(57)【要約】【課題】原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供する。【解決手段】シャワーヘッド２０は、原料ガスが導入されるIII 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａと、開口付き仕切り２３ｄ・２４ｄの内側に位置する原料ガスのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂと、複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５を有するシャワープレート２１とを備えている。III 族系ガスバッファエリア２３ｂには、III 族系ガスバッファエリア２３ｂを積層方向の複数層に仕切る隔壁４０が設けられ、かつ隔壁４０には複数の貫通孔４１…が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、
上記ガス供給手段は、
外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、
上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、
上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、
上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、
上記中間室には、該中間室を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられており、かつ隔壁には複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記隔壁の複数の貫通孔は、隔壁の中心領域と該中心領域よりも外側とに形成されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記中間室においては、外環流路の開口付き内側壁から隔壁のシャワープレート側の空間には原料ガスは導入されず、外環流路の開口付き内側壁から隔壁の反シャワープレート側の空間に原料ガスが導入されることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記中間室は、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数に積層配置された個別中間室を有していると共に、
上記積層配置された各個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、上記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、上記シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられていると共に、
前記隔壁の貫通孔は、上記個別ガス供給管の周りに同心に形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の気相成長装置。
【請求項５】
成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長方法において、
外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、
上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、
上記隔壁に形成された複数の貫通孔を通した後、
上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行うことを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）等の気相成長装置及び気相成長方法に関するものであり、特に、気相成長装置における原料ガスの供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード及び半導体レーザの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して、基板上に化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）が用いられている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤは、上記の原料ガスを水素、又は窒素等の不活性ガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の製造では、成長させる化合物半導体結晶の品質を向上させると共に、コストを抑えて、歩留まりを高め、生産能力を上げることが同時に要求される。
【０００４】
図１４に、ＭＯＣＶＤに用いられる従来の気相成長装置である縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。
【０００５】
このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１における内部の成長室１１１の上部には該成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。
【０００６】
また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、この回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられている。上記サセプタ１０８の下部には該サセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。
【０００７】
さらに、反応炉１０１の下部には、該反応炉１０１における内部の成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。
【０００８】
上記構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ１０８に基板１０７を設置し、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８を回転させ、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７を所定の温度に加熱する。その後、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入する。
【０００９】
複数の反応ガスを供給して基板１０７上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレート１１０に多数設けられているガス吐出口から基板１０７に反応ガスを吹き出させる方法が採られていた。
【００１０】
ところで、基板上に成長させる化合物半導体結晶の品質を一定に保つためには、基板上に均一な膜厚分布の薄膜を成長させる必要がある。このため、成長室に導入する反応ガス及び不活性ガスは、均等な濃度分布で供給することが必須となる。
【００１１】
この問題を解決するため、例えば特許文献１では、反応ガスを均等な濃度分布で基板上に供給し、基板上で気相反応させる方法が示されている。具体的には、図１５に示すように、設置された基板２０１の上方の中央部にガス導入口２０２を設け、ガス導入口２０２からシャワープレート２０３へつながる拡開する外壁を設けることにより、シャワープレート２０３のガス吐出孔での反応ガスの速度差を緩和でき、基板２０１上での反応ガスの濃度分布の均一化を実現している。
【００１２】
また、特許文献２では、図１６に示すように、複数のガス導入部３０１…を有し、個々のガス導入部３０１に設けられた流量調節部３０２にて流量を制御することによって、基板３０３の表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
【００１３】
さらに、特許文献３では、図１７に示すように、成長室４０１の上部の周辺部に配置した環状のガス流路４０２に配置したガス導入孔４０３からシャワープレート４０４を通して成長室４０１に反応ガスを吐出させると共に、成長室４０１の周囲に環状のガス排出部４０５を設置し、ガス排出部４０５に均等配置した排気孔４０６を介して排ガスを排出することによって、基板４０７の表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
【００１４】
一方、成膜が行われる成長室内は減圧して使用する場合が多いことから、シャワーヘッド内の圧力は成長室内に較べると格段に高く、シャワーヘッド内で気相反応が生ずることが避けられなかった。シャワーヘッド内で気相反応が生じると、反応生成物がシャワーヘッドのガス吐出孔を塞ぎ、成長室内に反応ガスを供給することができなくなる。
【００１５】
この問題を解決するため、例えば特許文献４では、例えば、図１８に示すように、２種類の供給ガスそれぞれに中間室５０１・５０２を設け、この中間室５０１・５０２からそれぞれの反応ガスをシャワープレート５０３のガス吐出孔５０１ａ・５０２ａを通して、分離した状態で成長室５０４へ供給する方法が示されている。反応ガスが分離した状態で供給されるため、シャワーヘッド５０５内で気相反応が生ずることはない。このような構成は、例えば特許文献５，６にも開示されている。
【００１６】
近年、発光出力の良好な窒化物半導体からなるＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が実用化されており、寿命特性等の良好な素子特性を有する窒化物半導体からなるレーザダイオード素子の実用性が高まってきている。このような素子特性の良好なレーザ素子の例として、例えば、非特許文献１には、レーザ素子の素子構造として、ＧａＮ基板上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．８６Ｎ層、超格子ｎ型Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ／ＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、多重量子井戸Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ／Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ活性層、ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ電子閉じこめ層、ｐ型ＧａＮガイド層、超格子ｐ型Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ／ＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層してなる窒化物半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物半導体レーザ素子は、連続発振が約１０，０００時間となる良好な寿命特性を示すものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−７２１９６号公報（２００５年３月１７日公開）
【特許文献２】特開２０００−２９４５３８号公報（２０００年１０月２０日公開）
【特許文献３】特開平３−２０３２２７号公報（１９９１年９月４日公開）
【特許文献４】特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開）
【特許文献５】特開平５−１５２２０８号公報（１９９３年６月１８日公開）
【特許文献６】特開２０００−１４４４３２号公報（２０００年５月２６日公開）
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．７，Ｊｕｌ（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の特許文献４〜６で示される気相成長装置では、反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが困難であるという問題点を有している。
【００２０】
詳しく述べると、例えば特許文献６では、図１９に示すように、上層ガス空間６０１には、例えば特許文献１，２で示される方法にて反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが可能であるが、図１９に示す中層ガス空間６０２には、特許文献１，２で示される方法では反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが困難となる。
【００２１】
また、前述したように、化合物半導体結晶の製造では、コストを抑えて、歩留まりを高め、生産能力を上げることが同時に要求されるため、ＭＯＣＶＤ装置の大型化が必要とされている。このような装置の大型化に伴い、反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが大きな課題となる。
【００２２】
この点、特許文献４〜６では、大面積にわたり均一な膜成長が可能との記載があるが、具体的に反応ガスを均一に供給する手段は記載されていない。
【００２３】
例えば、図１７に示す特許文献３における構成を用いて、図１９に示す中層ガス空間６０２における反応ガスの均一性を確認する計算を行った結果、図１１示すように、中央部でガス流速が遅く、端部で速くなり、反応ガスが均一に供給されていないことが、依然として課題であることがわかる。
【００２４】
さらに、活性層等に用いられるＩｎを含む窒化物半導体、具体的にはＩｎα Ｇａ１−αＮ（０＜α≦１）の下に近接して、Ａｌを含む窒化物半導体、具体的にはＡｌβ Ｇａ１−βＮ（０＜β≦１）を設けると、Ｉｎを含む窒化物半導体の結晶性に悪影響を及ぼし、Ｉｎ組成が安定した結晶成長層とならず、良好な窒化物半導体層を形成することが困難であった。
【００２５】
また、ＭＯＣＶＤにおいて、Ａｌを含む窒化物半導体を成長させた後、Ｉｎを含む窒化物半導体を成長させると、既に供給されたＡｌが十分に排気されず反応容器内に残る。そして、反応容器内のコンタミネーションとして、さらには残存した活性なＡｌにより、Ｉｎを含む窒化物半導体の成長が阻害され、良好な結晶性、安定な成長が成されず、結果として、安定した素子特性の窒化物半導体素子が得られない傾向があった。この理由は、活性なＡｌが反応容器内に存在することによって、Ｉｎが面内に均一に分布して成長せず、偏って成長し、それによって、Ｉｎ高混晶領域が面内で偏在したり、Ｉｎの析出が発生したりするため、Ｉｎを含む窒化物半導体の形成が困難となることによるものである。
【００２６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、上記ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室には、該中間室を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられており、かつ隔壁には複数の貫通孔が形成されていることを特徴としている。
【００２８】
本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長方法において、外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、上記隔壁に形成された複数の貫通孔を通した後、上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行うことを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えている。
【００３０】
このため、外環流路から中間室に原料ガスを通すことによって、シャワープレートの上部の空間を有効活用でき、気相成長装置全体の薄型化を図ることができる。
【００３１】
ところで、外環流路から中間室に原料ガスを通す場合、中間室の周辺部のガス流速は大きく、中間室の中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、シャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室に吐出される原料ガスは、シャワープレートの周辺部でガス流速が大きく、シャワープレートの中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、成長室の被処理基板では、均一に原料ガスが供給されないことになる。
【００３２】
そこで、本発明では、中間室には、該中間室を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられている。すなわち、中間室には、シャワープレートと平行に１個又は複数の隔壁が設けられている。
【００３３】
このため、中間室における隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは、中間室における複数の貫通孔を通過した後、シャワープレートにおける複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。
【００３４】
この結果、原料ガスは、中間室における隔壁の複数の貫通孔を通して、シャワープレートの全体からバランスよく複数のガス吐出孔を通して成長室に吐出されることになる。
【００３５】
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００３６】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁の複数の貫通孔は、隔壁の中心領域と該中心領域よりも外側とに形成されていることが好ましい。
【００３７】
これにより、中間室の周辺部における隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは、一つのルートとして中間室の中心領域まで奥入りした後、隔壁における中心領域の貫通孔を通してシャワープレートの中心領域における複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。一方、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは、他のルートとして、中間室の中心領域よりも外側における隔壁４０の貫通孔４１…を通して、シャワープレートの中心領域よりも外側における複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。
【００３８】
この結果、原料ガスは、シャワープレートの全体からバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に吐出されることになる。
【００３９】
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００４０】
本発明の気相成長装置では、前記中間室においては、外環流路の開口付き内側壁から隔壁のシャワープレート側の空間には原料ガスは導入されず、外環流路の開口付き内側壁から隔壁の反シャワープレート側の空間に原料ガスが導入されることが好ましい。
【００４１】
これにより、隔壁の下層における原料ガスの流れが抑制されるので、原料ガスは、シャワープレートの全体からバランスよく複数のガス吐出孔を通して成長室に吐出されることになる。
【００４２】
本発明の気相成長装置では、前記中間室は、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数に積層配置された個別中間室を有していると共に、上記積層配置された各個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、上記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、上記シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられていると共に、前記隔壁の貫通孔は、上記個別ガス供給管の周りに同心に形成されているとすることができる。
【００４３】
すなわち、本発明では、中間室が複数に積層配置された各個別中間室からなっており、シャワープレート側の個別中間室には、該シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられている。
【００４４】
このように、個別中間室に個別ガス供給管が林立して設けられているときには、外環流路から個別中間室に原料ガスを通す場合、個別中間室の周辺部のガス流速は大きく、個別中間室の中央部に奥入りするほど林立する個別ガス供給管の抵抗によりガス流速は特に小さくなる。
【００４５】
この点、本発明では、中間室における個別中間室を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられていると共に、隔壁の貫通孔は、個別ガス供給管の周りに同心に形成されているので、原料ガスは、シャワープレートの全体からバランスよく複数のガス吐出孔を通して成長室に吐出されることになる。
【００４６】
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の気相成長装置は、以上のように、ガス供給手段は、外周において環状に設けられて原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室には、該中間室を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられており、かつ隔壁には複数の貫通孔が形成されているものである。
【００４８】
本発明の気相成長方法は、以上のように、外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、上記隔壁に形成された複数の貫通孔を通した後、上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行う方法である。
【００４９】
それゆえ、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、上記気相成長装置のシャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図２】上記気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】上記気相成長装置のシャワーヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの他の構成を示す平面図である。
【図５】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のＶ族系外環流路の構成を示す斜視図である。
【図６】図１に示すシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図７】上記気相成長装置の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図８】図７に示すシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図９】図１に示す、隔壁に中央の貫通孔が設けられていない場合におけるＴＭＡｌ濃度の減少速度を示すグラフである。
【図１０】図７に示す、隔壁に中央の貫通孔が設けられている場合におけるＴＭＡｌ濃度の減少速度を示すグラフである。
【図１１】上記気相成長装置のシャワーヘッドにおける比較例の構成を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す比較例のシャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す比較例のシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図１４】従来における縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１５】従来における他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１６】従来におけるさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１７】従来におけるさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１８】従来におけるさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１９】従来におけるさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明の一実施形態について図１ないし図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５２】
図２に、本実施の形態の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相堆積）装置の一例である縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１０の模式的な構成の一例を示す。
【００５３】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図２に示すように、中空部である成長室１を有する反応炉２と、被処理基板３を載置するサセプタ４と、上記サセプタ４に対向しかつ底面にシャワープレート２１を持つガス供給手段としてのシャワーヘッド２０とを含んでいる。
【００５４】
上記サセプタ４の下側には被処理基板３を加熱するヒータ５及び支持台６が設けられており、支持台６に取り付けた回転軸７が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、上記サセプタ４及びヒータ５が、サセプタ４の上面（シャワープレート２１側の面）が対向するシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転するようになっている。上記サセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７の周囲には、ヒータカバーである被覆板８が、これらサセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７を取り囲むように設けられている。
【００５５】
また、ＭＯＣＶＤ装置１０は、成長室１の内部のガスを周辺のガス排出口１ａを通して外部に排出するためのガス排出部１１と、このガス排出部１１に接続されたパージライン１２と、このパージライン１２に接続された排ガス処理装置１３とを有している。これにより、成長室１の内部に導入されたガスはガス排出部１１を通して成長室１の外部に排出され、排出されたガスはパージライン１２を通って排ガス処理装置１３に導入され、排ガス処理装置１３において無害化される。
【００５６】
さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０は、III 族元素を含む原料ガスとしてのIII 族系ガスの供給源となるIII 族系ガス供給源３１と、このIII 族系ガス供給源３１から供給されたIII 族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのIII 族系ガス配管３２と、III 族系ガス供給源３１から供給されるIII 族系ガスの供給量を調節することができるIII 族系ガス供給量調節部としてのマスフローコントローラ３３とを有している。上記III 族系ガス供給源３１は、III 族系ガス配管３２によって、マスフローコントローラ３３を介して、シャワーヘッド２０のIII 族系ガス供給部２３に接続されている。
【００５７】
尚、本実施の形態において、III 族元素としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）又はＩｎ（インジウム）等があり、III 族元素を含むIII 族系ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスの１種類以上を用いることができる。
【００５８】
また、このＭＯＣＶＤ装置１０は、Ｖ族元素を含む原料ガスとしてのＶ族系ガスの供給源となるＶ族系ガス供給源３４と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されたＶ族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのＶ族系ガス配管３５と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されるＶ族系ガスの供給量を調節することができるＶ族系ガス供給量調節部であるマスフローコントローラ３６とを有している。上記Ｖ族系ガス供給源３４は、Ｖ族系ガス配管３５によって、マスフローコントローラ３６を介してシャワーヘッド２０のＶ族系ガス供給部２４に接続されている。
【００５９】
尚、本実施の形態において、Ｖ族元素としては、例えば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）又はＡｓ（ヒ素）等があり、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）等の水素化合物ガスの１種類以上を用いることができる。
【００６０】
上記マスフローコントローラ３３・３６は図示しない制御部にて制御されるようになっている。
【００６１】
また、本実施の形態では、III 族系ガス供給部２３とシャワープレート２１との間に冷却手段としての冷水供給部２２が設けられており、この冷水供給部２２には、シャワープレート２１を冷却するために、冷水系配管３７により水冷装置３８から冷水が供給されるようになっている。尚、本実施の形態では、冷水供給部２２は冷却水を供給するようになっているが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。
【００６２】
次に、図３を用いてシャワーヘッド２０の構成を説明する。
【００６３】
シャワーヘッド２０は、図３に示すように、下から順番に、シャワープレート２１、冷水供給部２２、III 族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４が積層されて構成されている。
【００６４】
上記シャワープレート２１、冷水供給部２２、III 族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４は積層配置であるため、本実施の形態では、Ｖ族系ガス供給部２４における中間室及び個別中間室としてのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、中間室及び個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ、及び冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられた個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃを通してシャワープレート２１のガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出される。
【００６５】
また、III 族系ガス供給部２３におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂのIII 族系ガスは、冷却手段としての冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられたIII 族系ガス供給管２３ｃを通してシャワープレート２１のガス吐出孔としてのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【００６６】
さらに、本実施の形態では、前記図２に示すように、シャワープレート２１における被処理基板３側には、シャワープレート２１を覆うカバープレート２６が設けられており、後述するように、カバープレート２６のカバープレート孔Ｈ２は、シャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１に１対１に対応するように配設されている。
【００６７】
上記カバープレート２６は、馬蹄形状の保持部材２７によってシャワープレート２１に近接配置した状態で支持されており、保持部材２７は、垂直方向への移動機構つまり昇降機構としての昇降ロッド２８によって、昇降移動できるようになっている。そして、被処理基板３の成膜時には、カバープレート２６はシャワープレート２１の表面に対して隙間が略０となるように昇降移動量が調整されている。なお、上述の説明では、カバープレート２６はシャワープレート２１に近接配置されているが、必ずしもこれに限らず、カバープレート２６はシャワープレート２１に密着配置されていてもよい。
【００６８】
以下、シャワーヘッド２０の要部の構成について、詳細に説明する。
【００６９】
まず、図４（ａ）に、図２に示すＭＯＣＶＤ装置１０に用いられるシャワープレート２１の一例の模式的な平面図を示す。
【００７０】
シャワープレート２１には、成長室１にIII 族系ガスを供給するためのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３、及びＶ族系ガスを供給するためのガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ複数形成されている。そして、シャワープレート２１の面内（前記サセプタ４に向かい合っている表面内）において、III 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とが交互に配列されている。図４（ａ）に示す例においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配列方向は、水平方向及び垂直方向となっている。つまり、格子状となっている。ただし、この格子は正方格子に限らず、菱形の格子等でもよい。また、図４（ａ）に示す構成のシャワープレート２１における、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。
【００７１】
図４（ｂ）は、シャワープレート２１の他の例における模式的な平面図を示す。シャワープレート２１の複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５は、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっている。
【００７２】
具体的には、例えば、中央部２１ａと周辺部２１ｂとの違いによって、中央部２１ａでは孔径を大きくし、周辺部２１ｂでは孔径を小さくしている。これにより、周辺部２１ｂでのガスの流量を抑制することができる。尚、図４（ｂ）に示すように、周辺部２１ｂでIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の孔径を小さくした場合においても、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。勿論、中央部２１ａにおいても、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。
【００７３】
また、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくする方法としては、必ずしもこれに限らない。例えば、周辺部２１ｂのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設密度が、中央部２１ａのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設密度よりも小さいとすることも可能である。
【００７４】
次に、冷水供給部２２は、図４に示すシャワープレート２１を一定の温度以下に冷却することによって、シャワープレート２１への反応生成物の付着を抑制し、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の目詰まりを防止する。
【００７５】
次に、各ガス供給部について説明する。
【００７６】
図３に示すように、III 族系ガス供給部２３は、シャワーヘッド２０の例えば周辺部から供給されたIII 族系ガスを均一にIII 族系ガス吐出孔Ｈ３に導くため、外環流路としてのIII 族系ガス外環流路２３ａと、III 族系ガスバッファエリア２３ｂと、このIII 族系ガスバッファエリア２３ｂから成長室１に連通する個別ガス供給管としてのIII 族系ガス供給管２３ｃとにより構成されている。尚、III 族系ガス供給管２３ｃの断面は、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。また、本発明では、冷水供給部２２が無い場合には、III 族系ガス供給管２３ｃはなくても良い。その場合には、III 族系ガスバッファエリア２３ｂのIII 族系ガスはIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出される。
【００７７】
一方、同様に、Ｖ族系ガス供給部２４は、シャワーヘッド２０の周辺部より供給された反応ガスを均一にＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に導くため、外環流路としてのＶ族系ガス外環流路２４ａと、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂと、個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃとにより構成されている。尚、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの断面についても、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。
【００７８】
ここで、図５は、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの斜視図である（III 族系ガス外環流路２３ａも構造は同じであるため説明は省略する。）。
【００７９】
例えば、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの横方向から供給されたＶ族系ガスは、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの内周側に均等配置された複数の開口ＨＩＮ５を有する開口付き内側壁としての開口付き仕切り２４ｄを介して、半径方向の内部に均一にＶ族系ガスバッファエリア２４ｂへ供給される。そして、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、前記複数のＶ族系ガス供給管２４ｃを通って、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ供給される。
【００８０】
すなわち、図３に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ内には、Ｖ族系ガス供給管２４ｃが、それぞれのガスが混合しないよう分離されて配置されている。つまり、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの平面においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の位置には、III 族系ガスバッファエリア２３ｂからIII 族系ガス吐出孔Ｈ３へ連通されるIII 族系ガス供給管２３ｃが配置されていると共に、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の位置には、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂからＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に連通されるＶ族系ガス供給管２４ｃが柱のように林立していることになる。
【００８１】
次に、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０におけるシャワーヘッド２０の特徴的な構成について、図１及び前記図３に基づいて説明する。図１は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの内部構造詳細を示す縦断面図である。尚、図１においては、シャワーヘッド２０における右半分の構造のみを示している。
【００８２】
本実施の形態のシャワーヘッド２０におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂには、このIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を複数層である例えば２層に仕切る隔壁４０が設けられている。
【００８３】
これにより、III 族系ガス外環流路２３ａの開口付き内側壁としての開口付き仕切り２３ｄから均一にIII 族系ガスバッファエリア２３ｂへIII 族系ガスが供給される。このIII 族系ガスは、複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３を通って、成長室１へ送られる。
【００８４】
このとき、図１１及び図１２に示すように、比較例のシャワーヘッド２０’の構成では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂに隔壁４０がないため、圧力損失により、図１３に示すように、中央部での流速は遅くなり、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部で異なってしまう。
【００８５】
これに対して、図１に示す本実施の形態のシャワーヘッド２０のように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂを積層方向に複数の領域に仕切る隔壁４０を設けることによって、図６に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部と中央部での流速は略等しくなり、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部とで均一となる。
【００８６】
また、図７に示すように、隔壁４０の中心領域にも貫通孔４２を設けることが可能である。これにより、III 族系ガス外環流路２３ａの開口付き仕切り２３ｄにおける開口ＨＩＮ３からIII 族系ガスバッファエリア２３ｂから導入されたIII 族系ガスは、一つのルートとして、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける隔壁４０の上層を経て、隔壁４０の中心領域に設けられた貫通孔４２を通して、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける隔壁４０の下層を通り、シャワープレート２１の半径方向に移動してIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に供給される。
【００８７】
また、他のルートとして、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける隔壁４０の上層を経て、隔壁４０の中心領域よりも半径方向の外側に設けられた貫通孔４１…を通して、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける隔壁４０の下層を通り、シャワープレート２１のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に供給される。
【００８８】
これによって、図８に示すように、シャワープレート２１の周辺部と中央部とにおける流速は略等しくなり、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部と均一となることが確認された。
【００８９】
尚、本実施の形態では、複数層である例えば２層に仕切っているが、必ずしもこれに限らず、複数層である例えば３層に仕切る図示しない隔壁とすることが可能である。
【００９０】
上記構成のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、III 族−Ｖ族化合物半導体結晶を、ＭＯＣＶＤ法により成長させる方法について説明する。
【００９１】
図２に示すように、まず、サセプタ４上に下地となる被処理基板３が設置される。その後、回転軸７の回転により、サセプタ４の上面に設置された被処理基板３の表面がシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転し、ヒータ５の加熱により、サセプタ４を介して被処理基板３が所定の温度に加熱される。そして、図１に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂには隔壁４０が設けられ、かつ隔壁４０には貫通孔４１・４２が設けられているので、III 族系ガスは、シャワープレート２１の周辺部２１ｂと中央部２１ａとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１の内部に被処理基板３の表面に対して垂直方向に導入される。
【００９２】
また、シャワープレート２１に形成されているＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からＶ族系ガスが、成長室１の内部に被処理基板３の表面に対して垂直方向に導入される。その結果、被処理基板３の表面上にIII 族−Ｖ族化合物半導体結晶が成長することになる。尚、ここでは、III 族系ガスの導入量及びＶ族系ガスの導入量は、図示しない制御部によってマスフローコントローラ３３・３６にて制御され、III 族系ガス及びＶ族系ガスのそれぞれが成長室１の内部に導入されることになる。
【００９３】
III 族系ガス及びＶ族系ガスは、シャワープレート２１に交互に配列されたIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からそれぞれ導入されていることから、被処理基板３の表面上方におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５との分布の偏りを低減することができる。
【００９４】
III 族系ガスとＶ族系ガスとが混合し濃度分布が均一となり、ヒータ５による被処理基板３の加熱と相俟ってIII 族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応が被処理基板３の表面近傍において進行する。
【００９５】
したがって、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いた場合には、従来の特許文献３〜６に記載の装置を用いた場合と比べて、被処理基板３の表面におけるIII 族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応の均一性を向上することができる。
【００９６】
尚、上述の説明においては、III 族系ガス及びＶ族系ガスを導入する場合について説明したが、本発明においては、III 族系ガス及びＶ族系ガスと共に不活性ガスやドーパント源となるガス等を成長室１に導入してもよい。
【００９７】
また、上述の説明においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ円形である場合について説明したが、本発明においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の形状は特に限定されず、例えば、矩形又は楕円形等の形状にすることができる。また、本発明においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の形状はそれぞれ同一であってもよく、その少なくとも一部が異なっていてもよい。
【００９８】
また、上述の説明においては、被処理基板３を１枚設置した場合について説明したが、本発明においては、被処理基板３が１枚だけでなく複数枚設置してもよい。
【００９９】
また、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置を構成する反応炉、シャワープレート及びその他の部材の形状が、図１に示す形状に限定されないことは言うまでもない。例えば、ＭＯＣＶＤ装置全体が逆転状態の場合、すなわち、原料ガスを下からシャワー状に吹き上げるタイプであってもよい。
【０１００】
このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０及び気相成長方法では、成長室１に対向して設けられたシャワーヘッド２０から成長室１内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室１内の被処理基板３に気相成長を行う。そして、シャワーヘッド２０は、外周において環状に設けられて原料ガスが導入されるIII 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａと、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａの内側に設けられ、かつ原料ガスを通す開口ＨＩＮ３及び開口ＨＩＮ５を有する開口付き仕切り２３ｄ・２４ｄと、開口付き仕切り２３ｄ・２４ｄの内側に位置する原料ガスのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂと、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの下流側に位置して複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５を有するシャワープレート２１とを備えている。
【０１０１】
このため、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにIII 族系ガス及びＶ族系ガスの原料ガスを通すことによって、シャワープレート２１の上部の空間を有効活用でき、ＭＯＣＶＤ装置１０全体の薄型化を図ることができる。
【０１０２】
ところで、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに原料ガスを通す場合、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部のガス流速は大きく、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、シャワープレート２１の複数のガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される原料ガスは、シャワープレート２１の周辺部２１ｂでガス流速が大きく、シャワープレート２１の中央部２１ａに奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、成長室１の被処理基板３では、均一に原料ガスが供給されないことになる。
【０１０３】
そこで、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂには、該III 族系ガスバッファエリア２３ｂを積層方向の複数層に仕切る隔壁４０が設けられている。すなわち、III 族系ガスバッファエリア２３ｂには、シャワープレート２１と平行に１個の隔壁４０が設けられている。
【０１０４】
このため、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける隔壁４０の反シャワープレート２１側を通る原料ガスは、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける複数の貫通孔４１…を通過した後、シャワープレート２１における複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【０１０５】
この結果、原料ガスは、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにおける隔壁４０の複数の貫通孔４１…を通して、シャワープレート２１の全体からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出されることになる。
【０１０６】
したがって、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０及び気相成長方法を提供することができる。
【０１０７】
また、この構成により、大面積にわたり均一性に優れる窒化物半導体層を形成することが可能となった。
【０１０８】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０の複数の貫通孔は、隔壁４０の中心領域に設けた貫通孔４２と該中心領域よりも外側とに形成されている貫通孔４１とからなっている。
【０１０９】
これにより、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部における隔壁４０の反シャワープレート側を通る原料ガスは、一つのルートとしてIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中心領域まで奥入りした後、隔壁４０における中心領域の貫通孔４２を通してシャワープレート２１の中央部における複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【０１１０】
一方、隔壁４０の反シャワープレート側を通る原料ガスは、他のルートとして、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中心領域よりも外側における隔壁４０の貫通孔４１を通して、シャワープレート２１の中央部よりも外側における複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【０１１１】
この結果、原料ガスは、シャワープレート２１の全体からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出されることになる。
【０１１２】
したがって、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０及び気相成長方法を提供することができる。具体的には、結晶性に優れる窒化物半導体層を形成することが可能となった。
【０１１３】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、中間室においては、III 族系ガス外環流路２３ａの開口付き仕切り２３ｄから隔壁４０のシャワープレート２１側の空間には原料ガスは導入されず、III 族系ガス外環流路２３ａの開口付き仕切り２３ｄから隔壁４０の反シャワープレート２１側の空間に原料ガスが導入される。
【０１１４】
これにより、隔壁４０の下層の空間における原料ガスの流れが抑制されるので、原料ガスは、シャワープレート２１の全体からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３を通して成長室１に吐出されることになる。
【０１１５】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、中間室が複数に積層配置された個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂからなっており、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるシャワープレート２１側のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂには、シャワープレート２１側のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂよりも反シャワープレート２１側のＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに連通する個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃが貫通して設けられていると共に、隔壁４０の貫通孔４１…は、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの周りに同心に形成されているとすることができる。尚、反シャワープレート２１側とは、シャワープレート２１側とは、反対側のことである。
【０１１６】
このように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにＶ族系ガス供給管２４ｃが林立して設けられているときには、III 族系ガス外環流路２３ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂに原料ガスを通す場合、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部のガス流速は大きく、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部に奥入りするほど林立するＶ族系ガス供給管２４ｃの抵抗によりガス流速は特に小さくなる。
【０１１７】
この点、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂを積層方向の複数層に仕切る隔壁４０が設けられていると共に、隔壁４０の貫通孔４１…は、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの周りに同心に形成されている。このため、原料ガスは、シャワープレート２１の全体からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５を通して成長室１に吐出されることになる。
【０１１８】
したがって、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。具体的には、反応ガスが分離された状態で供給されるので、均一性及び結晶性に優れる窒化物半導体層を形成することが可能となる。
【０１１９】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【実施例】
【０１２０】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、隔壁４０に中央の貫通孔４２を設けた場合の効果について、検討を行った。
【０１２１】
具体的には、ＡｌＧａＮ成膜後にＩｎＧａＮ成膜を行うことを仮定して、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの隔壁４０の上層に、キャリアである水素ガス９９．９％、ＴＭＡｌ０．０５％、ＴＭＧａ０．０５％充満している状態に対して、キャリアである水素ガスが９９．９％、ＴＭＩｎ０．０５％、ＴＭＧａ０．０５％を供給していく際に、ＴＭＡｌの濃度の時間変化を算出した。
【０１２２】
これは、ＴＭＡｌの濃度の減少速度が速くなるほど、ＡｌＧａＮ成膜後にＩｎＧａＮ成膜を行う際、急峻な界面が得られることに対応している。
【０１２３】
その結果を、図９及び図１０に示す。図９は、図１に示すように、隔壁４０に貫通孔４１のみが設けられ、中央の貫通孔４２が設けられていない場合におけるＴＭＡｌの濃度の減少速度を示している。また、図１０は、図７に示すように、隔壁４０に貫通孔４１と中央の貫通孔４２とが設けられている場合におけるＴＭＡｌの濃度の減少速度を示している。
【０１２４】
その結果、図１０に示すように、隔壁４０に貫通孔４１だけでなく中央の貫通孔４２も設けることによって、ＴＭＡｌの濃度の減少速度が約１．５倍速くなることがわかる。したがって、貫通孔４２が設けることによって、より急峻なＡｌＧａＮ−ＩｎＧａＮ界面が得られると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に反応ガスを供給するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１２６】
１        成長室
２        反応炉
３        被処理基板
４        サセプタ
１０        ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
２０        シャワーヘッド（ガス供給手段）
２１        シャワープレート
２１ａ      中央部
２１ｂ      周辺部
２２        冷水供給部
２２ｂ      冷水系バッファエリア
２３        III 族系ガス供給部
２３ａ      III 族系ガス外環流路（外環流路）
２３ｂ      III 族系ガスバッファエリア（中間室、個別中間室）
２３ｃ      III 族系ガス供給管
２３ｄ      開口付き仕切り（開口付き内側壁）
２４        Ｖ族系ガス供給部
２４ａ      Ｖ族系ガス外環流路（外環流路）
２４ｂ      Ｖ族系ガスバッファエリア（中間室、個別中間室）
２４ｃ      Ｖ族系ガス供給管（個別ガス供給管）
２４ｄ      開口付き仕切り（開口付き内側壁）
４０        隔壁
４１        貫通孔
４２        貫通孔  
Ｈ３        III 族系ガス吐出孔（ガス吐出孔）
Ｈ５        Ｖ族系ガス吐出孔（ガス吐出孔）
ＨＩＮ３    開口
ＨＩＮ５    開口
【図１】
2011222592.tif 000003
【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】
2011222592.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011222592.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011222592.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2011222592.tif 000017
【図１６】
2011222592.tif 000018
【図１７】
2011222592.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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