(57)【要約】【課題】  温度制御を熱電対および放射温度計のいずれかに切替える場合に、半導体基板の温度の制御性を向上した気相成長装置、気相成長装置の温度制御方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  容器１１と、容器１１に収納された半導体基板１２を保持する保持基板１３と、半導体基板１２を加熱する加熱手段１４と、保持基板１３の温度を検出する熱電対１８と、第１温度調節器１９とを有する第１温度制御系２６と、半導体基板１２の温度を検出する放射温度計２１と、第２温度調節器２２とを有する第２温度制御系２７と、第１および第２温度制御系２６、２７の一方による半導体基板１２の加熱中に、一方の温度制御系の加熱操作量を引き継いで他方の温度制御系による半導体基板１２の加熱に切替える制御部２５と、を具備する。【選択図】  図１
2007100175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器に収納された半導体基板を保持する保持基板と、
前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記保持基板の温度を検出する第１温度検出器と、前記第１温度検出器の検出結果に基づいて前記加熱手段を操作し、前記保持基板の温度を制御する第１温度調節器とを有する第１温度制御系と、
前記半導体基板の温度を検出する第２温度検出器と、前記第２温度検出器の検出結果に基づいて前記加熱手段を操作し、前記半導体基板の温度を制御する第２温度調節器とを有する第２温度制御系と、
前記第１および第２温度制御系の一方による前記半導体基板の加熱中に、前記一方の温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記他方の温度制御系による前記半導体基板の加熱に切替える制御部と、
を具備することを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
複数の前記加熱手段と、前記加熱手段をそれぞれ操作する複数の前記第１および第２温度制御系とを具備することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
容器内に収納された半導体基板を保持する保持基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記保持基板の温度を制御する第１温度制御系により、前記半導体基板を加熱する第１の工程と、
前記半導体基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記半導体基板の温度を制御する第２温度制御系により、前記半導体基板を加熱する第２の工程と、
前記第１および第２温度制御系の一方による前記半導体基板の加熱中に、前記一方の温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記他方の温度制御系による前記半導体基板の加熱に切替える第３の工程と、
を具備することを特徴とする気相成長装置の温度制御方法。
【請求項４】
前記第３の工程において、更に前記他方の温度検出器の検出温度を前記他方の温度制御系の温度目標値に設定することを特徴とする請求項３に記載の気相成長装置の温度制御方法。
【請求項５】
容器内に収納された半導体基板を保持する保持基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記保持基板の温度を制御する第１温度制御系により、前記保持基板が所定の第１の温度になるように加熱する工程と、
前記半導体基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記半導体基板の温度を制御する第２温度制御系により、前記第１温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記半導体基板が所定の第２の温度になるように加熱する工程と、
前記第１温度制御系により、前記第２温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記半導体基板の温度が前記所定の第２の温度を維持するように加熱する工程と、
前記容器内に原料ガスを導入して、前記半導体基板上に半導体膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置、気相成長装置の温度制御方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子および半導体レーザ素子などの光半導体装置は化学気相成長装置、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organized Chemical Vapor Deposition）装置を用いてクラッド層や発光層などの材質の異なった複数の半導体薄膜を順次成長させることにより製造される。
【０００３】
従来、半導体基板の温度制御は熱電対を用いてヒータ近傍の温度を検出し、検出した温度と所定値との差に応じて加熱電力を制御することにより行ない、半導体基板の表面温度は放射温度計を用いてモニターしていた。
【０００４】
そのため、例えば予め求めた熱電対によるヒータ近傍の温度と放射温度計による半導体基板の表面温度との較正曲線を用いて半導体基板を加熱し、目的の温度とのずれを手動により調整していた。
【０００５】
然しながら、経時変動により半導体基板の表面温度を安定して再現性良く制御できないという問題がある。
【０００６】
また、放射温度計を用いて半導体基板の温度制御を行なう場合に、半導体基板上に材質の異なった半導体薄膜を順次成長させると、材質により放射率が異なることおよび薄膜の界面で多重反射した光による干渉が生じるために、放射温度計の検出温度が見かけ上変動して半導体基板に温度変動が生じるので、各半導体薄膜の特性を劣化させる問題がある。
【０００７】
これに対して、熱電対放と射温度計を切替えて温度制御を行う気相成長装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
特許文献１に開示された気相成長装置は、昇温および半導体基板と同一物質を成長する段階では放射温度計を用いて温度制御を行い、ヘテロ構造を作成する段階では熱電対を用いて温度制御を行っている。  
即ち、反応室内の昇温段階および半導体基板と同一物質の成長段階で放射温度計からの温度検出情報を選択し、且つ反応室の高温安定段階および半導体基板と異なる物質の成長段階で熱電対からの温度検出情報を選択する自動選択部と、自動選択部で選択されたいずれかの検出情報に基づいて加熱手段を駆動する駆動制御部とを備え、温度制御を放射温度計から熱電対に切替えるときに、半導体基板の表面温度と熱電対の温度との差を求め、その差を熱電対の温度から減算する温度補正を施してから、加熱手段をＯＮ−ＯＦＦ切替えしている。
【０００９】
然しながら、特許文献１に開示された気相成長装置では、温度制御を放射温度計から熱電対または熱電対から放射温度計に切替えるときの半導体基板の表面温度の安定性については何ら開示されていない。
【特許文献１】特開平７−７８７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、温度制御を熱電対および放射温度計のいずれかに切替える場合に、半導体基板の温度の制御性が向上した気相成長装置、気相成長装置の温度制御方法および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の気相成長装置では、容器と、前記容器に収納された半導体基板を保持する保持基板と、前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記保持基板の温度を検出する第１温度検出器と、前記第１温度検出器の検出結果に基づいて前記加熱手段を操作し、前記保持基板の温度を制御する第１温度調節器とを有する第１温度制御系と、前記半導体基板の温度を検出する第２温度検出器と、前記第２温度検出器の検出結果に基づいて前記加熱手段を操作し、前記半導体基板の温度を制御する第２温度調節器とを有する第２温度制御系と、前記第１および第２温度制御系の一方による前記半導体基板の加熱中に、前記一方の温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記他方の温度制御系による前記半導体基板の加熱に切替える制御部と、を具備することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の一態様の気相成長装置の温度制御方法では、容器内に収納された半導体基板を保持する保持基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記保持基板の温度を制御する第１温度制御系により、前記半導体基板を加熱する工程と、前記半導体基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記半導体基板の温度を制御する第２温度制御系により、前記半導体基板を加熱する工程と、前記第１および第２温度制御系の一方による前記半導体基板の加熱中に、前記一方の温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記他方の温度制御系による前記半導体基板の加熱に切替える工程と、を具備することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の一態様の半導体装置の製造方法では、容器内に収納された半導体基板を保持する保持基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記保持基板の温度を制御する第１温度制御系により、前記保持基板が所定の第１の温度になるように加熱する工程と、前記半導体基板の温度を検出し、当該検出結果に基づいて前記半導体基板の温度を制御する第２温度制御系により、前記第１温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記半導体基板が所定の第２の温度になるように加熱する工程と、前記第１温度制御系により、前記第２温度制御系の加熱操作量を引き継いで前記半導体基板の温度が前記所定の第２の温度を維持するように加熱する工程と、前記容器内に原料ガスを導入して、前記半導体基板上に半導体膜を形成する工程と、を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度制御を熱電対および放射温度計のいずれかに切替える場合に、半導体基板の温度の制御性が向上した気相成長装置、気相成長装置の温度制御方法および半導体装置の製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１に係る気相成長装置を示す断面図である。  
図１に示すように、本実施例の気相成長装置１０は、内部を減圧可能に構成された容器１１と、容器１１に収納された半導体基板１２を保持する保持基板１３と、保持基板１３を介して半導体基板１２を加熱するヒータ１４（加熱手段）と、保持基板１３を支持して半導体基板１２を回転させる回転胴１５と、容器１１内に原料ガスを導入するためのガス流入口１６と、容器１１内を減圧するとともに、ガスを排気するためのガス排気口１７ａ、１７ｂとを具備している。
【００１７】
更に、保持基板１３の温度を検出する熱電対１８（第１温度検出器）と、熱電対１８に接続された第１温度調節器１９と、容器１１の上部の中央部に設けられた透明窓２０を介して半導体基板１２の温度を検出する放射温度計２１（第２温度検出器）と、放射温度計２１に接続された第２温度調節器２２と、第１温度調節器１９および第２温度調節器２２の一方の加熱操作量をヒータ１４の加熱電力を制御するサイリスタ２３に供給する切替え器２４と、第１および第２温度調節器１９、２２とデータおよびコマンドなどのやり取りを行い且つ切替え器２４に切替え指令を送出する制御部２５とを具備している。
【００１８】
容器１１は、半導体基板１２上に半導体薄膜を形成するための処理室であり、例えば水冷ジャケット構造のステンレス製容器で、上部の中央部に透明窓２０を取り付けるための貫通孔と、側面の上部にガス流入口１６と底部の両側にガス排気口１７ａ、１７ｂと、底部に回転胴１５を保持し、容器１１内部の気密を維持するための気密シール部（図示せず）が設けられている。
【００１９】
ガス流入口１６はガス供給管（図示せず）を介して半導体薄膜を形成するための原料ガスを供給するガス供給器（図示せず）に連通されている。  
ガス排気口１７ａ、１７ｂはガス排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）に連通されている。排気されたガスは除害装置（図示せず）により処理された後に、大気中に排出される。
【００２０】
保持基板１３は、例えば耐熱性に優れたモリブデン（Ｍｏ）板（図示せず）と、モリブデン板に載置されたシリコン板（図示せず）を有している。シリコン板には中央部に半導体基板１２を載置する座繰り孔（図示せず）が設けられている。
【００２１】
ヒータ１４は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）で被覆されたカーボン製ヒータであり、保持基板１３の裏面側に平行に配置されている。
【００２２】
回転胴１５は、例えば石英製の円筒で、下部に連結された回転手段（図示せず）により水平方向に回転し、原料ガスの流れを制御して半導体基板１２に形成される半導体薄膜の均一性を向上させている。
【００２３】
熱電対１８は、半導体基板１２の裏面の温度が間接的にモニターできるように、保持基板１３の中心部に設けられたほぞ状の孔（図示せず）に絶縁部材（図示せず）を介して嵌入されている。  
熱電対１８が検出した保持基板１３の温度は、スリップリング（図示せず）を介して容器１１外に取りだされ、第１温度調節器１９に入力される。
【００２４】
放射温度計２１は放射率較正型の放射温度計であり、半導体基板１２の材質に応じて予め放射率を較正しておくことにより半導体基板１２の中央部の表面温度を検出する。  
放射温度計２１が検出した半導体基板１２の表面温度は、ケーブル２８を介して第２温度調節器２２に入力される。
【００２５】
熱電対１８と、第１温度調節器１９と、サイリスタ２３と、ヒータ１４と、保持基板１３を含むフィードバックループにより、ヒータ１４を操作して保持基板１３の温度を制御する第１温度制御系２６が構成されている。
【００２６】
同様に、放射温度計２１と、第２温度調節器２２と、サイリスタ２３と、ヒータ１４と、保持基板１３と、半導体基板１２を含むフィードバックループにより、ヒータ１４を操作して半導体基板の温度を制御する第２温度制御系２７が構成されている。
【００２７】
第１および第２温度調節器１９、２２は、比例・積分・微分（ＰＩＤ）等の各種演算を行い、且つ熱電対１８および放射温度計２１の検出した温度や加熱操作量等の情報を外部に伝送し、外部から温度目標値や加熱操作量等の情報を受信して設定する機能を有する、例えばマイクロコンピュータを用いたコントローラである。
【００２８】
第１および第２温度調節器１９、２２には、第１温度制御系２６および第２温度制御系２７の熱応答特性に即した最適な比例・積分・微分（ＰＩＤ）などの制御パラメターがそれぞれ設定されている。
【００２９】
制御部２５は、各種演算処理および通信処理等を行う演算部２９と、演算データ等を一時的に記憶する記憶部３０と、演算処理および通信処理等を行うプログラムを記憶するプログラム記憶部３１と、データやコマンドを外部機器とやり取りするためのインターフェイス部３２を有している。
【００３０】
制御部２５は通信線３３を介して第１および第２温度調節器１９、２２と結ばれており、第１および第２温度調節器１９、２２から熱電対１８および放射温度例２１の検出した温度や加熱操作量等の情報を受信し、第１および第２温度調節器１９、２２へ温度目標値および加熱操作量等の情報を送出し、切替え器２４に配線３４を介して第１および第２温度調節器１９、２２の一方の加熱操作量を選択してサイリスタ２３に供給する信号を送出する。
【００３１】
図２は気相成長装置１０の温度制御方法を示すフローチャートである。容器１１内の保持基板１３に半導体基板１２を載置した後、第１温度制御系２６により保持基板１３を第１の温度まで加熱昇温し、半導体基板１２の温度が安定した後、第２温度制御系に切替えて半導体基板１２を第２の温度まで加熱し、半導体基板１２が第２の温度に安定した後、再び第１温度制御系に切替えて半導体基板１２を第２の温度に維持する場合の例である。
【００３２】
図２に示すように、始に制御部２５により第１温度調節器１９の加熱操作量をサイリスタ２３に供給するように切替え器２４を作動させて第１温度制御系２６を選択する（ステップＳ０１）。
【００３３】
次に、制御部２５により第１温度調節器１９に第１の温度を温度目標値として設定し（ステップＳ０２）、第２温度調節器２２に第２の温度を温度目標値として設定する（ステップＳ０３）。
【００３４】
次に、第１温度調節器１９により温度制御を開始し、保持基板１３が第１の温度になるように加熱昇温し（ステップＳ０４）、保持基板１３を第１の温度に安定させる（ステップＳ０５）。
【００３５】
次に、制御部２５により第２温度調節器２２から放射温度計２１により検出した半導体基板１２の温度を読み出し、読み出した温度を第２温度調節器２２に温度目標値の初期値として設定し、第２温度調節器２２の比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算値が収束するまで、例えば１分程度待機する。  
更に、第１温度調節器１９の加熱操作量を読み出し、読み出した加熱操作量を第２温度調節器２２に加熱操作量の初期値として設定する（ステップＳ０６）。
【００３６】
次に、制御部２５により第２温度調節器２２の加熱操作量をサイリスタ２３に供給するように切替え器２４を作動させて、温度制御を第１温度制御系２６から第２温度制御系２７に切替える（ステップＳ０７）。
【００３７】
このとき、第２温度調節器２２の加熱操作量の初期値が第１温度調節器１９の加熱操作量と等しく、更に第２温度調節器２２の温度目標値の初期値が放射温度計２１により検出した半導体基板１２の温度と等しいので、第１温度制御系２６から第２温度制御系２７への切替えをバンプレスに行うことが可能である。
【００３８】
次に、第２温度制御系２７により温度制御を開始し、半導体基板１２の温度目標値がステップＳ０６で設定した初期値から第２の温度まで徐々に変化させて半導体基板１２を第２の温度になるように加熱し、半導体基板１２を第２の温度に安定させる（ステップＳ０８）。
【００３９】
次に、制御部２５により第１温度調節器１９から熱電対１８により検出した保持基板１３の温度を読み出し、読み出した温度を第１温度調節器１９に温度目標値として設定し、第１温度調節器１９の比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算値が収束するまで、例えば１分程度待機する。  
更に、第２温度調節器２２の加熱操作量を読み出し、読み出した加熱操作量を第１温度調節器１９に加熱操作量の初期値として設定する（ステップＳ０９）。
【００４０】
次に、制御部２５により第１温度調節器１９の加熱操作量をサイリスタ２３に供給するように切替え器２４を作動させて、温度制御を第２温度制御系２７から第１温度制御系２６に切替える（ステップＳ１０）。
【００４１】
このとき、第１温度調節器１９の加熱操作量が第２温度調節器２２の加熱操作量と等しく、更に第１温度調節器１９の温度目標値が熱電対１８により検出した保持基板１３の温度と等しいので、第２温度制御系２７から第１温度制御系２６への切替えをバンプレスに行うことが可能である。
【００４２】
次に、第１温度制御系２６により温度制御を開始し、保持基板１３の温度をステップＳ０９で設定した温度目標値に制御して、半導体基板１２の温度を第２の温度に維持する（ステップＳ１１）。
【００４３】
図３は半導体基板１２の温度制御結果を従来例と比較して示す図で、図３（ａ）が本実施例による温度制御結果、図３（ｂ）が従来例による温度制御結果で、横軸が加熱時間、縦軸が半導体基板１２の温度を示している。
【００４４】
図３から明らかなように、本実施例では温度制御を第１制御系２６から第２温度制御系２７に切替えも滑らかに温度制御が継続している。  
一方、従来例では温度制御を第１制御系２６から第２温度制御系２７への切替え時に大きな温度変動が生じている。
【００４５】
即ち、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、時刻ｔ０で第１温度制御系２６により半導体基板１２の加熱昇温を開始すると、保持基板１３の温度（図示せず）は第１の温度に到達してからオーバーシュートおよびアンダーシュートを繰り返しながら第１の温度に安定する。  
半導体基板１２の温度Ｔは保持基板１３の温度より時間遅れもって追随するので、時刻ｔ１で保持基板１３が第１の温度に安定したときに半導体基板１２が示す温度Ｔ１に到達し、オーバーシュートおよびアンダーシュートを繰り返しながら温度Ｔ１に安定する。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、本実施例では時刻ｔ２で温度制御を第１温度制御系２６から第２温度制御系２７に切替えることにより、半導体基板１２の温度Ｔは時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２へ滑らかな移行部ａを持って変化し、目的の第２の温度Ｔ２に安定する。
【００４７】
時刻ｔ４で温度制御を第２温度制御系２７から第１温度制御系２６に切替えることにより、保持基板１３の温度は導体基板１２が第２の温度Ｔ２に安定したときに保持基板１３が示す温度に制御されるので、滑らかな移行部ｂを持って半導体基板１２の温度Ｔは目的の第２の温度Ｔ２に安定して維持されている。
【００４８】
一方、図３（ｂ）に示すように、従来例では時刻ｔ２で温度制御を第１温度制御系２６から第２温度制御系２７に切替えると、第２温度調節器２２の加熱操作量の初期値が不定のため、制御演算が急激な状態変化に追従できずに大幅な温度変動ｃが発生し、温度変動ｃが収束する時刻ｔ５までに長い時間を要している。
【００４９】
更に、時刻ｔ６で温度制御を第２温度制御系２７から第１温度制御系２６に切替えると、第１温度調節器１９の加熱操作量の履歴と第２温度調節器２２の加熱操作量とにずれがあるため、小幅ながら温度変動ｄが発生している。
【００５０】
図４は本実施例の気相成長装置１０を用いた半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。本実施例は、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｌＰ系の発光層を有する可視発光ダイオードを製造する場合の例である。
【００５１】
図４に示すように、始に容器１１内に半導体基板１２をセットし（ステップ２１）、ステップＳ０１からステップＳ１１に示す工程に従って、キャリアガスとして水素ガスとＧａＡｓ基板からＡｓの揮発を抑制するためにアルシン（ＡｓＨ３）ガスを流しながら半導体基板１２を半導体薄膜の成長温度（第２の温度Ｔ１）に加熱する（ステップ２２）。
【００５２】
次に、原料ガスとして、III族ガスのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族ガスのアルシン、フォスヒン（ＰＨ３）、ｐ型ドーパントガスのジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ｎ型ドーパントガスのシラン（ＳｉＨ４）を適宜流しながら、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層からキャップ層までを順次成長させる（ステップ２３）。  
即ち、図５（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層５２と、ｎ−ＩｎＡｌＰとｎ−ＩｎＧａＡｌＰを交互に積層した光反射層５３と、ｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層５４と、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｌＰを交互に積層したＭＱＷ（Multiple Quantum Well）活性層５５と、ｐ―ＩｎＡｌＰクラッド層５６と、ｐ―ＧａＡｌＡｓ電流拡散層５７と、ｐ―ＩｎＧａＡｌＰ耐湿層５８と、ｐ―ＧａＡｓコンタクト層５９と、ｎ―ＩｎＧａＡｌＰ電流ブロック層６０と、ＩｎＧａＡｌＰキャップ層６１とを順次積層して、半導体エピタキシャル基板５０を形成する。
【００５３】
ここで、ＧａＡｓ基板５１は図３（ａ）に示すように、速やかに成長温度まで加熱され、成長温度に維持されるので、温度制御系の切替え時の温度変動によりＧａＡｓ基板５１からＡｓが揮発するのを防止することが可能である。
【００５４】
その結果、ＧａＡｓ基板からのＡｓの揮発に起因する半導体薄膜の特性劣化がなく、結晶性の良い半導体薄膜が得られる。
【００５５】
次に、半導体基板１２を徐冷して、容器１１から半導体基板１２を取り出し（ステップ２４）、ｐ側電極およびｎ側電極を形成する（ステップ２５）。  
即ち、図５（ｂ）に示すように、半導体エピタキシャル基板５０のキャップ層６１をエッチングにより除去し、中央部にのみ電流ブロック層６０を残置して電流ブロック層６０をエッチングにより除去した後、コンタクト層５９上にｐ側電極６２を形成し、ｐ側電極６２が形成されていないコンタクト層５９をエッチングにより除去する。また、ｎ−ＧａＡｓ基板５１の裏面にはｎ側電極６３を形成する。
【００５６】
次に、ｐ側電極６２およびｎ側電極６３が形成された半導体エピタキシャル基板５０をダイサーによりダイシングして、個々の半導体チップに分割することにより、例えばサイズが３００μｍ□の半導体装置６４が得られる（ステップ２６）。
【００５７】
以上説明したように、本実施例では加熱操作量を引き継いで第１温度制御系２６と第２温度制御系２７を切替えているので、切替えに伴う急激な温度変動を防止して半導体基板１２の温度を正確に制御することができる。
【００５８】
また、第１および第２温度調節器１９、２０を備えているので、熱応答特性の異なる第１および第２温度制御系２６、２７をそれぞれ最適な制御パラメターを設定して温度制御することができる。
【００５９】
その結果、温度変動による半導体基板１２の熱劣化が抑制され、特性劣化のない半導体薄膜が得られる。従って、半導体装置の特性を向上させることができる。
【００６０】
ここでは、第１および第２温度調節器１９、２０が別個独立な温度調整器の場合について説明したが、実質的に独立に機能を果たすものであれば特に限定されない。例えば、２つの温度調節系統を有する多点温度調節器であっても構わない。
【００６１】
また、第１の温度が第２の温度より高い場合について説明したが、特に半導体基板１２が高温に曝される時間を短縮したい場合には第１の温度が第２の温度より低くても構わない。
【実施例２】
【００６２】
図６は、本発明の実施例２に係る気相成長装置の構成を示す断面図である。  
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６３】
本実施例が実施例１と異なる点は、容器内に複数の半導体基板を収納し、半導体基板を加熱する複数のヒータと、複数の温度制御系とを設けたことにある。  
即ち、図６に示すように、本実施例の気相成長装置７０は、容器１１内に複数の半導体基板が収納され、保持基板１３の中央部に半導体基板１２が保持され、保持基板１３の外周部に複数の半導体基板１２ａが半導体基板１２を囲むように環状に配置され保持されている。
【００６４】
容器１１には半導体基板１２、１２ａに原料ガスを均一に供給するために、ガス流入口１６と保持基板１３との間にガス整流板７１が設けられている。
【００６５】
更に、保持基板１３の外周部を過熱するヒータ１４ａと、保持基板１３の外周部の温度を検出する熱電対１８ａと、熱電対１８ａに接続された第３温度調節器１９ａと、容器１１の上部に設けられた透明窓２０ａを介して保持基板１３の外周部に保持された半導体基板１２ａの温度を検出する放射温度計２１ａと、放射温度計２１ａに接続された第４温度調節器２２ａと、第３温度調節器１９ａおよび第４温度調節器２２ａの一方の加熱操作量をヒータ１４ａの加熱電力を制御するサイリスタ２３ａに供給する切替え器２４ａとを具備している。
【００６６】
熱電対１８ａが検出した保持基板１３の外周部の温度は、スリップリング（図示せず）を介して容器１１の外に取り出され、第３温度調節器１９ａに入力される。
【００６７】
放射温度計２１ａが検出した半導体基板１２ａの表面温度は、ケーブル２８ａを介して第４温度調節計２２ａに入力される。
【００６８】
熱電対１８ａと、第３温度調節器１９ａと、サイリスタ２３ａと、ヒータ１４ａと、保持基板１３の外周部を含むフィードバックループにより、ヒータ１４ａを操作して保持基板１３の外周部の温度を制御する第３温度制御系７２（図示せず）が構成されている。
【００６９】
同様に、放射温度計２１ａと、第４温度調節器２２ａと、サイリスタ２３ａと、ヒータ１４ａと、保持基板１３の外周部と、半導体基板１２ａを含むフィードバックループにより、ヒータ１４ａを操作して半導体基板１２ａの温度を制御する第４温度制御系７３（図示せず）が構成されている。
【００７０】
第３および第４温度調節器１９ａ、２２ａは、比例・積分・微分（ＰＩＤ）等の各種演算を行い、且つ熱電対１８ａおよび放射温度例２１ａの検出した温度や加熱操作量を外部に伝送し、外部から温度目標値や加熱操作量を受信して設定する機能を有する、例えばマイクロコンピュータを用いたコントローラである。
【００７１】
第３および第４温度調節器１９ａ、２２ａには、第３温度制御系７３および第４温度制御系７４の熱応答特性に即した最適な比例・積分・微分（ＰＩＤ）などの制御パラメターがそれぞれ設定されている。
【００７２】
放射温計２１ａは、保持基板１３の外周部に保持された半導体基板１２ａが回転中心と離れているので、半導体基板１２ａの表面温度と保持基板１３の表面温度を交互に周期的に検出する。
【００７３】
そのため、見かけ上半導体基板１２ａの温度が周期的に変動して温度制御が不安定になるので、放射温度計２１ａは保持基板１３の回転に同期して半導体基板１２ａの温度だけを検出することが望ましい。
【００７４】
また、保持基板１３の回転数が放射温度検出器２１ａの応答速度より十分高い場合には、放射温度検出器２１ａが検出する温度は平均化されて見掛けの温度変動は抑制されるので、温度制御に影響を及ぼさない範囲内においてはそのまま使用しても構わない。
【００７５】
以上説明したように、本実施例に係る気相成長装置７０は、複数の半導体基板１２、１２ａの温度を正確に制御できるので、高い生産性が得られる利点がある。
【００７６】
第１温度検出器は、接触タイプの温度計であれば特に限定されず、熱電対１８および測温抵抗体、例えば白金抵抗温度計などの各種のセンサが利用可能であり、保持基板１３またはヒータ１４に電気的に絶縁されて取り付けられる。
【００７７】
第２温度検出器は、非接触タイプの赤外線センサであれは特に限定されず、量子型センサ、例えば光起電力効果、光導電効果、光電子放出効果を利用する各種のセンサ、および熱型センサ、例えば熱起電力効果、焦電効果、熱電対効果を利用する各種のセンサが利用可能であり、容器１１の透明窓２０ａを介して半導体基板１２が見渡せる位置、例えば上方垂直または上方斜め方向に取り付けられる。
【００７８】
第１温度調節器１９は、第１温度検出器１８が検出した保持基板１３の温度を温度目標値と比較して比例・積分・微分（ＰＩＤ）等の各種演算を行い、その演算結果に基づいて保持基板１３の加熱操作量等の情報を外部に出力するものであれば良く、アナログ式またはデジタル式のいずれも利用可能である。
【００７９】
同様に、第２温度調節器２２は、第２温度検出器が検出した半導体基板１２の温度を温度目標値と比較して比例・積分・微分（ＰＩＤ）等の各種演算を行い、その演算結果に基づいて保持基板１３の加熱操作量等の情報を外部に出力するものであれば良く、アナログ式またはデジタル式のいずれも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施例１に係る気相成長装置を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る温度制御動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体基板の温度制御結果を従来例と比較して示す図。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施例１に係る半導体装置の構造を示す断面図。
【図６】本発明の実施例２に係る気相成長装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００８１】
１０、７０  気相成長装置
１１  容器
１２、１２ａ  半導体基板
１３  保持基板
１４、１４ａ  ヒータ（加熱手段）
１５  回転胴
１６  ガス流入口
１７ａ、１７ｂ  ガス排気口
１８、１８ａ  熱電対（第１温度検出器）
１９  第１温度調節器
１９ａ  第３温度調節器
２０、２０ａ  透明窓
２１  放射温度計（第２温度検出器）
２２  第２温度調節器
２２ａ  第４温度調節器
２３、２３ａ  サイリスタ
２４、２４ａ  切替え器
２５  制御部
２６  第１温度制御系
２７  第２温度制御系
２８、２８ａ、３４  配線
２９  演算部
３０  データ記憶部
３１  プログラム記憶部
３２  インターフェイス
３３  通信線
５０  半導体エピタキシャル基板
６２  ｐ側電極
６３  ｎ側電極
６４  半導体装置
７１  整流板
７２  第３温度制御系
７３  第４温度制御系
【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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