(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス供給装置と、該原料ガス供給装置からの原料ガスを受け取り有機金属熱分解法により複数の半導体基板に薄膜結晶層を形成するための反応装置とを備えて成る半導体製造装置において、
前記複数の半導体基板は前記反応装置内に設けられたサセプタに略縦に取り付けられ、
前記原料ガス供給装置から受け取った原料ガスを前記複数の半導体基板の表面に供給するため前記反応装置内には中空円環状部材を有する導入部材が設けられており、
前記中該中空円環状部材には、前記原料ガス供給装置からの原料ガスを前記中空円環状部材の周方向に案内するための中空案内路と、該周方向と略直角な方向であって前記複数の半導体基板の各表面に沿う方向に前記原料ガスを該中空案内路から吹き出させるため該周方向に沿って間隔をあけて配設された複数の開口部とが設けられており、
前記複数の開口部からの前記原料ガスが前記複数の前記基板の各表面に沿って流れ、かつ前記複数の半導体基板が前記複数の開口部からの原料ガス流によって浸されるようになっていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記開口部が貫通孔の形態で設けられている請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記複数の開口部のそれぞれから吹き出した原料ガスにより形成されるガス流が前記半導体基板上で均一化されるような間隔で前記複数の開口部が設けられている請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の半導体製造装置のうちのいずれか１つの半導体製造装置により化合物半導体を製造することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機金属熱分解法によって半導体基板上に単結晶薄膜層を形成するのに好適な半導体製造装置及びこれを用いた化合物半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の化合物半導体装置の製造に用いる半導体薄膜結晶ウェーハを得るため、有機金属を熱分解させることにより基板上に所要の単結晶薄膜層を連続的にエピタキシャル成長させる有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）が広く採用されている。この方法による従来の半導体製造装置は、ＭＯＣＶＤ反応炉内に原料ガスを１箇所の供給口から供給するのが一般的であった。この従来方法によると、供給口から反応炉内に載置された成膜すべき基板へ原料ガスを導く過程において、原料ガスを十分に均一な流速及び原料濃度を有する層流とするために、原料ガスを反応炉内の基板より上流部で比較的長い距離を通過させる構成となっている。
【０００３】
一方、原料の供給口と基板との距離を短くするため、面状の多孔板を供給口としてこれと向かい合わせに基板を載置する構造の反応炉も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の構成によると、原料ガスを均一な流速で所要の濃度を有する層流とするために、原料ガスを高温となっている反応炉の壁に接するようにして比較的長い距離に亘って通過させなければならず、これにより受ける熱のために原料の前分解が生じて結晶純度が低下したり、原料効率が低下してしまうなどの問題点を有していた。
【０００５】
また、原料ガスは反応炉に適宜に設けられた１箇所の導入口から反応炉内に供給されるので、このようにして導入された原料ガスはその流路の不均一性の影響によって片流れを起こしやすく、エピタキシャル気相成長法によって半導体基板上に形成されるエピタキシャル結晶層の膜厚が不均一となるなどの問題も生じている。そして、面状の多孔板を供給口とする形式のものでは面内での原料供給量を調整することがほとんどできず、成長膜厚を充分均一にすることが困難であった。
【０００６】
例えば、ＬＥＤ素子の製造に用いる半導体薄膜結晶ウェーハの場合、各エピタキシャル結晶層の膜厚を均一にすることが、これを用いて製造されたＬＥＤ素子の発光波長及び強度特性のばらつきを抑えるのに必要であるが、このような成長膜厚の不均一性のために、半導体薄膜結晶ウェーハ全体に亘って特性の揃ったＬＥＤ素子を形成することは難しく、したがって、出来上がったＬＥＤ素子の特性をチェックして目的別に選り分けるなどの工程が必要となり、コスト上昇の原因ともなっている。
【０００７】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる半導体製造装置及び化合物半導体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく原料ガスの供給方式について種々の実験を行い鋭意検討を行った結果、原料供給について工夫を施し、従来とは異なる原料供給方式を用いることにより上記問題が解決されることを見い出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、化合物半導体をＭＯＣＶＤ法を用いて製造するための半導体製造装置において、外部から供給される原料ガスを反応装置内に設けられている半導体基板表面に向けて導入するための導入部材を中空の部材とし、該中空部材内での原料ガスの流れ案内方向とは略直角の方向に均一な量の原料ガスが該中空部材から吹き出すように構成し、半導体基板がこのようにして導入部材から吹き出される均一な量の原料ガス流に浸るようにしたものである。
【００１０】
請求項１の発明によれば、原料ガス供給装置と、該原料ガス供給装置からの原料ガスを受け取り有機金属熱分解法により複数の半導体基板に薄膜結晶層を形成するための反応装置とを備えて成る半導体製造装置において、前記複数の半導体基板は前記反応装置内に設けられたサセプタに略縦に取り付けられ、前記原料ガス供給装置から受け取った原料ガスを前記複数の半導体基板の表面に供給するため前記反応装置内には中空円環状部材を有する導入部材が設けられており、前記中該中空円環状部材には、前記原料ガス供給装置からの原料ガスを前記中空円環状部材の周方向に案内するための中空案内路と、該周方向と略直角な方向であって前記複数の半導体基板の各表面に沿う方向に前記原料ガスを該中空案内路から吹き出させるため該周方向に沿って間隔をあけて配設された複数の開口部とが設けられており、前記複数の開口部からの前記原料ガスが前記複数の前記基板の各表面に沿って流れ、かつ前記複数の半導体基板が前記複数の開口部からの原料ガス流によって浸されるようになっていることを特徴とする半導体製造装置が提案される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記開口部が貫通孔の形態で設けられている半導体製造装置が提案される。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、前記複数の開口部のそれぞれから吹き出した原料ガスにより形成されるガス流が前記半導体基板上で均一化されるような間隔で前記複数の開口部が設けられている半導体製造装置が提案される。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至３記載の半導体製造装置のうちのいずれか１つの半導体製造装置により化合物半導体を製造することを特徴とする化合物半導体の製造方法が提案される。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
導入部材を用いることにより、棒状又は円環状の如き適宜の中空の部材に設けたガス吹出口である開口部より原料ガスを半導体基板に供給することができ、これらの開口部から供給されるガス流に浸るように半導体基板を載置させて結晶成長させることで均一性の高い結晶成長が可能となる。導入部材は冷却手段により容易に冷却することが可能である。これにより、従来の装置では不可能であった結晶成長部位付近まで、原料ガス供給口を近づけることができることとなるため、原料ガスを温度制御して従来より新鮮な状態で結晶成長部位へ到達させることができ、結晶純度の向上及び原料効率の向上が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明による半導体製造装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。半導体製造装置１は、例えばＩｎＧａＡｌＮの如きＧａＮ系の３−５族化合物半導体ウェーハあるいはＧａＡｓ系の３−５族化合物半導体ウェーハ等、適宜の化合物半導体ウェーハを製造するための装置であり、反応装置２と、該反応装置２に原料ガスを供給するための原料ガス供給装置３とを備えている。
【００２７】
反応装置２は、石英管等から成る本体２１内に基板Ｓをセットしておくためのサセプタ２２が設けられて成り、本体２１内に設けられた高周波誘導加熱コイルあるいは赤外線ランプ等のサセプタ加熱設備２３によってサセプタ２２を加熱し、サセプタ２２にセットされた基板Ｓを所要の温度となるように加熱することができる構成となっている。
【００２８】
原料ガス供給装置３は、反応装置２によって基板Ｓ上に所要の単結晶薄膜層をＭＯＣＶＤ法により形成するために必要な原料ガスを反応装置２に供給するための公知の構成の装置であり、原料ガス供給装置３からの原料ガスは、原料供給ライン３１を介して、原料ガスを受け取るため本体２１に設けられた導入口２４へと送給されている。
【００２９】
このようにして導入口２４へ送られてきた原料ガスを基板Ｓの表面上に単位長さあたり均一な量で供給するため、本体２１内には導入口２４に連結されている導入部材４が設けられており、導入部材４からの原料ガスは本体２１内においてＹ方向に流され、使用済みの原料ガスは反応装置２から排気ガス処理装置５へ送られて処理され、その排出口５Ａから大気中に排出される。
【００３０】
図２及び図３を参照して、導入部材４について詳細に説明する。導入部材４は、棒状の中空部材として構成された本体４１を備え、本体４１内は本体４１の長手方向に延設された隔壁体４２、４３によって３つに区割され、上部冷却液通路４４、下部冷却液通路４５、及び中空案内路である原料ガス案内路４６が形成されている。
【００３１】
符号４７で示されるのは、導入口２４からの原料ガスを本体４１にまで導くための一端４７Ａが本体４１の原料ガス案内路４６と連通するように本体４１に接続されているパイプ部材であり、パイプ部材４７の他端４７Ｂは導入口２４に連絡されている。したがって、導入口２４から本体２１内に供給された原料ガスはパイプ部材４７を通って本体４１内の原料ガス案内路４６内に導かれる。
【００３２】
このようにして原料ガス案内路４６内に導かれた原料ガスを導入部材４の本体４１から基板Ｓに向けて均一に吹き出させることができるよう、本体４１の前面壁４１Ａには原料ガス案内路４６を外部と連通させる多数の開口部４８が本体４１の軸方向（矢印Ｘ方向）に沿って周期的に設けられている。本実施の形態では、開口部４８は断面円形の微細な貫通孔として一定間隔に形成されており、本体４１の原料ガス案内路４６に上述の如くして供給された原料ガスは原料ガス案内路４６内でＸ方向に沿って流れるように案内され、各開口部４８からＸ方向とは直角方向のＹ方向に向けて吹き出して基板Ｓに供給されることになる。開口部４８の個数及び配設間隔は、開口部４８のそれぞれから吹き出る原料ガスにより得られることになる基板Ｓの成膜のための供給原料ガスが、基板Ｓに対してＸ方向の単位長さあたりに均一な量となるよう定められている。この結果、基板Ｓは導入部材４の開口部４８から吹き出される均一な原料ガス流に浸ることができるようになっている。
【００３３】
そして、上部冷却液通路４４及び下部冷却液通路４５には、図示しない冷却液供給装置から冷却液が循環的に供給され、これにより本体４１の温度を制御する冷却装置が構成されている。この構成により、原料ガス案内路４６内の原料ガスがサセプタ加熱設備２３からの熱により高温となり、原料ガスが前分解するなどの不具合が生じるのを有効に防止できる構成となっている。
【００３４】
半導体製造装置１は以上のように構成されているので、原料ガス供給装置３からの原料ガスは、導入部材４によって基板Ｓ表面にＸ方向の単位長さあたり均一な量を供給でき、したがって、基板Ｓはこの均一な原料ガス流に浸ることとなり、基板Ｓの表面において均一性の高い結晶成長が可能となる。また、導入部材４は水冷液を用いてそこに導入される原料ガスを冷却することが可能な構成であるから、原料ガスが導入口２４から開口部４８までの移動中に前分解することがないような温度に冷却制御できる。この結果、原料ガスを従来に比べてより新鮮な状態で基板Ｓ上の結晶成長部位へ導入することができるので、基板Ｓ上に形成される結晶純度を著しく改善できる上に、原料効率も著しく向上させることができる。
【００３５】
熱分解された使用済みの原料ガスは、本体２１の排出口２５から排出ライン６を通って排気ガス処理装置５に送られる。
【００３６】
上述した本実施の形態では、原料ガスのガス吹出口となる開口部４８を微細な貫通孔の如き孔としているが、開口部４８の形状はこの形状に限定されるものではない。貫通孔以外の具体的な形状としては、間隔が十分狭いスリット状のものが挙げられる。開口部４８の形状を貫通孔の如き孔の形状とする場合、貫通孔の大きさ、間隔、方向等を本体４１より供給される原料ガスの流れの均一性を調整するパラメータとして選ぶことができることになる。
【００３７】
また貫通孔の相対的な配置としては上記Ｘ方向に１列に配置する方法以外にも、２列あるいはそれ以上の多数列として配置する構成とすることもできる。
【００３８】
図４には、原料ガスの吹出口となる開口部４８’がスリット状となっている場合の導入部材４の変形例が示されている。この構成の場合、開口部４８’のスリット幅Ｗを上記Ｘ方向に対して均一とする必要はなく、開口部４８’のスリット幅ＷをＸ方向の位置での関数とし、これを適切に設定することで、本体４１より供給される原料ガスの流れを均一にすることができる。またスリットは１本である必要はなく、２本あるいはそれ以上のスリットを設けてもよい。
【００３９】
ガス吹出口となる開口部の形状を貫通孔又はスリットいずれの形態にした場合であっても、開口部４８、４８’の断面形状としては、内部より外部に向かって次第に広がる形状のもの、逆に内部から外部に向かって次第に小さくなるもの、あるいは内部から外部まで一定の幅のもの、さらには内部と外部の間を膨らませたもの、逆に内部と外部は広く途中は小さくしたものなどの形状のものを用いることができる。また、貫通孔状の開口部４８とスリット状の開口部４８’とを併せて設けて吹出口として機能を持たせるようにしてもよい。
【００４０】
開口部４８を貫通孔によって形成する場合、その開口部の形状は円形、三角形、四角形等任意の形状とすることができるが、円形である場合、精度よく貫通孔を形成することができるので好適である。貫通孔の径寸法は、原料ガスの粘度などの性質、供給量等を考慮して決めることができる。具体的な貫通孔の径寸法としては、原料ガス、流量にも依存するが、円形の貫通孔を例に挙げると、内径としては０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。貫通孔の内径が０．０１ｍｍより小さい場合、十分な加工精度を得ることができない。一方、貫通孔の内径が５ｍｍより大きいと貫通孔より供給される原料ガスの流れのＸ方向の均一性が得られにくい。このような条件を考慮すると、より好ましい貫通孔の内径寸法は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【００４１】
一方、ガス吹出口をスリット状の開口部４８’として形成する場合、スリット幅Ｗは、原料ガスの粘度などの性質、供給量等を考慮して決めることができる。具体的なスリット幅Ｗとしては、原料ガス、流量にも依存するが、０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。スリット幅Ｗが０．０１ｍｍより小さい場合、十分な加工精度を得ることができない。一方、スリット幅Ｗが５ｍｍより大きいと本体４１より供給される原料ガスの流れのＸ方向の均一性が得られにくい。このような条件を考慮すると、より好ましいスリット幅Ｗは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【００４２】
上記の例は、原料ガスが導入部から反応炉へ１度のみ開口部を通過して供給される場合であるが、導入部材内部にさらに開口部を設け、原料ガスが２回以上開口部を通過して反応炉内に導かれる構造としてもよい。原料ガスが複数回開口部を通過する構造により、より均一な原料ガスの流れを得やすくなる。
【００４３】
以上、ガス吹出口の構成について種々の形態を説明したが、いずれの形態であっても、原料ガスを吹き出すための開口部４８，４８’の形成方法としては、レーザ切削、超音波切削、電子ビーム切削、ドリル切削など公知の方法を用いることができる。開口部形成後、電解研磨、機械化学的研磨等により、開口部４８，４８’の加工面を滑らかにすれば、原料ガス中への不純物の放出、原料ガスと開口部４８，４８’の各壁面との反応等の影響を抑制することができ、加工面の円滑化を図ることが望ましい。
【００４４】
また、原料によっては互いに反応を起こすものがあるため、この場合には各原料を混合しないでなるべく基板Ｓの近くまで導入することが望ましい。導入部材４を用いた場合には、各原料に対して個別の原料導入部材を設置することが容易に可能であるから、容易に原料の混合を避けながら、基板の直近まで原料ガスを導くことができる。この結果、本発明による効果を生かした半導体製造装置を構成できる。
【００４５】
図５には、本発明の他の実施の形態が示されている。図５に示される半導体製造装置１’は、反応装置７の構成が図１に示した半導体製造装置１の反応装置２と異なっているのみで、他の構成は同じであるから、図５には反応装置７のみを示し、その他の構成は図示するのを省略してある。
【００４６】
反応装置７は、本体７１内に設けられたサセプタ７３に基板Ｓを略縦に取り付ける縦型の形態のものである。本体７１は２重壁構造となっており、その下部に設けられた冷却水供給口７１Ａから供給された冷却水が本体７１の外表面全体を冷却し、本体７１の上部に設けられた冷却水排出口７１Ｂから排出される水冷式の構成となっている。なお、図５では基板Ｓは、サセプタ７２に等間隔で複数枚取り付けた場合の例が示されている。
【００４７】
本体７１の導入口７１Ｃには、原料ガス供給装置３から原料供給ライン３１を介して送られてくる原料ガスを本体７１内に導入してエピタキシャル結晶層の形成のために基板Ｓの表面にサセプタ７２の周方向に対して単位長さあたり均一な量で供給するための導入部材８が連結されている。
【００４８】
図６に詳細に示されるように、導入部材８は、中空で円環状の本体８１と、導入口７１Ｃに導かれてきた原料ガスを本体８１に導くためのパイプ部材８２とから成っている。パイプ部材８２は角形パイプを用いて構成されており、入口端８２Ａは導入口７１Ｃに連絡され、出口側は９０度間隔で４分岐されており４つの出口端８２Ｂ〜８２Ｅを備えている。これらの出口端８２Ｂ〜８２Ｅは本体８１の後部円環壁８１Ａにおいてパイプ部材８２内に形成されており原料ガスをＸ方向に沿って案内するための中空案内路である環状の空間（図示せず）に連通するように連結されている。したがって、導入口７１Ｃから本体８１内に導入された原料ガスは、パイプ部材８２によって本体８１の周方向に沿って９０度間隔の位置で本体８１内に導入される。
【００４９】
なお、パイプ部材８２の形状は角形である必要はなく、適切な断面形状のものを適宜選択して用いることができる。また出口端の数は４である必要はなく、適切な数の出口端を適宜選択して導入口本体８１に接続することができる。さらに、図１及び図５に示した各実施の形態においては、導入部材４、８は対応する反応装置２、７と別に作製したものであるが、導入部材４、８を対応する反応装置２、７の外部筐体の一部として一体化した構成とすることもできる。
【００５０】
このようにして本体８１内に導かれた原料ガスを本体８１から基板Ｓに向けて均一に吹き出させることができるよう、本体８１の前部円環壁８１Ｂには、本体８１の内部の環状の空間内の原料ガスを外部にＸ方向とは直角のＹ方向に沿って流出させるための多数の開口部８３が本体８１の軸方向（矢印Ｘ方向）に沿って貫通孔の形態で周期的に設けられている。本実施の形態では、開口部８３は断面円形の微細な孔として一定間隔に形成されており、本体８１内に上述の如くして供給された原料ガスはパイプ部材８２内の円環状空間によって案内されてその周方向（Ｘ方向）に沿って流れ、各開口部８３からは原料ガスが基板Ｓの表面に沿って下方向（Ｙ方向）に向けて流れることになる。すなわち、本体８１内における原料ガスの流れ方向（Ｘ方向）とは略直角の方向（Ｙ方向）に原料ガスが本体８１から送り出されることになる。
【００５１】
開口部８３は微細な孔であり、前部円環壁８１Ｂの周方向に沿って略等間隔に設けられている。開口部８３の個数及び配設間隔は、開口部８３のそれぞれから吹き出る原料ガスにより得られることになる複数の基板Ｓの成膜のための供給原料ガスが、いずれの基板Ｓに対しても本体８１の周方向の単位長さあたりに均一な量となるよう定められている。なお、複数の基板Ｓは本体８１の開口部８３に沿うように配置されており、これにより導入部材８の本体８１から吹き出される原料ガス流に浸ることができるようになっている。
【００５２】
半導体製造装置１’は以上のように構成されているので、原料ガス供給装置３からの原料ガスは、導入部材８によって複数の基板Ｓの表面に単位長さあたり均一な量を供給でき、したがって、導入部材８の開口部８３に沿うように配置されている基板Ｓはこの均一な量の原料ガス流に浸ることとなり、基板Ｓの表面において均一性の高い結晶成長が可能となる。そして、導入部材８もまた、導入部材４の場合と同様の冷却構成により冷却液を用いての冷却を行い、原料ガスが導入口７１Ｃから開口部８３までの移動中に前分解することがないような温度に冷却制御することも可能である。このように構成すれば、原料ガスを従来に比べてより新鮮な状態で基板Ｓ上の結晶成長部位へ導入することができるので、基板Ｓ上に形成される結晶純度を著しく改善できる上に、原料効率も著しく向上させることができる。
【００５３】
熱分解された使用済みの原料ガスは、本体７１の排出口７１Ｄから排出ライン６を通って排気ガス処理装置５に送られる。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明による構成の半導体製造装置を用いてサファイア基板上にエピタキシャル結晶薄膜層を形成した場合の実施例、及びＧａＡｓ基板上にエピタキシャル結晶薄膜層を形成した場合の実施例について説明する。
【００５５】
（実施例１）
図５に示す構成の半導体装置１’の反応装置７内に複数枚の直径５０ｍｍのサファイア基板を設置し、所要の原料ガスを導入部材８の開口部８３からサファイア基板上へ供給した。成長温度は５５０℃で、キャリアガスとして水素を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）のバッファ層をトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニアを用いて５０ｎｍ成膜した。
【００５６】
次にＴＭＧの供給を止め、温度を１０６０℃まで昇温し、再びＴＭＧの供給を行い、ＧａＮを成長した。成長終了後直ちにＴＭＧの供給を止め、冷却を行った。なお、成長中は基板の自公転運動を行った。さらに６００℃になった時点でアンモニアの供給も止めた。十分冷却された後、反応炉を窒素で置換し、基板を取り出した。いずれの基板も表面は鏡面であった。これらの基板について成長膜厚を測定し、均一性を評価した。その結果を図７に示す。
【００５７】
図７では、横軸をサファイア基板のセンターからエッジに向けての距離をとり、サファイア基板上に形成されたエピタキシャル結晶成長層の厚みがセンターからエッジに向けてどのように変化しているかの膜厚分布を規格化して示すものである。
【００５８】
（参考例１）
次に、図１に示す構成の半導体製造装置１の反応装置２内に、予めＧａＮを成長させてあるサファイア基板をセットし、このＧａＮ層上に、さらに、ＧａＮ層を再成長させた。ここでは、キャリアガスとして水素を用い、ＴＭＧとアンモニアとを用いてＧａＮ層の再成長を行った。使用した装置においては、基板を１枚だけ処理できる構成のものとした。そして、再成長中はサファイア基板を自転させた。再成長終了後、再成長させた部分の膜厚における均一性を評価した。その結果を図７に示す。
【００５９】
（比較例）
以上の実施例１及び参考例１の結果を従来の装置による場合と比較するため、従来の装置を用いてサファイア基板上にＧａＮ層を成長させた。ここでは、参考例１で用いた装置において、導入部材４を取り除き、代わりに、原料ガスをサファイア基板の上方からサファイア基板に直接吹き付ける構成とした。また、サファイア基板はサセプタ上に水平にセットした。その他の構成、成長条件等は実施例１の場合と同一である。このようにして得られたＧａＮ層の膜厚における均一性を評価した。その結果を図７に示す。
【００６０】
図７に示す実験結果から、本発明により構成された半導体製造装置を用いた場合のエピタキシャル薄膜成長層の膜厚の均一性は、従来の場合（比較例）に比べて格段に改善されていることが判る。
【００６１】
（実施例２）
また、図５に示した半導体装置１’を用いて、直径１５０ｍｍのＧａＡｓ基板上にエピタキシャル薄膜層を成長させた。ＧａＡｓ基板は複数枚セットした。ここでは、水素をキャリアガスとし、原料としてＴＭＧ、ＴＭＡとＡｓＨ3 を用いて６７０℃でＡｌ組成０．５のＡｌＧａＡｓ層をＧａＡｓ基板上に５０ｎｍ成膜し、その後ＴＭＧとアルシンを供給し、ＧａＡｓ層を成膜した。十分冷却した後反応装置７を窒素置換し、ＧａＡｓ基板を取り出した。これらのＧａＡｓ基板についてフォトレジストで部分的に保護膜を形成し、クエン酸溶液を用いてＧａＡｓ層のみをエッチングした。その後フォトレジストをアセトンで除去し、触針式段差計を用いてＧａＡｓ層に相当する部分の段差測定を行った。その結果を図８に示す。図８では横軸は基板のエッジからセンターへ向けての距離となっている。図８から、面内均一性が良好に得られていることが判る。
【００６２】
（実施例３）
使用した半導体製造装置は実施例２の場合と同一で、直径１５０ｍｍのＧａＡｓ基板上に合計１０５０ｎｍのＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓの積層構造を成長した後、１３ｎｍのＩｎ組成０．１５のＩｎＧａＡｓ単一量子井戸層、合計１５２ｎｍのＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ層の積層構造を成長した。冷却後、反応装置７を窒素置換し、ＧａＡｓ基板を取り出した。作製した試料についてフォトルミネッセンススペクトルを測定した。その結果ＩｎＧａＡｓ量子井戸からの発光の中心波長は９８４ｎｍであり、ピーク波長の面内標準偏差は０．７５ｎｍであった。
【００６３】
（実施例４）
使用した半導体製造装置は実施例２の場合と同一で、直径１５０ｍｍのＧａＡｓ基板上に６５０℃で原料としてＴＭＧ、ＴＭＩとホスフィンを用い、２５０ｎｍのＩｎＧａＰ層を成膜した。その後ＴＭＧとアルシンを用いて２４ｎｍのＧａＡｓ層を成膜した。冷却した後反応装置７を窒素置換し、ＧａＡｓ基板を取り出し、Ｘ線回折による格子定数測定を実施し、ＩｎＧａＰ層のＩｎ組成面内分布を評価した。その結果を図９に示す。図９から、Ｉｎ組成の面内均一性が良好に得られていることが判る。
【００６４】
（実施例５）
実施例１に用いた装置により、２インチサファイア上のｎ型ＧａＮ上に、３ｎｍのＩｎＧａＮと１５ｎｍのＧａＮを５回繰り返した多重量子井戸、ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を順次作製した。得られたエピタキシャル基板から発光ダイオードを作製し、基板の直径方向に２０ｍＡ駆動時の光出力を測定した。その結果を図１０に示す。図１０から周辺部まで高い均一性の発光出力分布を有することが判る。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、以上のように、導入部材を用いることにより、棒状又は円環状の如き適宜の中空部材に設けた吹出口より原料ガスを半導体基板に単位長さあたり均一な量で供給することができ、これらの吹出口から供給されるガス流に浸るように半導体基板を載置させて結晶成長させることで均一性の高い結晶成長が可能となる。導入部材は容易に冷却することが可能であり、従来の装置では不可能であった結晶成長部位付近まで、原料ガス供給口を近づけることができることとなるため、原料ガスを従来より新鮮な状態で結晶成長部位へ到達させることができ、結晶純度の向上及び原料効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による半導体製造装置の実施の形態の一例を示す概略構成図。
【図２】  図１に示した導入部材の拡大斜視図。
【図３】  図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】  図１に示した導入部材の変形例を示す斜視図。
【図５】  本発明による半導体製造装置の他の実施の形態を示す概略構成図。
【図６】  図５に示した導入部材の拡大斜視図。
【図７】  本発明の実施例によるウェーハの膜厚分布を参考例１及び比較例と共に示すグラフ。
【図８】  本発明の他の実施例によるウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図９】  本発明の別の実施例によるウェーハの膜厚分布を示すグラフ。
【図１０】  本発明のさらに別の実施例による発光ダイオードの発光出力分布を示すグラフ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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