(57)【要約】【課題】  原料の利用効率が高い化学気相成長装置および化学気相成長方法を提供する。【解決手段】  化学気相成長装置１は、成長室を画成する外壁１０、被処理基板を保持する基板保持部材２２、対向部材２４、および被処理基板に反応ガスを供給するガス供給部３０を備えている。外壁１０により画成される成長室には、基板保持部材２２、およびそれに保持される基板ＳＢに対向するように対向部材２４が設けられている。ガス供給部３０は、供給管３２ａ、３２ｂ、３４を有し、これらは、それぞれから供給される反応ガスが互いに混合し合う前に基板ＳＢに供給されるように、基板上部空間側方の相異なる方向から反応ガスを供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持部材と、
前記基板に第１反応ガスを供給する第１供給部と、
前記基板に、前記第１反応ガスと反応する第２反応ガスを供給する第２供給部と、
を有し、
前記第１供給部および前記第２供給部は、それぞれ前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスを、前記基板に対し相異なる方向から独立に供給することを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の化学気相成長装置において、
前記第１供給部および前記第２供給部のうち少なくとも一方は、前記基板の表面近傍に向けて直接、反応ガスを供給することを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の化学気相成長装置において、
前記第１供給部および前記第２供給部は、それぞれ前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスを、前記基板の上部空間側方の相異なる方向から前記基板に供給することを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の化学気相成長装置において、
前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスが、前記基板の表面に沿って供給されるように構成されたことを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の化学気相成長装置において、
基板保持部材により保持される基板に対向する位置に配置され、基板の上部空間の高さを制限する対向部材を備えることを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項６】
請求項１乃至４いずれかに記載の化学気相成長装置において、
基板保持部材により、一対の前記基板が成長面を内側にして対向配置され、
前記一対の前記基板によって規制された空間に前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスが供給されるように構成されたことを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の化学気相成長装置において、
前記基板の上部空間の高さが、前記基板が載置される基板載置台の直径以下であることを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の化学気相成長装置において、
直接にまたは前記基板保持部材を介して前記基板を加熱する基板加熱手段を備えることを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載の化学気相成長装置において、
当該化学気相成長装置は、基板上に化合物半導体からなる膜を成長させる装置であって、
前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスは、前記化合物半導体を構成する元素の原料ガスであることを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載の化学気相成長装置において、
当該装置は、ハイドライド気相成長による成長を行う装置であって、
前記第１反応ガスはIII族元素のハロゲン化物を含む反応ガスであり、前記第２反応ガスはV族原料ガスを含む反応ガスであることを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項１１】
基板の表面に対し、第１反応ガスおよび第２反応ガスを、それぞれ前記基板に向けて相異なる方向から独立に供給し、これらの反応ガスを反応させて前記表面に膜を成長させることを特徴とする化学気相成長方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の化学気相成長方法において、
前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスを、前記基板の上部空間側方の相異なる方向から前記表面に供給することを特徴とする化学気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相成長装置および化学気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の化学気相成長装置としては、例えば特許文献１、２に記載されたものがある。特許文献１に記載された成長装置を図１１に示す。この成長装置１０１は、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム系半導体の成長装置であり、フランジ１１０により密閉された結晶成長容器１０８と、ＨＣｌガスを導入するための第１の導入管１０３と、ＮＨ３ガスを導入するための第２の導入管１０２と、基板１０６を保持する基板保持具１０５とから構成されている。また、結晶成長容器１０８の側面にはガスの排気口１０７が穿設されており、第１の導入管１０３にはＧａ原料を載置する原料載置部１０９が設けられている。さらに、結晶成長容器１０８の外周には、結晶成長容器１０８内の空間を加熱する抵抗加熱ヒータ１０４が設けられている。同文献記載のハイドライド気相成長装置では、ＧａとＨＣｌとを反応させてIII族原料ガスとなるＧａＣｌを生成させた後、これをＮＨ３で満たされた空間に供給し、かかる空間において、III族原料ガスのＧａＣｌとＶ族原料ガスのＮＨ３とを反応させ、その生成物であるＧａＮを基板表面に堆積させる。
【０００３】
また、特許文献２に記載された成長装置においては、サセプタ上の基板表面に平行な方向から反応ガスが供給されると同時に、基板表面に垂直な方向から、反応ガスの方向を変更するための押圧ガスが噴射される。
【特許文献１】特開２００２−３０５１５５号公報
【特許文献２】特開平４−１６４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載の化学気相成長装置は、何れも原料の利用効率の点で改善の余地を有している。すなわち、供給される反応ガスのうち実際に気相成長に寄与するガスの割合は、必ずしも充分に高いものではない。
【０００５】
たとえば、特許文献１記載の装置では、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが基板に到達する前に互いに混合するため、気相中における反応の割合が大きい。供給される反応ガスのうち気相中で反応した分は気相成長に寄与しないため、特許文献１記載の装置では、原料の利用効率が低くなってしまうことがあった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、原料の利用効率が高い化学気相成長装置および化学気相成長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明によれば、基板を保持する基板保持部材と、前記基板に第１反応ガスを供給する第１供給部と、前記基板に、前記第１反応ガスと反応する第２反応ガスを供給する第２供給部と、を有し、前記第１供給部および前記第２供給部は、それぞれ前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスを、前記基板に対し相異なる方向から独立に供給することを特徴とする化学気相成長装置が提供される。
【０００８】
また本発明によれば、基板の表面に対し、第１反応ガスおよび第２反応ガスを、それぞれ前記基板に向けて相異なる方向から独立に供給し、これらの反応ガスを反応させて前記表面に膜を成長させることを特徴とする化学気相成長方法が提供される。
【０００９】
本発明においては、ガス供給部から供給される第１反応ガスおよび第２反応ガスは、それぞれ独立に基板表面に供給される。したがって、基板の上部空間の外における反応が抑制されるため、供給される反応ガスは、基板上の気相成長に高い割合で寄与することになる。このため、原料の利用効率が高い化学気相成長を実現することができる。
【００１０】
本発明において、前記第１供給部および前記第２供給部のうち少なくとも一方が、前記基板の表面近傍に向けて直接、反応ガスを供給するように構成してもよい。こうすることにより、基板の上部空間の外における反応をより効果的に抑制することができる。なお、第１供給部および第２供給部は、基板に反応ガスを供給する部材の総称であり、種々の態様をとり得る。たとえば、当該装置に設けられた反応ガスの供給口や、当該装置に連通する供給管等をいい、供給口から導入された反応ガスを基板表面まで導く部材を含んでもよい。
【００１１】
第１供給部および第２供給部は、それぞれ第１反応ガスおよび第２反応ガスを、基板の上部空間側方の相異なる方向から基板に供給するようにしてもよい。こうすることにより、基板の上部空間の外における反応をより効果的に抑制することができる上、基板表面における反応ガスの流動状態を好適に調整し、成長効率を向上させることができる。
【００１２】
第１反応ガスおよび第２反応ガスが、基板の表面に沿って供給されるように構成してもよい。たとえば、第１供給部および第２供給部が、それぞれ基板表面に向け、基板表面に対して水平方向の反応ガス流を形成するように構成してもよい。こうすることにより、基板表面に良好なガス流動状態が実現され、成長効率が向上する。
【００１３】
本発明において、基板保持部材により保持される基板に対向する位置に配置され、基板の上部空間の高さを制限する対向部材を備える構成とすることができる。また、基板保持部材により、一対の基板が成長面を内側にして対向配置され、この一対の基板によって規制された空間に第１反応ガスおよび第２反応ガスが供給されるように構成することもできる。こうすることにより、基板上部の限られた空間に反応ガスが効率良く供給され、ガス供給部からの反応ガスが供給される空間も基板の表面近傍に局限されるため、供給される反応ガスは、基板上の気相成長に高い割合で寄与することになる。このため、原料の利用効率が高い化学気相成長装置が実現される。対向部材と基板との間の距離は、調整可能に構成してもよい。こうすることにより、反応種、反応ガス流量等の反応条件等に応じて上記距離を適宜に調整でき、反応ガス利用効率を安定的に向上させることが可能となる。
【００１４】
ここで、上記対向部材は、反応ガスの流動状態を制御する流動制御部材としての機能をも有する。特に、基板と対向する面を基板面と略平行な面とすることにより、第１反応ガスおよび第２反応ガスの流動状態が好適に制御される。前述の特許文献２に記載の技術では、押圧ガスで反応ガスを基板表面に押しつけることにより効率的な反応を実現しているが、この場合、反応ガスの流れが乱れることが懸念される。これに対し、上記対向部材を用いた構成では、反応ガスの流動状態を好適に制御しつつ反応空間を制限することができ、より一層効率的な成膜を実現できる。
【００１５】
化学気相成長装置は、直接にまたは基板保持部材を介して基板を加熱する基板加熱手段を備えていてもよい。この場合、基板の表面近傍を所望の反応温度に効率良く加熱することができる。また、基板の表面近傍が主に加熱されるため、基板の表面近傍における反応が促進され、それゆえ原料の利用効率が一層向上する。
【００１６】
基板の上部空間の高さが、基板が載置される基板載置台の直径以下となるようにしてもよい。この場合、従来の化学気相成長装置に比して基板の上部空間が局限される。したがって、ガス供給部からの反応ガスが供給される空間も基板の表面近傍に局限されるため、供給される反応ガスは、基板上の気相成長に一層高い割合で寄与することになる。このため、原料の利用効率が一層高い化学気相成長装置が実現される。
【００１７】
本発明において、当該化学気相成長装置は、基板上に化合物半導体からなる膜を成長させる装置であって、前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスは、前記化合物半導体を構成する元素の原料ガスである構成とすることができる。
【００１８】
また、当該化学気相成長装置は、ハイドライド気相成長による成長を行う装置であって、前記第１反応ガスはIII族元素のハロゲン化物を含む反応ガスであり、前記第２反応ガスはV族原料ガスを含む反応ガスである構成とすることができる。
【００１９】
こうした装置、特にハイドライド気相成長装置においては、基板への供給前段階、すなわち供給前の段階である混合の段階における反応ガスの消費が成膜効率の低下をもたらす重要な因子となっていることが本発明者の検討により明らかになった。上記構成によれば、こうした基板への供給前段階における反応ガスの消費が効果的に抑制され、成膜効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明において、第１反応ガスおよび第２反応ガスは、互いに９０°以上１８０°以下をなす方向から供給されるようにしてもよい。ここで、第１反応ガスと第２反応ガスとがなす角度は、それぞれの供給管から噴出された直後の両反応ガスの速度ベクトル同士がなす角度で定義される。
【００２１】
本発明において、基板載置台が円盤状であって、当該化学気相成長装置は、基板載置台と略等しい内径を有し、当該装置の側壁に、第１供給部および第２供給部がそれぞれ独立に設けられた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、原料の利用効率が高い化学気相成長装置および化学気相成長方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明による化学気相成長装置および化学気相成長方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
第１の実施の形態
図１は、本発明による化学気相成長装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図である。化学気相成長装置１は、外壁１０、基板保持部材２２（基板載置台）、対向部材２４、およびガス供給部３０を備えている。本実施形態においては、ＨＶＰＥによりＡｌＧａＮを成長させる場合を例にとって説明する。III族原料ガスとなるハロゲン化合物の生成温度は８５０℃程度であり、III族原料ガスおよびＶ族原料ガスの反応温度は１０００℃以上である。
【００２５】
外壁１０は、円筒状をしており、成長室を画成している。なお、図１においては、その内部を示すため、外壁１０の一部を切り欠いて示している。外壁１０の材料としては、例えばステンレスを用いることができる。外壁１０の内面は、外壁１０の腐食や損傷等を防ぐ保護壁１２で覆われている。保護壁１２の材料としては、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素又は窒化アルミニウム等のセラミックスを用いることができる。
【００２６】
外壁１０により画成される成長室には、被処理基板を保持する基板保持部材２２が設けられている。基板保持部材２２は略円柱状をしており、その中心軸は円筒状の外壁１０の中心軸と一致している。また、基板保持部材２２の直径は外壁１０の内壁に略一致し、その側面は保護壁１２に接している。この基板保持部材２２は、図示しない回転駆動手段により、その中心軸を回転軸として回転することができる。基板保持部材２２の材料としては、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミニウム又は窒化ケイ素でコーティングされたカーボン等を用いることができる。また、基板保持部材２２の表面は、基板を載置する載置面２２ａとなっている。なお、基板保持部材２２として、着脱可能なキャリアトレーを用いてもよい。
【００２７】
図２は、基板保持部材２２の載置面２２ａを示す平面図である。図に示すように、載置面２２ａには３枚の基板ＳＢが載置されている。本実施形態において３枚の基板ＳＢは、載置面２２ａの中心に重心をもつ正三角形の各頂点に対応する位置に配置されている。
【００２８】
図１に戻って、基板保持部材２２の載置面２２ａ側には、載置面２２ａ上に載置される基板ＳＢに対向するように対向部材２４が設けられている。対向部材２４は、基板ＳＢに対向する位置に配置され、基板ＳＢに対して略平行な面を有し、反応ガスの流動状態を制御する流動制御部材としての機能を有する。なお、図１においては、その内部構造を示すため、対向部材２４の一部を切り欠いて示している。
【００２９】
本実施形態において対向部材２４は、その形状、大きさおよび材質共に、基板保持部材２２と同一である。すなわち、対向部材２４は、円柱状をしており、その中心軸は基板保持部材２２の中心軸の延長線上にある。また、対向部材２４における基板保持部材２２に対向する側の表面は、基板ＳＢの載置面２４ａとなっている。この載置面２４ａ上にも、上述の載置面２２ａ（図２参照）と同様に、３枚の基板ＳＢが載置される。したがって、本実施形態に係る化学気相成長装置１においては、６枚の基板ＳＢを同時に処理することができる。さらに、対向部材２４も、基板保持部材２２と同様に、図示しない回転駆動手段により、その中心軸を回転軸として回転することができる。
【００３０】
また、対向部材２４は、所定の間隔を置いて、基板保持部材２２およびそれに保持される基板ＳＢと対向しており、これにより基板保持部材２２に保持される基板ＳＢの上部空間（以下、適宜「基板上部空間」と呼ぶ）の高さを制限している。すなわち、基板保持部材２２に保持される基板ＳＢと対向部材２４との間隔が、基板上部空間の高さを定める。この対向部材２４は、その中心軸方向に移動することができ、それゆえ基板保持部材２２上の基板ＳＢに対して相対的に移動可能となっている。したがって、対向部材２４を移動させることにより、基板上部空間の高さを適宜調整することができる。対向部材２４の移動は、対向部材２４に接続される駆動手段（図示せず）により行われる。対向部材２４は、基板上部空間の高さをｈ、基板保持部材２２の直径をｘとした場合、０＜ｈ≦５ｘの範囲で移動可能とされている。なお、基板上部空間の高さは、好ましくは基板保持部材２２の直径以下、より好ましくは基板保持部材２２の直径の０．５倍以下、さらに好ましくは基板保持部材２２の直径の０．３倍以下に設定される。
【００３１】
図に示すように、対向部材２４の内部には、電熱器２６が備えられている。この電熱器２６は、対向部材２４の載置面２４ａを直接に加熱する対向部材加熱手段である。電熱器２６の電極２６ａに印加する電圧値を調整することにより、載置面２４ａおよびそれにより保持される基板ＳＢの温度を所望に設定することができる。なお、対向部材２４の載置面２４ａには、図示しない温度センサが取り付けられている。また、基板保持部材２２の内部構造も対向部材２４と同様であり、すなわち基板保持部材２２の内部にも、基板保持部材２２の載置面２２ａを直接加熱する基板加熱手段としての電熱器が備えられている。この電熱器により、基板保持部材２２の載置面２２ａを介して、その上に載置される基板ＳＢを加熱することができる。
【００３２】
ガス供給部３０は、III族元素のハロゲン化物を含む反応ガスを供給する供給管３２ａ、３２ｂ（第１供給管）、およびV族原料ガスを含む反応ガスを供給する供給管３４（第２供給管）を有している。本実施形態において具体的には、供給管３２ａ、３２ｂ、３４は、それぞれＡｌＣｌ３、ＧａＣｌおよびＮＨ３を供給するものである。これらの反応ガスは、基板ＳＢ上に堆積する膜を生成する主反応の反応前物質であり、成膜する化合物半導体を構成する元素の原料ガスである。
【００３３】
供給管３２ａ、３２ｂ、３４は、外壁１０に連設されており、それらの噴出口は、基板保持部材２２と対向部材２４とで挟まれる上述の基板上部空間に面している。したがって、各噴出口から噴出する反応ガスは、基板上部空間に側方から入り込み、基板ＳＢに供給される。また、供給管３２ａ、３２ｂ、３４は、外壁１０の中心軸方向から見て放射状に延びており、それぞれから供給される反応ガスが互いに混合し合う前に基板ＳＢに供給されるように、基板ＳＢの基板面に沿って、相異なる方向から反応ガスを供給する。本実施形態においては、外壁１０の中心軸方向について、各噴出口の高さと基板上部空間の高さとは略等しい。また、反応ガスの流量は、例えば、ＧａＣｌについては１０ｓｃｃｍ程度、ＡｌＣｌ３については１０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ３については１００ｓｃｃｍ程度とされる。なお、図１においては図示しない、不要な反応ガスを排出するための排出管３６、及びドーパントガスを供給する供給管３８も外壁１０に連設されている（後述する図３参照）。
【００３４】
図３は、図１に示す化学気相成長装置１における基板保持部材２２の載置面２２ａに平行な断面図である。この断面図は、供給管３２ａ、３２ｂ、３４の空洞部および基板上部空間を通る平面を切断面としている。この図からわかるように、供給管３２ａ、３２ｂと供給管３４とは、略正反対の方向から基板上部空間に反応ガスを噴出する。すなわち、それぞれの噴出口から噴出された直後の反応ガスの速度ベクトル同士がなす角度（０°以上１８０°以下で定義する）は略１８０°となる。なお、この角度は、好ましくは９０°以上、より好ましくは１２０°以上とされる。また、図３においては、ドーパントガス用の供給管３８は１つだけ示されているが、ドーパントの種類により必要に応じて複数の供給管３８を設けてもよい。
【００３５】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図３の第１供給管（供給管３２ａ、３２ｂ）と第２供給管（供給管３４）との位置関係の例を説明するための図である。これらの図において、矢印は、各供給管から噴出された直後の反応ガスの速度ベクトルを示している。図４（ａ）は、上述の角度が１２０°の場合の例である。また、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、同角度が１８０°の場合の例である。図４（ｂ）の場合、両供給管の噴出口同士が対向しており、両供給管から噴出された直後の反応ガスの速度ベクトルは同一直線上に乗っている。一方、図４（ｃ）の場合、両供給管からの反応ガスの速度ベクトルは、相異なる直線上に乗っている。
【００３６】
供給管３２ａ、３２ｂは、噴出口の他端において、それぞれIII族原料ガス（ハロゲン化ガス）を生成するハロゲン化物生成室に連通している。具体的には、供給管３２ａはＡｌＣｌ３を生成するための生成室に、供給管３２ｂはＧａＣｌを生成するための生成室に連通している。また、供給管３４は、噴出口の他端において、III族原料ガスとの反応前にＶ族原料ガスを加熱するための予備加熱部（図示せず）に連通している。
【００３７】
図５は、上述のハロゲン化物生成室の構成例を示す概略図である。ハロゲン化物生成室４０は、その排出口４０ａが供給管３２ａ、３２ｂと連設されている。このハロゲン化物生成室４０は、ハロゲンガス供給管４２およびキャリアガス供給管４４を備えるとともに、ＡｌあるいはＧａ等のIII族原料４６を収容するソースボート４８を含んでいる。生成されたIII族原料ガスは、ハロゲン化物生成室４０の排出口４０ａを通って上述の供給管３２ａ、３２ｂに供給される。基板表面の近傍では、III族原料ガスのＧａＣｌやＡｌＣｌ３（或いはＡｌＣｌ）とＶ族原料ガスのＮＨ３とが反応し、その生成物であるＧａＮやＡｌＮ、ＡｌＧａＮが基板表面に堆積させる。
【００３８】
続いて、本実施形態の効果を説明する。
【００３９】
化学気相成長装置１においては、ガス供給部３０から供給される複数の反応ガスは、互いに混合する前に基板ＳＢに供給されるため、基板上部空間において互いに初めて接触することになる。また、ガス供給部３０から供給される複数の反応ガスは、いずれも基板の表面近傍に向けて直接、供給されるようになっている。したがって、基板上部空間の外における反応が抑制されるため、供給される反応ガスは、基板ＳＢ上の気相成長に高い割合で寄与することになる。このため、原料の利用効率が高い化学気相成長装置１が実現されている。また、原料の利用効率の向上に伴って、化学気相成長装置１は、高速成長が可能であるとともに、厚膜の成長に適している。
【００４０】
ガス供給部３０は、第１供給管（供給管３２ａ、３２ｂ）および第２供給管（供給管３４）を有しており、これらは、基板上部空間側方の相異なる方向から反応ガスを供給する。これにより、双方から供給される反応ガスを互いに混合する前に基板ＳＢに供給する構成が容易に実現されている。このように双方からの反応ガスが基板上部空間において互いに初めて接触することは、III族原料ガスとV族原料ガスとの混合から反応成長までの時間が比較的短い窒化物系半導体においては、特に肝要である。また、この構成により、基板上部空間における気流の制御を安定的に行うことができる。これらの効果は、第１供給管および第２供給管から噴出された直後の反応ガスの速度ベクトル同士がなす角度が９０°以上である場合に顕著であり、１２０°以上である場合に一層顕著である。
【００４１】
第１供給管および第２供給管は、基板ＳＢの基板面に沿って反応ガスを供給するため、双方からの反応ガスを互いに混合する前に基板に供給する構成をより確実に実現することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、上述のように基板ＳＢに供給する複数の反応ガスを互いに混合する前に基板ＳＢに供給することにより、原料の利用効率が高い化学気相成長方法が実現されている。さらに、この化学気相成長方法では、複数の反応ガスを、基板ＳＢの上部空間側方の相異なる方向から供給することにより、それらの反応ガスを互いに混合する前に基板に供給することを容易に実現している。
【００４３】
ところで、特許文献１に記載の成長装置１０１では、２つの導入管１０２、１０３は、基板の上部空間に対して同じ方向から反応ガスを供給しており、これらの反応ガスは、基板１０６に供給される前に互いに混合し合う。このため、この成長装置１０１においては、基板１０６の表面近傍以外における不要な反応、すなわち基板１０６上の気相成長に寄与しない反応の割合が高く、原料の利用効率が充分に高いとは言えない。これに対して、各供給管から供給される反応ガスが互いに混合する前に基板ＳＢに供給されるようにした上述の化学気相成長装置１によれば、充分に高い原料利用効率が実現される。
【００４４】
同様に、特許文献２に記載の成長装置でも、混合した後の反応ガスを１つの供給管から基板に供給しているため、原料の利用効率が充分に高いとは言えない。なお、この成長装置において、反応ガスと押圧ガスとは相異なる方向から基板の上部空間に供給されるが、反応ガス同士は、上述の通り同じ方向から供給されている。
【００４５】
対向部材２４を直接に加熱する電熱器２６が備えられている。このため、基板上部空間を所望の反応温度に効率良く加熱することができる。また、基板上部空間を中心に加熱されるため、基板上部空間における反応が促進され、それゆえ原料の利用効率が一層向上する。また、基板保持部材２２の内部にも電熱器が設けられているため、基板保持部材２２により保持される基板ＳＢの表面近傍を所望の反応温度に効率良く加熱することができる。また、基板ＳＢの表面近傍が主に加熱されることにより、基板ＳＢの表面近傍における反応が促進され、それゆえ原料の利用効率が一層向上する。さらに、基板ＳＢに達する前に反応ガスが熱分解されてしまうのを防止することができる。
【００４６】
なお、基板保持部材２２側と対向部材２４側とでは、同じ温度に設定してもよく、相異なる温度に設定してもよい。例えば、対向部材２４の載置面２４ａの温度を基板保持部材２２の載置面２２ａよりも高く設定すれば、基板上部空間には、外壁１０の中心軸方向について温度勾配が生じる。すると、高温側から低温側すなわち対向部材２４から基板保持部材２２の向きに対流が生じるため、基板上部空間に供給される反応ガスは基板保持部材２２により保持される基板ＳＢの表面近傍に集中するようになり、原料利用効率の一層の向上につながる。
【００４７】
基板上部空間の高さが対向部材２４により制限されるため、基板表面近傍における反応ガスの流動状態が好適に制御され、成膜効率の向上および成膜される膜質の向上を図ることができる。また、従来の化学気相成長装置に比して基板上部空間が局限されるため、ガス供給部３０からの反応ガスが供給される空間も基板ＳＢの表面近傍に局限され、供給される反応ガスは、基板ＳＢ上の気相成長に一層高い割合で寄与することになる。このため、原料利用効率が一層高い化学気相成長装置１が実現されている。この効果は、基板上部空間の高さが基板保持部材２２の直径以下である場合に顕著である。さらに、基板上部空間の高さが基板保持部材２２の直径の０．５倍以下、０．３倍以下となるにつれて、上記効果は一層顕著となる。
【００４８】
図１２および図１３を用いて、上述のように基板上部空間の高さを制限することの意義をより詳細に説明する。図１２に示すように、基板上部空間のうち、気相成長すなわち基板上の成膜に寄与する反応が行われる領域（境界層）は、基板表面の極近傍に限られる。反応領域よりも上側の領域のうち、上記反応領域の近傍の領域は、反応領域に反応ガスを供給する領域（供給層）として機能する。気相成長に寄与するのはこれらの反応領域及び供給領域であり、供給領域よりも上側の領域（残余領域）は気相成長に実質的に寄与しない。したがって、原料の消費効率を向上させるという観点からは、残余領域を極力小さくする、或いはまったく存在しないようにすることが好ましい。気相成長装置１において基板上部空間の高さを制限しているのは、このためである。
【００４９】
なお、上述の通り、気相成長装置１においては対向部材２４にも基板が載置されており、基板保持部材２２上の基板と対向部材２４上の基板とが対向配置されている。このような場合には、図１３（ａ）に示すように、双方の基板表面の極近傍が反応領域となり、両反応領域それぞれの近傍が供給領域となり、両供給領域で挟まれた領域が残余領域となる。この場合も、基板上部空間の高さを制限することにより、残余領域を極力小さくする、或いは図１３（ｂ）に示すように全く存在しないようにすることが好ましい。
【００５０】
対向部材２４は、載置面２４ａにおいて、基板ＳＢを保持可能である。このため、ガス供給部３０からの反応ガスは、基板保持部材２２により保持される基板ＳＢおよび対向部材２４により保持される基板ＳＢの双方に供給されることになる。これにより、基板上部空間を挟んで対向する双方の基板ＳＢを同時に処理することができるため、原料の利用効率が一層向上するとともに、生産性も向上する。
【００５１】
対向部材２４は、その中心軸すなわち載置面２４ａの法線と略平行な軸を回転軸として回転可能である。対向部材２４を回転させながら反応ガスを供給することにより、対向部材２４により保持される基板ＳＢに反応ガスを均一に供給することができる。また、基板保持部材２２も、載置面２２ａの法線と略平行な軸を回転軸として回転可能であるため、基板保持部材２２を回転させながら反応ガスを供給することにより、基板保持部材２２により保持される基板ＳＢに反応ガスを均一に供給することができる。なお、基板保持部材２２と対向部材２４とを共に回転させる場合、それらの回転方向は、互いに反対方向となるようにすることが好ましい。
【００５２】
対向部材２４は、不図示の移動機構により、中心軸に沿う上下方向に移動可能に構成されている。すなわち、対向部材２４は、基板保持部材２２により保持される基板ＳＢに対して相対的に移動可能であり、基板上部空間の高さを容易に調整することができる。このように基板上部空間の高さを調整可能であれば、反応系の種類に応じて、基板上部空間の高さを最適に調整することができる。これにより、種々の反応系において、原料の利用効率の高い化学気相成長装置１が実現されている。なお、本実施形態では、対向部材２４のみが移動可能な例を示したが、基板保持部材２２のみが移動可能であってもよく、これらが共に移動可能であってもよい。
【００５３】
基板保持部材２２は、複数の基板ＳＢを保持可能である。これにより、複数の基板を同時に処理することができるため、原料の利用効率が一層向上する。化学気相成長装置１は、２つの載置面２２ａ、２４ａが相対向して配置される構成のため、多数の基板を同時に処理するのに特に適している。
【００５４】
第２の実施の形態
本実施形態に係る装置は、基板保持部材により、一対の基板が成長面を内側にして対向配置され、この一対の基板によって規制された空間に第１反応ガスおよび第２反応ガスが供給される構成を有する。反応ガスは、いずれも基板の表面近傍に向けて直接、供給されるようになっている。
【００５５】
図６は、本実施形態による化学気相成長装置を示す一部切欠き斜視図である。化学気相成長装置２は、基板保持部材５２、対向部材５４、供給管５６、５８を備えている。基板保持部材５２および対向部材５４は、共に円筒状をしており、中心軸を共有している。なお、図において、対向部材５４の一部を切り欠いて示している。また、対向部材５４の内径は、基板保持部材５２の外形よりも大きい。これらの基板保持部材５２および対向部材５４に挟まれた空間が成長室となる。基板保持部材５２の外側面および対向部材５４の内側面には、それぞれ複数の基板ＳＢが保持されている。この化学気相成長装置２において、基板保持部材５２により保持される基板ＳＢの上部空間の高さは、基板保持部材５２の外形と対向部材５４との差で定められる。この上部空間の高さは、基板が載置される基板載置台の直径以下に設定されている。また、基板保持部材５２および対向部材５４は、それらの中心軸を回転軸として互いに反対方向に回転可能である。
【００５６】
図に示すように、基板保持部材５２および対向部材５４の両端近傍にそれぞれ供給管５６、５８が設けられている。これらの供給管５６、５８は、基板保持部材５２と対向部材５４とで挟まれる基板上部空間に、互いに反対の方向から反応ガスを供給する。例えば、供給管５６がIII族原料ガスを供給し、供給管５８がV族原料ガスを供給する。
【００５７】
図７は、化学気相成長装置２を示す平面図である。この図に示すように、基板保持部材５２の内側面および対向部材５４の外側面には、それぞれ電熱器６２、６４（図６においては図示を省略）が備えられている。電熱器６２、６４により、それぞれ基板保持部材５２および対向部材５４を所望の温度に加熱することができる。また、各基板ＳＢは、基板保持部材５２の外側面および対向部材５４の内側面に、それぞれ載置部材５２ａ、５４ａを介して固定されている。
【００５８】
本実施形態においても、図１の化学気相成長装置１と同様に、供給管５６、５８から供給される反応ガスは、互いに混合する前に基板ＳＢに供給されるため、基板上部空間において互いに初めて接触することになる。このため、原料の利用効率が高い化学気相成長装置２および化学気相成長方法が実現されている。
【００５９】
第３の実施の形態
図８は、本実施形態による化学気相成長装置を示す概略図である。化学気相成長装置３は、２枚の相対向する加熱壁７２、７４、並びに供給管７６、７８を備えている。供給管７６、７８から供給される反応ガスは、いずれも基板ＳＢの表面近傍に向けて直接、供給されるようになっている。加熱壁７２、７４は、それぞれ上述の基板保持部材および対向部材として機能するとともに、内部に熱源を有しており電熱器としても機能するものである。このため、加熱壁７２、７４により、それぞれに保持される基板ＳＢを直接に加熱することができる。この化学気相成長装置３において、基板上部空間の高さは、２枚の加熱壁７２、７４の間隔で定められる。また、基板上部空間に対しては、当該空間の図中上側および下側にそれぞれ位置する供給管７６、７８から反応ガスが供給される。例えば、供給管７６からIII族原料ガスが、供給管７８からV族原料ガスが供給される。
【００６０】
本実施形態においても、図１の化学気相成長装置１と同様に、供給管７６、７８から供給される反応ガスは、互いに混合する前に基板ＳＢに供給されるため、基板上部空間において互いに初めて接触することになる。このため、原料の利用効率が高い化学気相成長装置３および化学気相成長方法が実現されている。
【００６１】
第４の実施の形態
図９は、本実施形態による化学気相成長装置を示す斜視図である。図１０は、図９の化学気相成長装置４のIX−IX線に沿った断面図である。化学気相成長装置４は、容器８０、基板保持部材８２、供給管８４、遮蔽部材８６、および排出管８８を備えている。容器８０は、中空の円柱状をしており、その内部に略密閉された成長室を画成している。
【００６２】
基板保持部材８２は、容器８０の中心軸に沿って延びる細長い管状をしており、容器８０の下面を貫いて設けられている。この基板保持部材８２は、その延在方向と基板面とが略平行になるようにして、複数の基板ＳＢを放射状に保持する。化学気相成長装置４において、基板上部空間は、隣り合う２枚の基板ＳＢの間隔（基板保持部材８２からの距離が最大の位置における間隔）Ｄで定められる。この間隔Ｄは、基板ＳＢの直径以下とされる。また、基板保持部材８２は、反応ガスを供給する供給管としても機能し、その表面には反応ガスを噴出するための開口８２ａが複数形成されている。図１０からわかるように、開口８２ａは、隣り合う各基板対の間に面するように形成されている。また、基板保持部材８２は、その中心軸を回転軸として回転可能に設けられている。
【００６３】
供給管８４は、容器８０の中心軸に沿って延び、容器８０の上面を貫いている。供給管８４の噴出口と基板保持部材８２との間には、基板保持部材８２およびそれにより保持される基板ＳＢ全体を容器の上面側から覆う遮蔽部材８６が設けられている。これにより、供給管８４から噴出される反応ガスは、図中に矢印示すように、容器８０の内壁と遮蔽部材８６との間隙を通過し、内壁に沿って容器８０の下面側に移動した後、基板上部空間に入り込むことになる。なお、容器８０の外壁には図示しない電熱器が設けられており、供給管８４から噴出される反応ガスは、容器の８０に沿って下面側に移動する間に、この電熱器により加熱される。また、容器８０内部の不要な反応ガスは、容器８０の下面に連設された排出管８８から排出される。
【００６４】
本実施形態においては、例えば、基板保持部材８２の開口８２ａからIII族原料ガスが、供給管８４からV族原料ガスがそれぞれ基板上部空間に供給される。
【００６５】
本実施形態においても、図１の化学気相成長装置１と同様に、基板保持部材８２および供給管８４から供給される反応ガスは、互いに混合する前に基板ＳＢに供給されるため、基板上部空間において互いに初めて接触することになる。このため、原料の利用効率が高い化学気相成長装置４および化学気相成長方法が実現されている。
【００６６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００６７】
たとえば、上記では窒化物半導体の成長を例に挙げて説明したが、他の半導体、たとえばＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体等の成膜に本発明を適用することもできる。特に、原料加熱温度と反応温度との差が大きい場合、たとえば反応温度が原料加熱温度よりも１００℃以上高い場合、特に有効となる。
【００６８】
また、上記実施の形態では、ＨＶＰＥ等のＣＶＤによる成長を例に挙げたが、原子層堆積法（ＡＬＤ）等に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による化学気相成長装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図である。
【図２】図１の基板保持部材２２の載置面２２ａを示す平面図である。
【図３】図１に示す化学気相成長装置１における基板保持部材２２の載置面２２ａに平行な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３の第１供給管（供給管３２ａ、３２ｂ）と第２供給管（供給管３４）との位置関係の例を説明するための図である。
【図５】ハロゲン化物生成室の構成例を示す概略図である。
【図６】本発明による化学気相成長装置の他の実施形態を示す一部切欠き斜視図である。
【図７】図６の化学気相成長装置２を示す平面図である。
【図８】本発明による化学気相成長装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明による化学気相成長装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９の化学気相成長装置４のIX−IX線に沿った断面図である。
【図１１】従来の化学気相成長装置を示す概略図である。
【図１２】境界層の概念を説明するための図である。
【図１３】境界層の概念を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  化学気相成長装置
２  化学気相成長装置
３  化学気相成長装置
４  化学気相成長装置
１０  外壁
１２  保護壁
２２  基板保持部材（載置台）
２２ａ  載置面
２４  対向部材
２４ａ  載置面
２６  電熱器
２６ａ  電極
３０  ガス供給部
３２ａ  供給管
３２ｂ  供給管
３４  供給管
３６  排出管
４０  ハロゲン化物生成室
４０ａ  排出口
４２  ハロゲンガス供給管
４４  キャリアガス供給管
４６  III族原料
４８  ソースボート
５２  基板保持部材
５４  対向部材
５６  供給管
５８  供給管
６２  電熱器
６４  電熱器
７２  加熱壁
７４  加熱壁
７６  供給管
７８  供給管
８０  容器
８２  基板保持部材
８２ａ  開口
８４  供給管
８６  遮蔽部材
８８  排出管
１０１  成長装置
１０２  導入管
１０３  導入管
１０４  抵抗加熱ヒータ
１０５  基板保持具
１０６  基板
１０７  排気口
１０８  結晶成長容器
１０９  原料載置部
１１０  フランジ
ＳＢ  基板
【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】
2005243964.tif 000010
【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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