(57)【要約】【課題】流量の時間変化を高精度に制御することにより、複数種類の薄膜が積層された高品質な積層構造を形成することが可能な気相成長装置を提供する。【解決手段】当該気相成長装置は、処理対象物である基板１５を保持する反応室５０と、反応室５０に反応ガスを供給するためのガス導入部２１とを備えている。ガス導入部２１は、ガス供給管２０と、ガス供給管２０と反応室５０とをつないで反応ガスを流通させるガス流路拡大部とを含んでいる。ガス流路拡大部は、ガス供給管２０から反応室５０まで、基板１５の主表面に沿うとともに反応ガスの流通方向に交差する方向である平面方向での幅が、ガス供給管２０側から反応室５０側に向けて広がるように構成され、ガス流路拡大部の平面方向の幅を規定する側壁では、ガス供給管２０からガス流路拡大部へ導入される反応ガスの吐出方向に対する、側壁の傾斜角度のうちガス供給管２０側に位置する部分の傾斜角度が、側壁のうち反応室５０側に位置する部分の吐出方向に対する傾斜角度より小さくなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を保持する反応室と、
前記反応室に反応ガスを供給するためのガス導入部とを備え、
前記ガス導入部は、
ガス供給管と、
前記ガス供給管と前記反応室とをつないで前記反応ガスを流通させるガス流路拡大部とを含み、
前記ガス流路拡大部は、前記ガス供給管から前記反応室まで、前記処理対象物の主表面に沿うとともに前記反応ガスの流通方向に交差する方向である平面方向での幅が、前記ガス供給管側から前記反応室側に向けて広がるように構成され、
前記ガス流路拡大部の前記平面方向の幅を規定する側壁では、前記ガス供給管から前記ガス流路拡大部へ導入される前記反応ガスの吐出方向に対する、前記側壁の傾斜角度のうち前記ガス供給管側に位置する部分の第１の傾斜角度が、前記側壁のうち前記反応室側に位置する部分の前記吐出方向に対する第２の傾斜角度より小さくなっている、気相成長装置。
【請求項２】
前記ガス流路拡大部における前記反応ガスの流れ方向での前記ガス流路拡大部の長さ（Ｌ）に対する、前記ガス流路拡大部における前記反応ガスの流れる部分の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が、０．００１３以上０．０１３以下となっている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記側壁の前記ガス供給管側に位置する部分の前記第１の傾斜角度は５°以上１６°以下である、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記ガス導入部が複数備えられ、複数の前記ガス導入部のうち一の前記ガス導入部の前記ガス流路拡大部と他の前記ガス導入部の前記ガス流路拡大部とを区画する仕切り部を有しており、
前記仕切り部のうち少なくとも前記反応ガスの前記流通方向に関する下流側の領域は、前記反応ガスの前記流通方向に関する上流側の領域よりも、厚さが小さくなるよう、前記仕切り部の前記厚さの方向に関する最上部の直線と最下部の直線とが、前記流通方向に対して傾斜した外周形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記仕切り部のうち前記厚さが０．０５ｍｍ以上の領域において、前記最上部の直線と前記最下部の直線とがなす角度が５０°以下である領域を有する、請求項４に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記仕切り部のうち、前記反応ガスの前記流通方向に関するもっとも下流側の端部における前記厚さは０．０５ｍｍ未満である、請求項４または５に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記反応ガスの流通量が４０ＳＬＭ以上６０ＳＬＭ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関するものであり、より特定的には、半導体基板などの表面上に薄膜を気相成長させるための気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体基板などの一方の主表面上に半導体素子を形成するために薄膜を成長させる際には、気相成長装置が用いられる。なおここで主表面とは、表面のうち最も面積の大きい主要な面をいう。このような気相成長装置は、処理対象物であるたとえば基板を保持する反応室と、当該反応室に反応ガスを供給するためのガス導入部とを備えている。つまり反応室の内部に基板を載置した状態で、当該内部に成膜用の所定のガスを導入する。
【０００３】
ここで、基板の主表面の面積が大きい、つまり大口径である場合には、ガスを当該基板の主表面上に均一に供給するために、基板の主表面に対向する領域（通常は基板に対向する、反応室内部の天井部分）に、ガスを噴射するための多数の孔を一定間隔で複数設けた反応室を用いる。このような多数の孔を備える構造はシャワーヘッド構造と呼ばれており、基板の主表面に対向する領域の大部分から所望のガスを、当該基板の主表面上のほぼ全領域に均一に噴射することを可能とする。シャワーヘッド構造は、たとえば特開平１１−３２３５６０号公報（特許文献１）や特開２００８−６６４１３号公報（特許文献２）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２３５６０号公報
【特許文献２】特開２００８−６６４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、活性化エネルギが高い金属元素を含む成膜用のガスの噴出量を、シャワーヘッド部の中心部から周辺部に向けて次第に減少する構成とした、ＢＳＴ薄膜などの高・強誘電体複合材料薄膜を形成するための成膜処理装置が開示されている。また特許文献２には、ガス噴射孔から噴射された原料ガスの一部が逆方向に廻り込んでガス噴射面上に不要な付着膜を形成することを抑制する構成としたシャワーヘッド構造を備える成膜処理装置が開示されている。
【０００６】
上述したいずれの成膜処理装置についても、たとえばＢＳＴ薄膜やＰＺＴ薄膜などの複合材料薄膜を、原料ガスを時間変化させずに一定量流し続けることにより成膜を行なう。このため、供給された原料ガスを複数のガス噴射孔から均一に噴射させるために拡散させるいわゆるバッファ室内には常に同一種類のガスを供給することになる。つまり上記各特許文献中の成膜処理装置を用いた成膜処理方法においては、バッファ室内に供給されるガスの種類を切り替える必要がない。しかしたとえば半導体素子を構成する、異なる組成からなる複数の薄膜を積層した積層構造を形成する際には、成膜処理装置において供給する原料ガスの種類を短時間に切り替える必要がある。たとえばＩＩＩ族の原料からなるガスとＶ族の原料からなるガスとを、１秒以下の早いタイミングにて交互に噴射しながら供給する場合に、上記各特許文献中の成膜処理装置を用いた場合には、以下に示す問題が発生する可能性がある。
【０００７】
図６に、従来の成膜処理装置を用いて原料ガスの供給量が矩形パルス状に時間変化するように制御した場合における、原料ガスの流量の時間変化をシミュレーションした結果を示す。これは一例として、供給する原料ガスを流通させる配管内における当該ガスの流量や、配管を経て噴射孔から噴射させる当該ガスの流量を示している。つまり図６のグラフにおいて横軸は経過時間（秒）を、縦軸は原料ガスとして用いたＴＭＧ（トリメチルガリウム：ガリウムの有機金属化合物）の流量をモル分率で示している。図６中の実線１００は、原料ガスとしてのＴＭＧを供給する配管中を流通するガスのモル分率を、また図６中の点線２００は、上記配管を流通し、噴射孔から噴射される上記ＴＭＧのガスのモル分率を示している。
【０００８】
図６に示すように、モル分率が約１．１×１０−４であるＴＭＧを配管から約０．３秒間供給し、約０．３秒間供給を停止する、というサイクルを繰り返した場合、噴射孔から噴射されるＴＭＧのガスの流量は、供給されるガスの流量に比べて立上りや立下りの追随が遅い。つまり薄膜の積層構造を形成するためには短時間に急峻な流量変化を生じさせる必要があるが、原料ガスを供給する上流側で流量を急峻な矩形パルス状となるように制御しても、当該原料ガスが噴射される下流側において流量の変化がパルス状のパターンを形成するように制御することが困難となる。これはたとえば上述した各特許文献に開示された成膜処理装置のバッファ室に導入するガスの流量を矩形パルス状に時間変化させた場合、当該ガスの一部がバッファ室内に貯留されることに起因する。したがってたとえば上記成膜処理装置を用いて薄膜の積層構造を形成するために、複数種類の原料ガスを時間的に交互に供給した場合には、最初にバッファ室内に導入されたガスと後にバッファ室内に導入されたガスとがバッファ室内に貯留されれば、両者がバッファ室内にて混合する可能性がある。両者がバッファ室内にて混合すれば、噴射孔から噴射されるガスも、形成しようとする積層構造を構成する、複数種類の薄膜を構成する材質が混合したガスとなる。このため、所望の複数種類の薄膜が積層された高品質な積層構造を形成することは困難となる可能性がある。
【０００９】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、複数種類のガスを時間的に交互に供給する各ガスの流量（モル分率）の時間変化を高精度に行なうことが可能な気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る気相成長装置は、処理対象物を保持する反応室と、上記反応室に反応ガスを供給するためのガス導入部とを備えている。上記ガス導入部は、ガス供給管と、上記ガス供給管と上記反応室とをつないで上記反応ガスを流通させるガス流路拡大部とを含んでいる。上記ガス流路拡大部は、上記ガス供給管から上記反応室まで、上記処理対象物の主表面に沿うとともに上記反応ガスの流通方向に交差する方向である平面方向での幅が、上記ガス供給管側から上記反応室側に向けて広がるように構成されている。上記ガス流路拡大部の上記平面方向の幅を規定する側壁では、上記ガス供給管から上記ガス流路拡大部へ導入される反応ガスの吐出方向に対する、上記側壁の傾斜角度のうち上記ガス供給管側に位置する部分の第１の傾斜角度が、上記側壁のうち上記反応室側に位置する部分の上記吐出方向に対する第２の傾斜角度より小さくなっている。
【００１１】
ガス流路拡大部の平面方向での広がり方が段階的（最初の広がり角は小さめ、後半の広がり角は大きめ）になっているので、ガス流路拡大部での渦の発生が抑制される（前半部において、広がり角が小さいので、ガス供給管から供給されたガスが側壁近傍で側壁表面に沿って流れる（側壁から流れが剥離して渦が発生することを抑制する））。その後、後半で広がり角を大きくすることで、反応室の幅にまでガスを広げる（ラインのガス流れ方向における長さが必要以上に長くなることを防止する）。その結果、装置の大型化を抑制しつつ、かつ渦の発生を抑制しながら平面方向へガスを広げ、結果的に均一な成膜を実現する。またガス流路拡大部の、最初の広がり方が小さめになっているため、ガス供給管とガス流路拡大部との境界部や、ガス流路拡大部の広がり角が小さい部分と広がり角が大きい部分との境界部において、流通する反応ガスがスムーズに流れる。このため、ガス供給管から反応室に供給する反応ガスの種類を急峻に切り替えることができ、反応室にて形成される、複数種類の薄膜の積層構造を高品質となるように形成することができる。
【００１２】
上述した本発明に係る気相成長装置においては、上記ガス流路拡大部における上記反応ガスの流れ方向での上記ガス流路拡大部の長さ（Ｌ）に対する、上記ガス流路拡大部における上記反応ガスの流れる部分の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が、０．００１３以上０．０１３以下となっていることが好ましい。このようにすれば、平面方向でのガスの流速分布をより確実に均一化できる。なお、ガスの流速の低下を抑制するためには０．０１以上０．０１３以下であることがより好ましい。
【００１３】
上述した本発明に係る気相成長装置においては、上記側壁の上記ガス供給管側に位置する部分の第１の傾斜角度は５°以上１６°以下であることが好ましい。このようにすれば、ガス流路拡大部の入口側での渦発生を確実に抑制できる。
【００１４】
上述した本発明に係る気相成長装置においては、ガス導入部が複数備えられ、複数のガス導入部のうち一のガス導入部のガス流路拡大部と他のガス導入部のガス流路拡大部とを区画する仕切り部を有しており、仕切り部のうち少なくとも反応ガスの流通方向に関する下流側の領域は、反応ガスの流通方向に関する上流側の領域よりも、厚さが小さくなるよう、仕切り部の厚さの方向（厚さ方向）に関する最上部の直線と最下部の直線とが、流通方向に対して傾斜した外周形状を有することが好ましい。
【００１５】
このように仕切り部のうち下流側において、その厚さが上流側の厚さよりも小さくなるテーパ形状を有することにより、仕切り部の端部（仕切り部のうち最も下流側の部分）の近傍において流通する反応ガスが渦を形成する可能性が低減される。したがって仕切り部のもっとも下流側の領域、つまりガス導入部（ガス流路拡大部）と反応室（反応ガス中継路）との境界部において反応ガスがスムーズに流れる。このため、ガス供給管から反応室に供給する反応ガスの種類を急峻に切り替えることができ、反応室にて形成される、複数種類の薄膜の積層構造を高品質となるように形成することができる。
【００１６】
上述した本発明に係る気相成長装置においては、仕切り部のうち厚さが０．０５ｍｍ以上の領域において、外周形状のうち流通方向と厚さ方向とがなす断面における、外周形状の厚さ方向の最上部の直線と最下部の直線とがなす角度が５０°以下である領域を有することが好ましい。このようにすれば、仕切り部の端部におけるテーパ形状が充分に尖った形状となる。このため仕切り部の端部、すなわちガス導入部と反応室（反応ガス中継路）との境界部において、反応室に供給される反応ガスの種類を急峻に切り替えることができ、反応室の内部に保持された基板上に、複数種類の薄膜の積層構造を高品質となるように形成することができる。なお上記の効果をより確実にするためには、上記の仕切り部のうち、反応ガスの流通方向に関するもっとも下流側の端部における厚さは０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。
【００１７】
以上に示す本発明の気相成長装置においては、反応ガスの流通量が４０ＳＬＭ以上６０ＳＬＭ以下であることが好ましい。このようにすれば、ガス供給室から反応室に流れる反応ガスの種類を切り替えた際に反応室内のガスが追随可能な切り替え速度を示す最大スイッチング周波数の値をより大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の気相成長装置は、ガス流路拡大部の平面方向での幅の広がり方が段階的になっているため、渦の発生を抑制し、反応室に供給するガスの種類を急峻に時間変化することができる。このため、薄膜の積層構造を形成するために複数種類の薄膜が積層された積層構造を形成する場合において、処理対象物である基板の主表面上に均一に、かつ高品質に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る気相成長装置の態様を示す概略断面図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】図２のガス導入部を構成する各領域における寸法や傾斜角度の関係を示す概略図である。
【図４】本発明に係る気相成長装置を用いて、供給量が矩形パルス状のパターンとなるように原料ガスを供給した場合の、出力側における当該原料ガスのモル分率の時間変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図５】図１の線分Ｖ−Ｖにおける概略断面図である。
【図６】従来の気相成長装置を用いて、供給量が矩形パルス状のパターンとなるように原料ガスを供給した場合の、出力側における当該原料ガスのモル分率の時間変化ををシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る気相成長装置の態様を示す概略断面図である。
【図８】図７の第２ガス流路拡大部のうち、反応ガスの流通方向に関する下流部の構成を拡大して示す概略断面図である。
【図９】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第１例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１０】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第２例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１１】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第３例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１２】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第４例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１３】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第５例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１４】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第１比較例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１５】図８の第２ガス流路拡大部の仕切り部の端部の第２比較例を、図８よりさらに拡大して示す概略断面図である。
【図１６】仕切り部の先端のなす角度と、第２ガス流路拡大部を流通する反応ガスの最大スイッチング周波数との関係を示すグラフである。
【図１７】第２ガス流路拡大部を流通する反応ガスを切り替えた際に、反応室の上流側において当該反応ガスの流量が１／１００になるのに要する時間を、仕切り部の先端のなす角度ごとに調べた結果を示すグラフである。
【図１８】第２ガス流路拡大部を流通する反応ガスを切り替えた際に、反応室の下流側において当該反応ガスの流量が１／１００になるのに要する時間を、仕切り部の先端のなす角度ごとに調べた結果を示すグラフである。
【図１９】第２ガス流路拡大部を２０ＳＬＭの流量で流通する反応ガスを切り替えた際の、反応室に載置された基板上における、当該反応ガスのモル分率の時間変化を示すグラフである。
【図２０】第２ガス流路拡大部を４０ＳＬＭの流量で流通する反応ガスを切り替えた際の、反応室に載置された基板上における、当該反応ガスのモル分率の時間変化を示すグラフである。
【図２１】第２ガス流路拡大部を６０ＳＬＭの流量で流通する反応ガスを切り替えた際の、反応室に載置された基板上における、当該反応ガスのモル分率の時間変化を示すグラフである。
【図２２】図２１の、経過時間が１６２０ミリ秒から１７００ミリ秒の領域のデータを拡大したグラフである。
【図２３】仕切り部の先端に傾斜する外周形状を有さない場合の、当該仕切り部の先端の厚さと渦無し最高流速との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る気相成長装置は、反応室５０とガス導入部とを備えている。反応室５０は、たとえば半導体素子を形成するために薄膜を形成する処理対象物である基板１５を内部に保持する領域である。またガス導入部は、反応室５０の内部に、成膜を行なうための原料ガス（反応ガス）を供給する領域である。たとえば図１の気相成長装置においては、成膜を行なう際に３種類の異なる反応ガスを反応室５０の内部に供給するために、ガス導入部が３台（３ルート）存在する。具体的には図１における上側から順に、ガス供給管１０、第１ガス流路拡大部１２、第２ガス流路拡大部１３からなるガス導入部１１、ガス供給管２０、第１ガス流路拡大部２２、第２ガス流路拡大部２３からなるガス導入部２１、およびガス供給管３０、第１ガス流路拡大部３２、第２ガス流路拡大部３３からなるガス導入部３１の３台である。
【００２２】
反応室５０の内部には、基板１５を保持するためのサセプタ５１と、サセプタ５１を回転可能に支持するための回転軸５３と、サセプタ５１およびサセプタ５１の一方の主表面上に載置された基板１５の表面近傍に供給された反応ガスを反応させるための加熱をするヒータ５５とが配置されている。
【００２３】
上述した複数のガス導入部１１、２１、３１は、たとえば当該気相成長装置を設置する設備の壁面３の背後（図１における右側）にガス供給管１０、２０、３０が埋れている。各ガス導入部の第２ガス流路拡大部のさらに下流側には、ガス導入部から反応室５０の内部へと反応ガスを導くための反応ガス中継路７が配置される。また反応室５０の内部から見て反応ガス中継路７と反対側（図１の左側）には、反応室５０の内部に存在する余剰のガスを排気するための排気ガス流路９が配置されている。ガス導入部１１、２１、３１は、たとえば石英あるいはクロム、鉄、ニッケル、ステンレス、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの金属により形成されたものであることが好ましい。このようにすれば、たとえば流通させようとするガスにより各ガス導入部が反応するなどのダメージを受けることなく、当該ガスをスムーズに流通させることができる。ただし、当該ガス導入部を流すガスとして腐食性ガスを用いる場合には、上述した各材質のうちアルミニウム以外の材質を用いることが好ましい。
【００２４】
図１においては、各ガス導入部のガス供給管１０、２０、３０、第１ガス流路拡大部１２、２２、３２、および第２ガス流路拡大部１３、２３、３３の一部の領域が、ガス導入部ケース１により覆われている。ガス導入部ケース１はたとえばボルトなどの固定用部材２により壁面３と固定されている。このようにして各ガス導入部が固定されている。しかし各ガス導入部を壁面３に固定する方法は上述した方法に限られず、一般周知の任意の方法を用いることができる。また図１においては、各第１ガス流路拡大部が第１ガス流路拡大部ケース４により覆われており、各第２ガス流路拡大部が第２ガス流路拡大部ケース５により覆われている。これらについても上述した構成に限られず、一般公知の任意の方法により各部材を収納することができる。さらに図１においては、第２ガス流路拡大部ケース５の一部の領域を覆いながら接続するように反応ガス中継路７が構成され、反応ガス中継路７と排気ガス流路９とが一部の領域において一体であるように描かれている。しかし両者は不連続であってもよい。
【００２５】
また図１においてガス導入部は３台存在するが、図２の断面図には一例としてガス導入部２１の、反応ガスの流通方向（図１の左右方向）に交差する方向である平面方向での断面図を示している。ガス導入部はガス供給管、第１ガス流路拡大部、第２ガス流路拡大部ともに図１の左右方向、すなわち反応室５０内の基板１５の主表面に沿った方向に延在している。なお図１においてガス導入部１１、３１は第１ガス流路拡大部１２、３２が図１の上下方向、すなわち反応室５０内の基板１５の主表面に交差する方向に屈曲している。これは３台のガス供給管が図１の上下方向に並列するように配置されているためである。したがってたとえば３台のガス供給管が図１の基板１５の主表面に沿った方向に並列するように配置されれば、第１ガス流路拡大部１２、３２を図１の上下方向に屈曲しない構成とすることができる。この場合は第１ガス流路拡大部１２、３２を、図１の紙面に垂直な奥行き方向に、並列するように配置することが好ましい。
【００２６】
次に当該気相成長装置を構成する各部分の動作について説明する。ガス供給管１０、２０、３０のさらに上流側に接続されるガス供給源（図１中では省略されている）からガス供給管１０、２０、３０に供給される、たとえばＩＩＩ族の原料からなる反応ガスやＶ族の原料からなる反応ガスは、図１の右側から左側へ、つまり第１ガス流路拡大部、第２ガス流路拡大部の順に流通してさらに反応ガス中継路７を経て反応室５０の内部に達する。また反応室５０の内部において成膜に用いられた後の余剰のガスや、反応室５０の内部での反応により発生した余剰のガスは、排気ガス流路９を流通して外部へ排出される。図２に示すように、ガス導入部のうち最も上流側のガス供給管２０は、延在する方向（反応ガスが流通する方向）に交差する断面に関する内側の壁面（ガス供給管側壁２４）の直径が示す幅（図２における上下方向の間隔）が、各領域においてほぼ一定である。つまり上記幅の大きさが広がったり狭まったりするなどの変化をしていない。
【００２７】
しかし図２に示すように、ガス導入部２１は、ガス供給管２０の下流側に位置する第１ガス流路拡大部２２において、延在する方向に交差する断面に関する内側の壁面（第１ガス流路拡大部側壁２５）の幅が、ガス供給管２０側から反応室５０側へ向けて広がるように構成される。言い換えれば、第１ガス流路拡大部側壁２５の幅とは、反応ガスの流通方向に交差する方向である平面方向での幅を意味する。第２ガス流路拡大部２３についても同様に、延在する方向に交差する断面に関する内側の壁面（第２ガス流路拡大部側壁２６）の幅が、ガス供給管２０側から反応室５０側へ向けて広がるように構成される。
【００２８】
このようにガス導入部２１の下流側において、上流側よりも側壁の幅を広くすれば、ガス導入部２１を流れる反応ガスは、側壁に沿って流れようとするため、上流側から下流側に向けて、反応ガスが流れる領域を、次第に広くすることができる。
【００２９】
ここで反応室５０の内部のサセプタ５１は図２の断面図に示すように主表面が円形をなしており、たとえば３枚の基板１５を載置することが可能な大きさを有している。サセプタ５１は、基板１５が載置される側の主表面と反対側の主表面（図１における下側）の中央部にて、反応室５０の内部に配置された回転軸５３と固定されている。このためサセプタ５１は、回転軸５３を軸として主表面に沿った平面内にて回転可能となっている。このように複数枚の基板１５が載置されたサセプタ５１をヒータ５５を用いて加熱した状態で、サセプタ５１（基板１５）の表面近傍に、各ガス導入部から吐出される反応ガスを供給する。すると当該反応ガスの吐出される領域の幅が、サセプタ５１の主表面の直径以上であれば、サセプタ５１の主表面全体の近傍に当該反応ガスを一時に供給することができる。このため図２に示すように、ガス導入部２１は上流側から下流側に向けて幅が広くなることが好ましい。そして第２ガス流路拡大部２３の最も下流側における第２ガス流路拡大部側壁２６の幅は、サセプタ５１の主表面の直径以上であることが好ましい。
【００３０】
上記のガス供給源から流路へと反応ガスを導くガス供給管２０の幅（ガス供給管側壁２４の幅）は一般にはサセプタ５１の主表面の直径に比べて非常に狭い。このためガス導入部２１にはガス供給管２０よりも反応ガスを流通する領域の幅を広げるためのガス流路拡大部を含んでいることが好ましい。
【００３１】
ここで、ガス導入部において、ガス流路拡大部の側壁が、ガス供給管２０における反応ガスの吐出方向（ガス供給管２０の延在する方向）に沿った方向に対して大きな傾斜角度を有すれば、ガス供給管２０と、上記大きな傾斜角度の側壁を有するガス流路拡大部との境界部の近傍において、流通する反応ガスに渦が発生する可能性がある。これは上述したように反応ガスはガス導入部２１の内部を概ね側壁に沿って流通するが、上記境界部のように流通する方向が大きく変化（屈曲）する領域が存在すれば、当該領域において反応ガスが流通方向の変化に追随できなくなるため、所望の方向（すなわちガス流路拡大部の側壁に沿った方向）に流通することが困難になる。このため上記境界部の近傍において、流通の渦が起こりやすくなる。
【００３２】
このため図３の、ガス導入部２１の各領域における側壁間の傾斜角度の関係を示す概略図に示すように、ガス導入部２１のガス流路拡大部は、傾斜角度の異なる２つの領域を含んでいることが好ましい。具体的には上述した第１ガス流路拡大部２２と第２ガス流路拡大部２３とである。図３に示すように、ガス供給管側壁２４の延在方向（図３の点線の延在方向）に対する第１ガス流路拡大部側壁２５の傾斜角度θ１は、ガス供給管側壁２４の延在方向に対する第２ガス流路拡大部側壁２６の傾斜角度θ２よりも小さくなっている。
【００３３】
このようにガス供給管側壁２４と第１ガス流路拡大部側壁２５とのなす傾斜角度θ１を比較的小さくすれば、ガス供給管側壁２４の延在方向に沿って流通していた反応ガスを、ガス供給管側壁２４と第１ガス流路拡大部側壁２５との境界部の近傍において側壁の延在する角度の変化に容易に追随させることができる。つまりガス供給管側壁２４と第１ガス流路拡大部側壁２５との境界部の近傍において反応ガスが渦などの乱流を発生することを抑制することができる。このため当該境界部の近傍において反応ガスの流量や流速の制御が不可能になったり、下流側に向けてスムーズに流通すべき反応ガスの一部が当該境界部の近傍に貯留するなどの不具合が発生することを抑制することができる。したがって、所望の流量、流速にて反応ガスを反応ガス中継路７から反応室５０の内部（基板１５の主表面近傍）へ供給することができる。また、たとえば複数の異なる種類の薄膜が積層された構造を形成するために反応室５０の内部へ供給する反応ガスの種類を時間変化させる場合においても、流通させるガスの種類や量をスムーズに切り替えることができる。
【００３４】
しかし傾斜角度θ１が小さい場合は、たとえばサセプタ５１の主表面の直径よりも広い幅Ｗ（図３参照）となるようにガス流路拡大部側壁を形成すれば、当該ガス流路拡大部側壁の、ガス供給管２０の延在する方向に関する長さＬ（図３参照）が非常に大きくなる。このため当該ガス流路拡大部側壁を備えるガス導入部の製作コストが高くなるなどの不具合が発生し、実用に供することが難しくなる。そこでガス流路拡大部は、ガス供給管２０（ガス供給管側壁２４）の延在する方向に対する傾斜角度が２段階に変化することが好ましい。つまり図２、図３を参照してガス流路拡大部は第１ガス流路拡大部２２の下流側に第２ガス流路拡大部２３を含むことが好ましい。ここで第２ガス流路拡大部側壁２６がガス供給管側壁２４の延在方向に対してなす傾斜角度θ２は上記θ１よりも大きい。
【００３５】
このようにすれば、ガス流路の側壁の幅を図３のＷとするために必要なガス流露拡大部側壁の長さＬを短くし、当該設備の製作コストを低減することができる。これは第２ガス流路拡大部２３の、ガス供給管２０の延在する方向に関する長さＬ２（図３参照）を短くすることにより、Ｌ１（第１ガス流路拡大部２２の、ガス供給管２０の延在する方向に関する長さ。図３参照）とＬ２との和であるＬを短くすることができるためである。
【００３６】
なお、上記傾斜角度がθ１（θ１＜θ２）である第１ガス流路拡大部２２を設けず、傾斜角度がθ２であるガス流路拡大部をガス供給管２０と連続するように形成すれば、上述したようにガス供給管側壁２４と上記ガス流路拡大部の側壁とがなす傾斜角度θ２が大きいため、ガス供給管２０と当該ガス流路拡大部との境界部近傍において渦が発生する可能性がある。図２、図３のように側壁の傾斜角度を段階的に変化させて、傾斜角度が異なる隣接する側壁間のなす角度を小さくすることにより、供給される反応ガスに渦が発生することを抑制することができるとともに、当該ガス導入部の製作コストを削減することができる。
【００３７】
つまり、上述した整流性を向上させる効果を高めるためには、上記傾斜角度θ１の値は１６°以下であることが好ましい。θ１の値が１６°を超えると、上述した渦が発生する可能性が高くなる。ただしθ１の値が５°を下回ると、図３のＬ１が非常に長くなり、設備の製作コストが高くなる可能性がある。このため上記傾斜角度θ１の値は５°以上１６°以下であることがより好ましい。
【００３８】
図４のグラフは上述した図６のグラフと同様に、横軸は経過時間（秒）を、縦軸は原料ガスとして用いたＴＭＧ（トリメチルガリウム：ガリウムの有機金属化合物）の流量をモル分率で示している。図４中の実線１００は、原料ガスとしてのＴＭＧを供給する配管中を流通するガスの流量を、また図４中の点線２００は、上記配管を流通し、ガス導入部２１の最も下流部（後述する図５の断面図が示す箇所）から反応ガス中継路７に向けて噴射される上記ＴＭＧのガスの流量をモル分率で示している。さらに図４中の一点鎖線３００は、点線２００のデータを算出した箇所よりも、反応ガス中継路７の延在する方向に関して３０ｍｍ下流側の箇所における、点線２００と同様のＴＭＧのガスの流量をモル分率で示している。図４の点線２００および一点鎖線３００は、図６の点線２００と比較してガスの流量の入力値を示す矩形パルス形状の実線１００に近い形状を有している。つまり当該各領域におけるガスの流量（モル分率）の時間変化が、ガス供給源からのガスの供給量の時間変化により追随した結果となっていることがわかる。これは上述したように、側壁の屈曲する領域の近傍においても反応ガスが貯留せずにスムーズに流れる構成を有しているため、下流側においても上流側にて入力したガスの流量の時間変化に近いガス流量の時間変化の波形を示すことによる。このため反応室５０内部の、基板１５が載置された領域の近傍に供給される反応ガスの供給量の時間変化も、反応ガスの供給量の時間変化により近い態様を示すこととなる。したがって本実施の形態に係る気相成長装置を用いれば、たとえばＩＩＩ族のガスを一定時間供給した後に急峻にＩＩＩ族のガスの供給を止め、Ｖ族のガスを供給する場合において、Ｖ族のガスを供給する際にガス導入部の内部に貯留したＩＩＩ族のガスが吐出され、Ｖ族のガス中に混入し、形成される薄膜の品質を低下させるなどの不具合が発生することを抑制することができる。つまり本実施の形態に係る気相成長装置を用いれば、短い時間ごとに急峻に各種のガスの流量を切り替えながら、異なる材質からなる複数の薄膜の積層構造を形成する処理をより高精度に行なうことができる。
【００３９】
なお、本実施の形態のガス流路拡大部において、上記ガス流路拡大部全体の長さＬ（図３参照）に対する、ガス流路拡大部における反応ガスの流れる部分の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）は０．０１３以下であることが好ましい。具体的には、図５に示す、ガス導入部２１の最も下流部における断面図が示す、反応ガスの流通する方向および幅Ｗ（Ｗ１）方向の両方に交差する高さ方向に関する、第２ガス流路拡大部２３の高さＨの、図３に示す長さＬに対する比率Ｈ／Ｌが０．０１３以下であることが好ましい。ただしＨの値が非常に小さいと、当該領域を流れるガスの流量（流速）が低下する可能性がある。このため上記比率Ｈ／Ｌは０．００１３以上０．０１３以下であることがより好ましい。仮に第２ガス流路拡大部１３、２３、３３のいずれもが同一の高さＨを有する場合には、図５における高さＨ１＝３Ｈとなる。また図５における幅Ｗ１は、第２ガス流路拡大部１３、２３、３３の最も下流部における幅Ｗに、第２ガス流路拡大部ケース５および反応ガス中継路７の厚さを加えたものである。
【００４０】
Ｈ／Ｌが上述した数値範囲内となるように極力Ｈの値を小さくすれば、ガス供給源からガス導入管に供給された反応ガスは、ガス導入部の内部をより均一に流通することができる。これはＨの値が小さければ当該反応ガスが図５におけるＨの方向（上下方向）に拡散されることが抑制されるためである。またＨの値が小さければ、たとえば図５におけるＷの方向（左右方向）の中央付近を過剰気味に流通する反応ガスの一部が、ガス導入部のＨの方向に関する側壁と干渉することにより、上記Ｗの方向の両端側に拡散するためである。このようにして、図５のＷの方向に関する各領域を流通する当該反応ガスの流量の偏差を小さくすることができる。
【００４１】
以上において、特に図２、図３を用いたガス流路拡大部の説明においては、ガス導入部２１を一例として説明した。しかしガス導入部１１、３１においてもガス導入部２１と同様の態様を有するため、ガス導入部２１と同様の動作や作用効果を有する。
【００４２】
なお、たとえば第２ガス流路拡大部１３、２３、３３のいずれかに、流量が時間変化せず一定であるアルゴンや窒素などのパージガスを流す場合は、図５の断面図が示すガス導入部（第２ガス流路拡大部）の最も下流部において、流量が時間変化する反応ガスと混合するために、反応ガスの流量の制御が困難となるなどの問題が発生することを考慮する必要はない。これは、当該パージガスは反応ガスを所望の領域へ流通させる機能を有するためである。つまり当該パージガスが反応ガスと混合しても、当該反応ガスが一部の領域に貯留する結果、流通する方向や流量に影響を与え、渦を発生させることはない。
【００４３】
（実施の形態２）
図７に示すように、本発明の実施の形態２に係る気相成長装置は、実施の形態１に係る気相成長装置（図１参照）と大筋で同様の態様を備えている。しかし本実施の形態に係る気相成長装置は、第２ガス流路拡大部１３、２３、３３の構成において異なっている。以下、本実施の形態について説明する。
【００４４】
本実施の形態の気相成長装置は、複数（３台）の第２ガス流路拡大部１３、２３、３３のそれぞれを区画する部分である仕切り部６０、７０が、板状に配置されている。つまり仕切り部６０を境界として第２ガス流路拡大部１３と第２ガス流路拡大部２３とが分離されており、仕切り部７０を境界として第２ガス流路拡大部２３と第２ガス流路拡大部３３とが分離されている。なお図７中の線分Ｖ−Ｖにおける概略断面図は図５と同様であり、図７中の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図は図２と同様である。
【００４５】
たとえば第２ガス流路拡大部ケース５の内部において、第２ガス流路拡大部が一体として形成され、第１ガス流路拡大部１２、２２、３２と第２ガス流路拡大部との境界部から第２ガス流路拡大部の内部に延在するように仕切り部６０、７０が形成されていてもよい。あるいはガス導入部１１、２１、３１のそれぞれがガス供給管１０、２０、３０と第１ガス流路拡大部１２、２２、３２と第２ガス流路拡大部１３、２３、３３とから構成され、第２ガス流路拡大部１３と第２ガス流路拡大部２３との接触する部分（外周部）を合わせて仕切り部６０とし、第２ガス流路拡大部２３と第２ガス流路拡大部３３との接触する部分（外周部）を合わせて仕切り部７０とする構成であってもよい。
【００４６】
つまり仕切り部６０、７０が上記のいずれの態様を有するにせよ、仕切り部６０、７０はガス導入部１１、２１、３１と同様の材質、すなわちたとえば石英あるいはクロム、鉄、ニッケル、ステンレス、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの金属により形成されたものであることが好ましい。
【００４７】
図８を参照して、仕切り部６０および仕切り部７０は、反応ガスの流通方向（図８の右側から左側へ向かう方向）に関する下流側の領域において、図８の断面図における最外周をなす直線が傾斜している。具体的には、図９に示すように、仕切り部６０のうち反応ガスの下流側の端部６１の最外周は、端部６１の厚さ（図８の上下方向の厚さ）方向に関する最上部の直線６３と最下部の直線６３とが、反応ガスの流通方向（図８の左右方向）に対して一定の角度で傾斜した構成を有している。つまり仕切り部６０の最外周は、図９の変曲点６２よりも上流側においては、反応ガスの流通方向にほぼ平行に延びるが、変曲点６２において屈曲し、変曲点６２よりも下流側においては、最上部の直線６３と最下部の直線６３との距離（つまり仕切り部６０の厚さ）が減少するように延在する。そして最上部の直線６３と最下部の直線６３とが図９の断面図においてなす角度はθであり、最上部の直線６３と最下部の直線６３とが互いに尖った先端をなすように交差している。
【００４８】
なお、図９の第１例においては、端部６１の最上部の直線６３と最下部の直線６３とが角度θで交わり、図９の断面図における先端が尖った形状となっている。しかし図１０の第２例に示すように、端部６１の先端の断面図が円弧状をなす形状であってもよい。図１０の仕切り部６０の端部６１は、図９の仕切り部６０の端部６１に対して、先端の断面が円弧状をなすように円くなっている点においてのみ異なっている。つまり変曲点６４より下流側（先端側）においては、図１０の断面図において直線ではなく円弧状をなす態様を有している。
【００４９】
このようにすれば、テーパ状となった直線６３により、仕切り部６０により区画される第２ガス流路拡大部１３および第２ガス流路拡大部２３を流れる反応ガスが渦を形成してスムーズな流通を妨げることを抑制することができる。すなわち本実施の形態の気相成長装置は、平面視においてガス流路が２段階に広がる形状を有し、かつ厚さ方向において先端部のガス流路が傾斜を有して広がる形状を有する。このことから、反応ガスのスムーズな流通をさらに確実に提供することができ、流通する反応ガスの種類を急峻に変化し、異なる材質の薄膜が複数積層された積層構造をより高品質に形成することができる。
【００５０】
ここで、上記の本気相成長装置の効果をより高めるためには、図９〜図１０の仕切り部６０の端部６１のうち、厚さｔが０．０５ｍｍ以上の領域において、最上部の直線６３と最下部の直線６３とがなす角度θが５０°以下である領域を有することが好ましい。具体的には図１１の第３例を参照して、たとえば仕切り部６０の変曲点６２よりも端部６１側（先端側）に、最上部の直線６３と最下部の直線６３とのなす角度θが５０°以下となる構成を有していることが好ましい。ただし最上部の直線６３と最下部の直線６３との距離である厚さｔが０．０５ｍｍとなる変曲点６５よりも先端側においては、最上部の直線と最下部の直線とがなす角度がθ3（＞θ）であり、θ3が５０°を超える角度となっていてもよい。つまり最外周のなす直線が２つの変曲点を有する構成であってもよい。
【００５１】
なお仕切り部６０を工業的に妥当なコストで加工するためには、角度θの値は０．１°以上であることが好ましい。したがってθの値は、０．１°以上５０°以下であることが好ましい。
【００５２】
また図１２の第４例に示すように、端部６１の先端の断面図が円弧状をなす形状であってもよい。具体的には図１２の仕切り部６０の端部６１は、図１１の仕切り部６０の端部６１に対して、先端の断面が円弧状をなすように円くなっている点においてのみ異なっている。つまり変曲点６６より下流側（先端側）においては、図１２の断面図において直線ではなく円弧状をなす態様を有している。
【００５３】
ただし図１３に示すように、最上部（最下部）の直線６３が傾斜して角度θで交差する仕切り部６０の端部６１のうちもっとも下流側の領域の厚さｔは０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。このようにすれば、第２ガス流路拡大部１３、２３を流れる反応ガスが渦を形成することなく流通することが可能な最高流通速度を高めることができる。
【００５４】
したがって、たとえば図１４の第１比較例を参照して、図１１〜図１３に示す厚さｔ（０．０５ｍｍ）を超える厚さｔ1の領域が最先端となっている仕切り部６０は、たとえ変曲点６２より下流側の端部６１において、最上部の直線６３と最下部の直線６３とが５０°以下の角度θをなしているとしても、最先端の領域の近傍にて反応ガスの流れの渦６７が発生する可能性がある。このため第２ガス流路拡大部１３、２３を流通する反応ガスの流速を下げるなど、当該流速を精密に制御する必要が生じる。
【００５５】
また図１５の第２比較例を参照して、従来の気相成長装置における仕切り部６０は、端部に傾斜が形成されていない。したがって最先端（もっとも下流側）の部分がなす角度θは１８０°であると考えることができる。この場合においては、当該仕切り部６０の厚さｔはほぼ一定の値となり、第２ガス流路拡大部１３、２３を流通する反応ガスに渦が発生し、急峻なガスの切り替えが困難となる可能性がある。しかし厚さｔの値をたとえば０．０５ｍｍ未満にすれば、仕切り部６０の最先端の近傍において反応ガスに渦が発生する可能性を低減することができる。したがってたとえば図９〜図１３に示す、傾斜形状を有する仕切り部６０と同様に、急峻なガスの切り替えを容易にし、高品質な薄膜の積層構造を容易に形成することが可能となる。
【００５６】
なお仕切り部６０を工業的に妥当なコストでかつ妥当な強度を持たせて加工するためには、上記図１５の仕切り部の厚さの値は０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。したがってθが１８０°の場合、仕切り部の厚みは０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。
【００５７】
以上の図９〜図１５においては、いずれも仕切り部６０の端部６１についてのみ説明しているが、図８の仕切り部７０の端部７１についても、端部６１と同様に図９〜図１３の各態様をとることができる。
【００５８】
以下において、上記内容を説明するデータ（シミュレーション結果）について述べる。図１６のグラフの横軸は、本実施の形態の気相成長装置（図７参照）の仕切り部６０、７０の端部６１において、最上部の直線６３と最下部の直線６３とがなす角度θ（図９参照）を示している。また図１６のグラフの縦軸は、第２ガス流路拡大部１３、２３を流通する反応ガスの最大スイッチング周波数（第２ガス流路拡大部１３、２３を流通する反応ガスの種類を１秒間に切り替えて追随させることが可能な回数）を示している。
【００５９】
なお図１６のグラフが示すシミュレーションにおいては、仕切り部６０、７０の端部６１、７１以外（端部６１、７１よりも上流側の、厚さがほぼ一定の領域）における厚さが１ｍｍであり、第２ガス流路拡大部１３、２３の高さＨ（図５参照）は１ｍｍである気相成長装置を想定している。また第２ガス流路拡大部１３の、反応ガスの流路に沿う方向に延在する長さは１４０ｍｍであり、仕切り部６０、７０は図９に示すように端部６１の先端が尖ったものとしている。
【００６０】
ここで仕切り部６０、７０の端部６１における角度θおよび、第２ガス流路拡大部１３、２３を流れる反応ガスの単位時間当たりの流量を変化させて、当該反応ガスの種類を切り替えたときに反応室５０の上流部において流通する反応ガスの種類が１秒間に追随可能な回数を算出した。具体的には、まず反応室５０の上流部において、反応ガスの種類の切り替え後、切り替え前に流れていた反応ガスの濃度が、切り替え前の１／１００以下に下がるまでの時間を切り替えの最小の時間とした。また上記切り替えの最小の時間ごとに反応ガスの種類の切り替えを繰り返す場合の、単位時間当たりに切り替えることが可能な最大の回数を最大スイッチング周波数とした。そして端部６１の角度θに対する最大スイッチング周波数の変化を、反応ガスの流量ごとに調査した。具体的には端部６１の角度θが１８０°、９０°、５０°、２５°、１２°および６°の場合について調査した。最大スイッチング周波数より高い周波数でガスを切り替える場合には、２種のガスが反応室内で混合し、切り替えの効果が失われる。最大スイッチング周波数が高いほど、多様な切り替え速度でガスを急峻に切り替えることが可能になり、より効果的なスイッチングが可能となる。
【００６１】
その結果、図１６に示すように、端部６１の先端の角度θの大きさにかかわらず、第２ガス流路拡大部１３、２３を流れる反応ガスの流量が２０ＳＬＭの場合において、最大スイッチング周波数はもっとも低くなっている。そして反応ガスの流量が４０ＳＬＭの場合は、２０ＳＬＭの場合より最大スイッチング周波数が高くなり、先端角度θが２５°以上において、もっとも最大スイッチング周波数が高くなった。しかし先端角度θが１２°および６°の場合には反応ガスの流量が６０ＳＬＭの場合、当該流量が４０ＳＬＭの場合より最大スイッチング周波数が大きくなった。また反応ガスの流量にかかわらず、先端角度θが５０°以下になれば、先端角度θが９０°以上の場合に比べて最大スイッチング周波数が大きくなっている。
【００６２】
このことから、反応ガスの流量を４０ＳＬＭ以上６０ＳＬＭ以下とし、仕切り部６０の端部６１の先端角度θを５０°以下とすることにより、最大スイッチング周波数を大きくすることができることがわかる。最大スイッチング周波数が大きいということは、急峻な反応ガスの種類の変化に反応室５０の内部が容易に追随され、高品質な薄膜の積層構造を形成することができることを意味する。これは先端角度θを小さくし、端部６１の先端を尖らせることにより、端部６１の近傍における反応ガスの渦の発生を抑制し、反応ガスの流量の時間変化をより高精度に制御することができると考えられる。
【００６３】
図１７および図１８のグラフの横軸は、図１６と同様に、本実施の形態の気相成長装置（図７参照）の仕切り部６０、７０の端部６１において、最上部の直線６３と最下部の直線６３とがなす角度θ（図９参照）を示している。また図１７および図１８のグラフの縦軸は、第２ガス流路拡大部１３、２３を流れる反応ガスの種類を変更したり、当該反応ガスの流通を停止したときに、反応室５０の上流部（下流部）において、反応ガスの濃度が１／１００になるまでの時間（到達時間（ミリ秒））を示している。つまり当該到達時間が短いほど、反応ガス変更に対する反応室５０の追随が早いことを意味する。また図１７および図１８に関するその他の各条件は、図１６のデータを抽出した条件と同様である。
【００６４】
図１７および図１８より、先端角度θにかかわらず、流量が２０ＳＬＭの場合には到達時間が長くなっている。これに対し、流量が４０ＳＬＭおよび６０ＳＬＭの場合においては、特に先端角度θを５０°以下にすれば、到達時間が短くなっていることがわかる。以上より、図１６と同様に、反応ガスの流量を４０ＳＬＭ以上６０ＳＬＭ以下とし、仕切り部６０の端部６１の先端角度θを５０°以下とすることが、反応ガスの流量の時間変化を高精度に制御する上でより好ましいことがわかる。
【００６５】
次に、以上に述べる気相成長装置のガス供給管１０、２０、３０から反応室５０に供給される反応ガスの種類を切り替えたり、ガス供給管１０、２０、３０を流通する反応ガスの流れを停止したときの、反応室５０の内部に載置された基板１５上の当該反応ガスの濃度の時間変化を調査した結果を図１９〜図２２に示す。図１９〜図２２のグラフに示すデータは、図１６〜図１８のデータを導出した気相成長装置と同一の気相成長装置を用いて導出したものである。また気相成長装置のガス供給管１０、２０、３０間を区画する仕切り部６０、７０の先端部の形状は図９と同様である。
【００６６】
図１９〜図２２のグラフの横軸は、ガス供給管１０、２０、３０から供給される反応ガス（たとえばＴＭＧ）をたとえば停止したり、ガスの種類を切り替えたりした時刻からの経過時間を示している。そして図１９〜図２２のグラフの縦軸は、反応室５０のサセプタ５１に載置された基板１５の表面における、横軸の時刻０までガス供給管１０、２０、３０を流れていた反応ガスの濃度（モル分率）を示している。
【００６７】
図１９〜図２２においては、仕切り部６０、７０の端部６１における最上部の直線６３と最下部の直線６３（図９参照）とのなす角度θを、先端角として示している。たとえば図１９および図２０においては、仕切り部６０の先端角が１８０°から２５°まで変化しても、基板１５上のガス濃度の時間変化はほとんど変化しない。しかし図２１に示すように、反応ガスの流量が６０ＳＬＭとなれば、特に１５００ミリ秒から１７００ミリ秒の間における基板１５上のガス濃度の時間変化が、仕切り部６０、７０の先端角に応じて変化することがわかる。
【００６８】
より具体的には、図２２を参照して、特に１６５０ミリ秒から１６７０ミリ秒の間において、先端角が１８０°や９０°の場合に比べ、先端角が２５°、１２°、６°の場合には濃度の低下が速くなっていることがわかる。図２２が示す、およそ１６５０ミリ秒から１６７０ミリ秒において、基板１５上の反応ガスのモル分率が時刻０（定常状態）における基板１５上の反応ガスのモル分率の約１／１００となっている。
【００６９】
このことから、先端角を小さくし、端部６１の先端を尖らせることにより、端部６１の近傍における反応ガスの渦の発生を抑制し、反応ガスの流量の時間変化をより高精度に（より急峻に時間変化するように）制御することができると考えられる。
【００７０】
一方、図２３には、仕切り部６０、７０の端部６１に傾斜した外周形状を有さず、たとえば図１５と同様にθが１８０°である仕切り部６０を想定して、仕切り部６０の厚さが変化したときに、第２ガス流路拡大部１３、２３、３３を流通した反応ガスが渦を形成することなく反応室５０へ向けて流出することが可能な最高流速をシミュレーションした結果を示している。すなわち図２３のグラフの横軸は、θが１８０°である（断面図における傾斜した外周形状を有さない）仕切り部６０、７０の最も先端における厚さを、最先端の厚さとして示している。また図２３のグラフの縦軸は、反応ガスが仕切り部６０、７０の先端近傍で渦を発生することなく、またガスの混合を起こしたりすることなく下流側（反応室５０側）へ向けて流通することが可能な最高流速を、渦無し最高流速として示している。なおここでは、最先端の厚さが２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．１ｍｍおよび０．０５ｍｍのそれぞれの場合を想定して算出した。
【００７１】
図２３の結果より、仕切り部６０、７０が傾斜した外周形状を有さない場合においては、仕切り部６０、７０の厚さを０．０５ｍｍ（５０μｍ）以下とすることが好ましいといえる。このようにすれば、渦を発生したりガスを混合したりすることなく、反応ガスを１０ｍ／ｓ近い流速にすることができるためである。具体的には、最先端の厚さが２ｍｍの場合の渦無し最高流速は０．０７３ｍ／ｓ、最先端の厚さが０．５ｍｍの場合の渦無し最高流速は０．２０５ｍ／ｓ、最先端の厚さが０．１ｍｍの場合の渦無し最高流速は３．０３１ｍ／ｓ、最先端の厚さが０．０５ｍｍの場合の渦無し最高流速は８．３ｍ／ｓとなった。
【００７２】
以上のように本発明の各実施の形態について説明を行なったが、今回開示した各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。たとえば図２や図３に示すように、本実施の形態の気相成長装置におけるガス流路拡大部は傾斜角度の異なる２つの領域（第１ガス流路拡大部および第２ガス流路拡大部）を含んでいる。しかしたとえば傾斜角度の異なる３つ以上の領域を含んだガス流路拡大部を形成してもよい。またはガス供給管の下流側に、幅が漸次広くなるように傾斜角度が漸次増加し、ガス流路拡大部側壁が曲線形状をなすガス流路拡大部が形成されたガス導入部を備える気相成長装置としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、流量の時間変化を高精度に制御することにより、複数種類の薄膜が積層された高品質な積層構造を形成する技術として、特に優れている。
【符号の説明】
【００７４】
１  ガス導入部ケース、２  固定用部材、３  壁面、４  第１ガス流路拡大部ケース、５  第２ガス流路拡大部ケース、７  反応ガス中継路、９  排気ガス流路、１０，２０，３０  ガス供給管、１１，２１，３１  ガス導入部、１２，２２，３２  第１ガス流路拡大部、１３，２３，３３  第２ガス流路拡大部、１５  基板、２４  ガス供給管側壁、２５  第１ガス流路拡大部側壁、２６  第２ガス流路拡大部側壁、５０  反応室、５１  サセプタ、５３  回転軸、５５  ヒータ、６０，７０  仕切り部、６１，７１  端部、６２，６４，６５，６６  変曲点、６３  直線、６７  渦、１００  実線、２００  点線、３００  一点鎖線。
【図１】
2011071490.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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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