(57)【要約】【課題】横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉を有する半導体の製造装置において、混合された原料ガスが基板の表面上にほぼ平行となるように供給できるようにする。【解決手段】内部反応管１０２の上流側には、Ｖ族源を含む原料ガスを導入する下層導入路１０２ａと、ＩＩＩ　族源を含む原料ガスを導入する中層導入路１０２ｂと、サブフローガスを導入する上層導入路１０２ｃとが設けられている。内部反応管１０２には、原料ガスを混合すると共に混合されたガスの流通断面積を小さくするガス絞り部１０２ｄがサセプタ１２０の上流側に設けられている。ガス絞り部１０２ｄは、第２の仕切板１０４の高さをガスの下流に向かって小さくした傾斜部１０４ａを設けることにより形成されている。第２の仕切板１０４のガス絞り部１０２ｄとサセプタ１２０と間の部分は、ウエハ１１０の表面に対してほぼ平行となるように設けられている。【選択図】　　　　図１
2004063555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、水素化合物からなる第１の原料ガスと有機金属化合物からなる第２の原料ガスとを基板面にほぼ平行に且つ層状に導入する共に、サブフローガスを前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスの上側に基板面にほぼ平行に且つ層状に導入することにより、前記基板の上に半導体を製造する半導体の製造装置であって、
前記第１の原料ガスを導入する第１の導入路と、前記第２の原料ガスを流通する第２の導入路と、前記サブフローガスを導入する第３の導入路と、
前記第１の導入路と前記第２の導入路とを前記基板よりも上流で開口して、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合された混合ガスを生成すると共に、その上部が前記混合ガスの下流に向かって低くなるように設けられたガス絞り部とを備え、
前記ガス絞り部と前記基板との間における前記混合ガスの導入路は、基板面にほぼ平行となるように設けられていることを特徴とする半導体の製造装置。
【請求項２】
前記第３の導入路は、前記第２の導入路の上面に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体の製造装置。
【請求項３】
前記第１の導入路、第２の導入路及び第３の導入路は、下側から順次設けられており、
前記第１の導入路における前記ガス絞り部側の端部には、下側に向かって屈曲する屈曲部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体の製造装置。
【請求項４】
前記屈曲部は、前記ガス絞り部における傾斜した天井部分の下流側に向かって接近するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体の製造装置。
【請求項５】
前記屈曲部における下流側の端部は、前記混合ガスの導入路の上部との高さが一致するように設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体の製造装置。
【請求項６】
前記屈曲部における下流側の端部には、基板面とほぼ平行な平行部が設けられていることを特徴とする請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体の製造装置。
【請求項７】
前記ガス絞り部のうち前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとが混合する近傍における前記第２の導入路の断面積は、前記第１の導入路の断面積の２０％以下であることを特徴とする請求項４〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体の製造装置。
【請求項８】
前記水素化合物は窒素を含み、前記有機金属化合物はＩＩＩ　族元素を含み、前記半導体はＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の半導体の製造装置。
【請求項９】
基板の上に、水素化合物からなる第１の原料ガスと有機金属化合物からなる第２の原料ガスとを基板面にほぼ平行に且つ層状に導入する共に、サブフローガスを前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスの上側に基板面にほぼ平行に且つ層状に導入し、前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとを前記基板側で混合して混合ガスを生成することにより、前記基板の上に半導体を製造する半導体の製造方法であって、
前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとが混合する近傍部分の圧力は、前記第２の原料ガスの上流部分の圧力も小さいことを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記水素化合物は窒素を含み、前記有機金属化合物はＩＩＩ　族元素を含み、前記半導体はＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であることを特徴とする請求項９に記載の半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブフローガスを第１の原料ガス及びの原料ガスの上側に、基板面にほぼ平行で且つ層状に導入することにより半導体を製造する半導体の製造装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ　族元素とＶ族元素とからなる化合物半導体は、バンドギャップが比較的に大きい、すなわちワイドギャップの直接遷移型半導体であり、可視光から紫外光にわたる発光材料として最も有望視されている。
【０００３】
そこで、これら光半導体デバイスの材料である窒化ガリウム（ＧａＮ）及びそれを主成分とするＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を結晶学的に高品位に成長する優れた半導体の製造方法が求められている。なかでも、有機金属気相堆積法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法は、産業レベルで実現できる有力な結晶成長方法として各方面で研究開発が進められている。
【０００４】
以下、基板面に対して平行に原料ガスを導入する、従来のいわゆる横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図８は特開平１１−３５４４５６号に記載された従来の横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉の模式的な断面図である。
【０００６】
図８に示すように、原料ガス導入ノズル１１の導入側は、Ｖ族源を含む原料ガスを導入する第１の導入層１１ａ、ＩＩＩ　族源を含む原料ガスを導入する第２の導入層１１ｂ、及び水素、窒素又はアルゴン等の不活性ガスからなるサブフローガスを導入する第３の導入層１１ｃの３層に仕切られている。
【０００７】
さらに、原料ガス導入ノズル１１は、基板１３を保持するサセプタ１４の上方部分をガスの下流側に向かって下方に絞り込むガス絞り部１１ｄを有している。
【０００８】
このガス絞り部１１ｄによって、第１の導入層１１ａ及び第２の導入層１１ｂを流通する各原料ガスが合流して混合する混合部分において、第３の導入層１１ｃから導入されるサブフローガスを基板１３の上方に誘導している。
【０００９】
さらに、第２の導入層１１ｂと第３の導入層１１ｃとの境界壁の基板１３側の端部には、下方へのガス移動制御手段としての下方に屈曲する屈曲部１２が設けられている。これらガス絞り部１１ｄ及び屈曲部１２によって、基板１３の上方におけるガス流の高さをできる限り低く抑えることにより、混合ガスの熱対流の不安定さを抑制している。これにより、混合ガス中に発生する渦流が抑えられるため、混合ガスが基板面に対してほぼ平行に流れるようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉は、原料ガス導入ノズル１１におけるサセプタ１４の上方に、比較的に容積が大きいガス絞り部１１ｄが形成されているため、特にサセプタ１４の上流側付近において熱対流の不安定さによる渦流が発生したり、混合された原料ガスが基板１３の表面近傍に十分に供給されず、ガス絞り部１１ｄの内面に堆積物が付着したりする。すなわち、従来の横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉において、混合された原料ガスは、実際には、基板１３の表面上に該表面と平行となるようには供給できていないという問題がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題を解決し、横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉を有する半導体の製造装置において、混合された原料ガスが基板の表面上にほぼ平行となるように供給できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体の製造装置を、原料ガスを混合し且つ混合ガスの流れを制御するガス絞り部を基板よりも上流に設け、さらに混合ガスの導入路を基板面にほぼ平行となるように設ける構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る半導体の製造装置は、基板の上に、水素化合物からなる第１の原料ガスと有機金属化合物からなる第２の原料ガスとを基板面にほぼ平行に且つ層状に導入する共に、サブフローガスを第１の原料ガス及び第２の原料ガスの上側に基板面にほぼ平行に且つ層状に導入することにより、基板の上に半導体を製造する半導体の製造装置を対象とし、第１の原料ガスを導入する第１の導入路と、第２の原料ガスを流通する第２の導入路と、サブフローガスを導入する第３の導入路と、第１の導入路と第２の導入路とを基板よりも上流で開口して、第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合された混合ガスを生成すると共に、その上部が混合ガスの下流に向かって低くなるように設けられたガス絞り部とを備え、ガス絞り部と基板との間における混合ガスの導入路は、基板面にほぼ平行となるように設けられている。
【００１４】
本発明の半導体の製造装置によると、ガス絞り部と基板との間における混合ガスの導入路が基板面にほぼ平行となるように設けられているため、第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合してなる混合ガスは、サブフローガスの押圧効果により、基板の表面の近傍にまで、基板面に平行に且つ滑らかに供給されるようになる。その結果、基板上には結晶学的に極めて高品位な半導体を成膜することができる。
【００１５】
本発明の半導体の製造装置において、第３の導入路は、第２の導入路の上面に沿うように形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体の製造装置において、第１の導入路、第２の導入路及び第３の導入路は下側から順次設けられており、第１の導入路におけるガス絞り部側の端部には、下側に向かって屈曲する屈曲部が設けられていることが好ましい。
【００１７】
ところで、水素化合物からなる第１の原料ガスと、有機金属化合物からなる第２の原料ガスとを熱反応させて化合物半導体を成膜する場合には、一般に、水素化合物の有機金属化合物に対する供給モル比は約１００００倍にもなる。従って、本発明のように、供給モル比が大きい水素化合物からなる第１の原料ガスを最も下側の第１の導入路から導入すると、該第１の原料ガスがガス絞り部の傾斜した天井部に当たりにくくなるので、供給モル比が小さい第２の原料ガスの流通を妨げることがない。
【００１８】
この場合に、屈曲部はガス絞り部における傾斜した天井部分の下流側に向かって接近するように設けられていることが好ましい。
【００１９】
また、この場合に、屈曲部における下流側の端部は、混合ガスの導入路の上部との高さが一致するように設けられていることが好ましい。
【００２０】
また、この場合に、屈曲部における下流側の端部には、基板面とほぼ平行な平行部が設けられていることが好ましい。
【００２１】
また、この場合に、ガス絞り部のうち第１の原料ガスと第２の原料ガスとが混合する近傍における第２の導入路の断面積は、第１の導入路の断面積の２０％以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明の半導体の製造装置において、水素化合物は窒素を含み、有機金属化合物はＩＩＩ　族元素を含み、半導体はＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る半導体の製造方法は、基板の上に、水素化合物からなる第１の原料ガスと有機金属化合物からなる第２の原料ガスとを基板面にほぼ平行に且つ層状に導入する共に、サブフローガスを第１の原料ガス及び第２の原料ガスの上側に基板面にほぼ平行に且つ層状に導入し、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを基板側で混合して混合ガスを生成することにより、基板の上に半導体を製造する半導体の製造方法を対象とし、第１の原料ガスと第２の原料ガスとが混合する近傍部分の圧力は、第２の原料ガスの上流部分の圧力も小さい。
【００２４】
前述したように、有機金属化合物からなる第２の原料ガスの水素化合物からなる第１の原料ガスに対するモル供給比は極めて小さいため、原料ガスが混合される領域において、第１の原料ガスが比較的に高い流量であることにより、第２の原料ガスに滞留が生じやすくなる。しかしながら、本発明の半導体の製造方法によると、第２の原料ガスにおける混合ガスの近傍部分の圧力が第２の原料ガスの上流部分の圧力よりも小さくなるため、ベルヌーイの定理により、第２の原料ガスにおける混合ガスの近傍部分の流速は大きくなるので、第２の原料ガスの滞留を防止することができる。その結果、第１及の原料ガスび第２の原料ガスが混合してなる混合ガスは、基板の表面の近傍にまで該表面に平行に供給されるようになり、基板上には結晶学的に極めて高品位な半導体を成膜することができる
本発明の半導体の製造方法において、水素化合物は窒素を含み、有機金属化合物はＩＩＩ　族元素を含み、半導体はＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体であることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造装置であって、横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉の模式的な断面構成を示している。
【００２７】
図１に示すように、第１の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ａは、共に石英ガラスからなり、外部反応管１０１と該外部反応管１０１の内部に設けられた内部反応管１０２とから構成されている。
【００２８】
内部反応管１０２の上流側には、第１の仕切板１０３により仕切られ、Ｖ族源である例えばアンモニア（ＮＨ３　）を含む第１の原料ガスを導入する下層導入路１０２ａと、第２の仕切板１０４により仕切られ、ＩＩＩ　族源である例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を含む第２の原料ガスを導入する中層導入路１０２ｂと、窒素（Ｎ２　）、水素（Ｈ２　）又はアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスからなるサブフローガスを導入する上層導入路１０２ｃとが設けられている。
【００２９】
内部反応管１０２の下流側には、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなり、その上面に、例えばサファイアからなるウエハ（基板）１１０を保持するサセプタ１２０が、内部反応管１０２の下部を外側に広げた拡張部にはめ込まれている。
【００３０】
また、外部反応管１０１の外側におけるサセプタ１２０を覆う部分には、サセプタ１２０、すなわちウエハ１１０を加熱するＲＦコイル１３０が取り付けられている。
【００３１】
第１の実施形態の特徴として、内部反応管１０２には、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを混合して混合ガスを生成し且つ生成された混合ガスの流通断面積を小さくするガス絞り部１０２ｄが、サセプタ１２０の上流側に設けられている。
【００３２】
ガス絞り部１０２ｄは、内部反応管１０２の上部及び第２の仕切板１０４の高さをガスの下流に向かって小さくされた傾斜部１０４ａを設けることにより形成されている。
【００３３】
さらに、内部反応管１０２及び第２の仕切板１０４におけるガス絞り部１０２ｄとサセプタ１２０と間の部分は、いずれもウエハ１１０の表面に対してほぼ平行となるように設けられている。
【００３４】
この構成により、ガス絞り部１０２ｄにおいて混合された第１の原料ガス及び第２の原料ガスを含む混合ガスは、サブフローガスの押圧効果により、ウエハ１１０の表面の近傍にまで、ウエハ表面に対してほぼ平行に且つ滑らかに供給されるようになる。その結果、ウエハ１１０の主面上には、結晶性に優れた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体を成長により形成することができる。
【００３５】
なお、ここでは、窒化ガリウム半導体の成長条件として、下層導入路１０２ａからはアンモニアガスを約６ｍ／ｓの流速で導入し、中層導入路１０２ｂからはＴＭＧと該ＴＭＧを希釈する水素ガスとを約４ｍ／ｓの流速で導入し、上層導入路１０２ｃからは１対１の割合で混合された窒素ガスと水素ガスとを約６ｍ／ｓの流速で導入している。
【００３６】
また、混合された原料ガス及びサブフローガスの平均の流速は、サセプタ１２０上においてほぼ０．６ｍ／ｓとなるように設定されており、サセプタ１２０上の圧力は約０．５ａｔｍとなるように設定されている。
【００３７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
第２の実施形態は、第１の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ａに対して、さらに高品位な半導体を得られる構成を有している。
【００３９】
本願発明者らは、第１の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ａの構成に対して種々の検討を行なった結果、以下のような改良点を見出している。
【００４０】
まず、図１に示したガス絞り部１０２ｄを拡大した図２を用いて第１の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ａのガス絞り部１０２ｄにおける混合ガスの圧力分布を調査した。
【００４１】
一般に、横型ＭＯＣＶＤ結晶炉を用いてＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体をウエハ上に結晶成長により成膜する場合には、ＩＩＩ　族源である例えばＴＭＧの供給量と比べて、Ｖ族源であるアンモニアの供給量を格段に大きくする必要がある。例えば、アンモニアのＴＭＧに対するモル供給比（Ｖ／ＩＩＩ　比）は１００００にもなる。このため、アンモニアガスの流量は、ＩＩＩ　族源を含むガスの流量と比べて大きい。
【００４２】
従って、図２に示すように、流量が大きい、すなわち流速が大きい流線２００で示すアンモニアガスが第２の仕切板１０４の傾斜部１０４ａと衝突して、アンモニアガスの流速が極めて小さくなるため、ベルヌーイの定理に従い、この衝突部分の近傍に周囲よりも圧力が高い高圧領域２０１が局所的に発生し、その結果、矢印に示す方向に局所的に圧力が増大する。
【００４３】
このため、中層導入路１０２ｂを流通する、アンモニアガスと比べて流速が小さいＴＭＧを含むガスは、高圧領域２０１によって押し返されるので、ガス絞り部１０２ｄの高圧領域２０１の上流側に渦流発生領域２０２が定常的に形成されるようになり、その結果、渦流発生領域２０２において比較的に大きな渦流が発生する。
【００４４】
渦流発生領域２０２は、ウエハ１１０に向かう混合ガスのガス流を乱すと共に、一の原料ガスから他の原料ガスへと切り替えるような場合には、一の原料ガスが切り替えられた後にも、しばらくの間渦流中に滞留するため、成長中の半導体結晶における原子レベルでの膜の制御を困難にする。その上、この渦流発生領域２０２は、気相反応による中間生成物の滞留をももたらし、しばしば傾斜部１０４ａの内側に中間生成物が堆積して、堆積した中間生成物がガス流の乱れを助長する。
【００４５】
そこで、第２の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉は、ガス絞り部１０２ｄにおいて下層導入路１０２ａを流通するアンモニアガスによる高圧領域２０１の生成を抑制して、中層導入路１０２ｂに該中層導入路１０２ｂを流通するＴＭＧを含むガスによる渦流発生領域２０２が発生しないようにする。
【００４６】
図３は本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造装置であって、横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉の模式的な断面構成を示している。図３において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
図３に示すように、第２の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ｂは、内部反応管１０２を構成する第１の仕切板１０３におけるガス絞り部１０２ｄ側の端部に、第２の仕切板１０４の傾斜部１０４ａとほぼ平行に屈曲する屈曲部１０３ａが設けられている。屈曲部１０３ａのサセプタ１２０側の端部の高さは、第２の仕切板１０４のサセプタ１２０側の端部とほぼ同等である。
【００４８】
図４のガス絞り部１０２ｄを拡大した拡大図に示すように、第２の実施形態においても、下層導入路１０２ａを流通するアンモニアガスによる高圧領域２０１は小さくはなるものの完全には消滅せず、その結果、中層導入路１０２ｂを流通するＴＭＧを含むガスによる渦流発生領域２０２も幾分発生する。
【００４９】
第１の実施形態と同様の成長条件で成膜を行なったところ、径が約５．１ｃｍ（＝２インチ）のウエハ１１０の面内における速度分布、温度分布及び成長膜厚分布は、それぞれに２．０％、２．０％及び１．８％程度の変動が生じることを確認している。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５１】
第３の実施形態は、第２の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ｂに対して、さらに高品位な半導体を得られる構成を有している。
【００５２】
図５は本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造装置であって、横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉の模式的な断面構成を示している。図５において、図３に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００５３】
図５に示すように、第３の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ｃは、内部反応管１０２を構成する第１の仕切板１０３におけるサセプタ１２０側の端部に、第２の仕切板１０４の傾斜部１０４ａの傾斜よりも小さくすることにより、その端部が傾斜部１０４ａの下流側に接近するように屈曲する屈曲部１０３ｂが設けられている。ここでも、屈曲部１０３ｂのサセプタ１２０側の端部の高さは、第２の仕切板１０４のサセプタ１２０側の端部とほぼ同等である。
【００５４】
この構成により、ガス絞り部１０２ｄは、第２の仕切板１０４の傾斜部１０４ａと屈曲部１０３ｂとの隙間が小さくなるため、図４に示したガスの高圧領域２０１が消滅する。その上、この隙間部分においては、ＴＭＧを含むガスの流速が大きくなるため、逆に周囲よりも圧力が低い低圧領域が生成されるので、中層導入路１０２ｂのガス絞り部１０２ｄにおいてはＴＭＧを含むガスに渦流が生じない。
【００５５】
第２の実施形態と同一の条件で測定を行なった結果、ウエハ１１０の面内における速度分布、温度分布及び成長膜厚分布は、それぞれに１．３％、１．２％及び１．１％程度の変動に収まり、いずれもほぼ一様な空間分布を実現できることを確認している。
【００５６】
なお、ガス絞り部１０２ｄのうち、第１の原料ガスと第２の原料ガスとが混合する近傍における中層導入路１０２ｂの断面積は、下層導入路１０２ａの断面積の２０％程度以下とすることが好ましい。
【００５７】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５８】
第４の実施形態は、第３の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ｃに対して、さらに高品位な半導体を得られる構成を有している。
【００５９】
図６は本発明の第４の実施形態に係る半導体の製造装置であって、横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉の模式的な断面構成を示している。図６において、図５に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６０】
図６に示すように、第４の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ｄは、第１の仕切板１０３におけるサセプタ１２０側の端部に設けた、傾斜部１０４ａとの隙間が漸減する屈曲部１０３ｂのさらに先端に、ウエハ１１０の主面に対してほぼ平行に延びる平行部１０３ｃが設けられている。ここでは、平行部１０３ｃの高さは、第２の仕切板１０４のサセプタ１２０側の端部とほぼ同等である。
【００６１】
このように、第４の実施形態に係る横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉１００Ｄは、第２の仕切板１０４の傾斜部１０４ａに接近するように第１の仕切板１０３に設けた屈曲部１０３ｂのさらに先端に、ウエハ１１０の主面に対してほぼ平行に延びる平行部１０３ｃを設けている。これにより、図７のガス絞り部１０２ｄを拡大した拡大図に示すように、下層導入路１０２ａを流通するアンモニアガスの流線２００は傾斜部１０４ａと実質的に衝突しないため、ガス絞り部１０２ｄにおいてガスの圧力が増大せず、従って高圧領域が形成されない。その結果、中層導入路１０２ｂを通ってガス絞り部１０２ｄに流通するＴＭＧを含むガス流には渦が発生しなくなる。
【００６２】
また、傾斜部１０４ａと平行部１０３ｃとの隙間は十分に小さいため、中層導入路１０２ｂを流通するＴＭＧを含むガスの流速は比較的に小さくても、この隙間部分においては流速が増大する。その結果、隙間部分におけるガスの圧力は中層導入路１０２ｂの上流側と比べて低くなり、この圧力低下効果によって、中層導入路１０２ｂを流通する原料ガスは、より速やかに下流に引き出される。
【００６３】
以上説明したように、第４の実施形態によると、ガス絞り部１０２ｄにおいて、中層導入路１０２ｂを流通する原料ガス（ＴＭＧ）に滞留や、ガス流に乱れをもたらす渦流の発生を防止することができる。
【００６４】
第１の実施形態と同様の成長条件で成膜を行なったところ、径が約５．１ｃｍのウエハ１１０の面内における速度分布、温度分布及び成長膜厚分布は、それぞれに、最大で１．０％、１．０％及び０．７６％程度の変動しか生じず、各空間分布はほぼ一様となることを確認している。また、ガス絞り部１０２ｄ及びその近傍には中間生成物の堆積物もほとんど観測されていない。
【００６５】
また、約５μｍの厚さに成長させた窒化ガリウムからなる半導体膜に対して、Ｘ線回折による測定を行なったところ、そのロッキングカーブの半値幅は、成長した半導体膜の全面にわたって約４ｍｉｎである。
【００６６】
さらに、フォトルミネセンス（ＰＬ）測定を行なったところ、室温において強いバンド端発光があることを確認している。
【００６７】
なお、第２の実施形態においても、第１の仕切板１０３のサセプタ１２０側の端部に設けた屈曲部１０３ａにも、第４の実施形態と同様に平行部１０３ｃを設けても良い。
【００６８】
なお、第１〜第４の各実施形態においては、有機金属化合物ガスにＴＭＧを用い、水素化合物ガスにアンモニアを用いて、窒化ガリウムからなる化合物半導体を成膜したが、本発明は、有機金属化合物ガスに、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）又はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を含むガスを添加して、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を成膜する場合にも有効である。
【００６９】
さらに、本発明は、水素化合物ガスのアンモニアの代わりに、アルシン（ＡｓＨ３　）又はホスフィン（ＰＨ３　）を用いて、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）又はリン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＰ）を成膜する場合にも有効である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明に係る半導体の製造装置及びその製造方法によると、第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合してなる混合ガスは、基板の表面の近傍にまで該表面に平行に且つ滑らかに供給されるようになるため、基板上には結晶学的に極めて高品位な半導体を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造装置を示す模式的な構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造装置における内部反応管の要部を示す構成断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造装置を示す模式的な構成断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造装置における内部反応管の要部を示す構成断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造装置を示す模式的な構成断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体の製造装置を示す模式的な構成断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る半導体の製造装置における内部反応管の要部を示す構成断面図である。
【図８】従来の横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉を示す模式的な構成断面図である。
【符号の説明】
１００Ａ　　横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉
１００Ｂ　　横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉
１００Ｃ　　横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉
１００Ｄ　　横型ＭＯＣＶＤ結晶成長炉
１０１　　　外部反応管１０１
１０２　　　内部反応管
１０２ａ　　下層導入路（第１の導入路）
１０２ｂ　　中層導入路（第２の導入路）
１０２ｃ　　上層導入路（第３の導入路）
１０２ｄ　　ガス絞り部
１０３　　　第１の仕切板
１０３ａ　　屈曲部
１０３ｂ　　屈曲部
１０３ｃ　　平行部
１０４　　　第２の仕切板
１０４ａ　　傾斜部
１１０　　　ウエハ（基板）
１２０　　　サセプタ
１３０　　　ＲＦコイル
２００　　　流線
２０１　　　高圧領域
２０２　　　渦発生領域
【図１】
2004063555.tif 000003
【図２】
2004063555.tif 000004
【図３】
2004063555.tif 000005
【図４】
2004063555.tif 000006
【図５】
2004063555.tif 000007
【図６】
2004063555.tif 000008
【図７】
2004063555.tif 000009
【図８】
2004063555.tif 000010