｂと同様に、第１押圧ガス供給管２１及び第２押圧ガス供給管２２が設けられている。第１押圧ガス供給管２１が設けられる領域と、第２押圧ガス供給管２２が設けられる領域の間には、両領域を仕切るための隔壁１５が設けられている。なお、第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂの流量を１つの押圧ガス制御装置で制御する場合には、隔壁１５を設ける必要はない。また、第３の実施例においても、第２押圧ガス供給管２２の傾斜方向は、成長基板６の回転方向に沿って第２の押圧ガス１２ｂが噴射されるように設定される。
【００７１】
以下、図３に示す第１の実施例によるフローパーツ１１ａ及び図４に示す第２の実施例によるフローパーツ１１ｂとの相違点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００７２】
図３に示す第１の実施例によるフローパーツ１１ａとの違いは、第２の押圧ガス１２ｂを噴射する第２押圧ガス供給管２２の成長基板面内方向における傾きを第１押圧ガス供給管２１と同様に、原材料ガス供給方向（図中、実線の矢印で示す方向）と同一にして、その三次元方向における傾き角度を第１押圧ガス供給管２１の傾き角度よりも大きく、且つ、９０°より小さくしたことである。すなわち、第２の実施例とは逆に、第２押圧ガス供給管２２の基板表面に対する三次元方向の傾きを、第１押圧ガス供給管２１の基板表面に対する三次元方向の傾きよりも小さくしている。
【００７３】
また、これに伴い、第２押圧ガス供給管２２を短辺方向に１０列設けると共に、成長基板６の端部から１０ｍｍ以内の領域Ａ（図３（Ｃ））への原材料ガスの供給を排除するという第２の押圧ガス１２ｂの役割を考慮して、第２押圧ガス供給管２２の設置位置を原材料ガス供給部４側と反対側の短辺に接する位置から、第１押圧ガス供給管２１を形成する領域に接するように移動し、且つ、１行分増設している。
【００７４】
第３の実施例では、第１の押圧ガス１２ａと第２の押圧ガス１２ｂの成長基板面内方向におけるフロー方向を同一方向とし、且つ、第２の押圧ガス１２ｂの三次元方向のフロー方向がより基板水平方向である（第２押圧ガス供給管２２の基板表面に対する三次元方向の傾きが、第１押圧ガス供給管２１の基板表面に対する三次元方向の傾きよりも小さい）ため、第１の押圧ガス１２ａのフローに影響を与えにくい。よって、第２の押圧ガス１２ｂを用いない場合の成長条件を適用しやすくなる。
【００７５】
以上、本発明の第１〜第３の実施例によれば、第２の押圧ガス１２ｂをリアクター正面から噴射せずに、第１の押圧ガス１２ａとともに成長基板６上方から噴射するため、リアクター周辺スペースを余分に取らない。
【００７６】
また、第２の押圧ガス１２ｂが、原材料ガスの流れに対して成長基板面内で逆方向に流れることが無いので、渦流の発生を防止することができる。また、第１の押圧ガス１２ａの流れに対して成長基板面内で逆方向に流れることが無いので、原材料ガスの押さえ効果を減少させることがない。
【００７７】
したがって、均一組成、均一膜厚の窒化物半導体結晶膜を結晶成長させることが可能となる。
【００７８】
以上、実施例、及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００７９】
１…リアクタチャンバ、２…サセプター、２ｓ…回転軸、３…加熱用ヒータ、４…原材料ガス供給部、４ｐ…原材料ガス供給管、５…排気用ポンプ、６…成長基板、７…基板回転駆動部、８…押圧ガス供給源、９…第１押圧ガス制御装置、１０…第２押圧ガス制御装置、１１…フローパーツ（押圧ガス整流器）、１２ａ…第１の押圧ガス、１２ｂ…第２の押圧ガス、１５…隔壁、２１…第１押圧ガス供給管、２２…第２押圧ガス供給管、６１…低温バッファ層、６２…下地ＧａＮ層、６３…ｎ型ＧａＮ層、６４…活性層、６５…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、６６…ｐ型ＧａＮ層、６７…ｎ電極、６８…ｐ電極、１００…半導体製造装置
【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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