(57)【要約】【課題】成膜コストが安価で、均一性がよく、高品位な結晶膜の成長が可能な有機金属気相成長装置および気相成長方法を提供する。【解決手段】複数種の有機金属材料ガス発生器と、有機金属材料ガス発生器で発生させた各有機金属材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構と、複数の成膜室と、前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管とを備え、各分岐機構成膜室間配管には、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構が設けられてなることを特徴とする有機金属気相成長装置、ならびに、当該装置を用いた気相成長方法。【選択図】図１
2007242875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種の有機金属材料ガス発生器と、
有機金属材料ガス発生器で発生させた各有機金属材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構と、
複数の成膜室と、
前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管とを備え、
各分岐機構成膜室間配管には、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構が設けられてなることを特徴とする有機金属気相成長装置。
【請求項２】
有機金属材料ガス発生器と、
ドーパント材料ガス供給機構と、
有機金属材料ガス発生器で発生させた有機金属材料ガスおよびドーパント材料ガス供給機構にて供給されるドーパント材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構と、
複数の成膜室と、
前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスおよび各ドーパント材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管とを備え、
各分岐機構成膜室間配管には、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構が設けられてなることを特徴とする有機金属気相成長装置。
【請求項３】
有機金属材料ガス以外の材料ガスを供給する材料ガス供給機構をさらに備える、請求項１または２に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項４】
前記材料ガス供給機構から供給される材料ガスがアンモニアを含むことを特徴とする請求項３に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項５】
前記有機金属材料ガス発生器で発生させる有機金属材料ガスの種類はトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、トリエチルアルミニウム、トリエチルインジウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機金属気相成長装置。
【請求項６】
前記ドーパント材料ガスがシランを含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の有機金属気相成長装置。
【請求項７】
同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管の内体積は、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の内体積の平均値の±２％以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の有機金属気相成長装置。
【請求項８】
各成膜室からの排ガスを排ガス配管に導出するための排気配管内における圧力を調整するための圧力調整機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の有機金属気相成長装置。
【請求項９】
前記圧力調整機構が排気配管同士を互いに接続する接続配管である、請求項８に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１０】
前記接続配管の管路抵抗値は、排気配管における接続配管が接続された部分から排ガス配管までの配管の管路抵抗の２倍以上であることを特徴とする請求項９に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１１】
排気配管における成膜室に接続された部分から接続配管が接続された部分までの配管に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項９に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１２】
圧力調整機構は、排気配管内の圧力を計測する手段と、前記手段により計測された圧力が排気配管間で等しくなるように制御を行なう圧力制御弁とを備える、請求項８に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の有機金属気相成長装置を用いて、各成膜室内で成膜処理を行なうことを特徴とする気相成長方法。
【請求項１４】
同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管のガス滞留時間と、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の平均ガス滞留時間との差が±１秒以下であることを特徴とする、請求項１３に記載の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属材料を用いる気相成長装置、および当該装置を用いた気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの分野において、所望の組成を有する薄膜を形成する成膜処理技術に対する要求がますます高まってきている。その中で特に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）法は、光デバイスや高速デバイスなどに有用な化合物半導体の薄膜を形成する成膜処理技術として注目されている。
【０００３】
このＭＯＣＶＤ法による成膜コスト削減のためには、成長基板１枚あたりの装置コストを低減させることが重要である。
【０００４】
図６は、ＩｎＧａＮ結晶成長を行なう一般的なＭＯＣＶＤ装置１０１を模式的に示す図である。図６に示す例のＭＯＣＶＤ装置１０１は、たとえば、内部に配置した基板上に成膜処理を施すための成膜室１０２と、キャリアガスである水素を供給するための配管１０３と、Ｖ族材料ガスであるアンモニアガスを供給するための配管１０４と、ｎ型ドーパント材料ガスであるシラン（ＳｉＨ4）を供給するための配管１０５と、ＩＩＩ族の有機金属材料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＴＭＩ（トリメチルインジウム）の発生器１０８，１０９でそれぞれ発生したＴＭＧ、ＴＭＩを供給するための配管１０６，１０７とを備える。
【０００５】
図６に示す例のＭＯＣＶＤ装置１０１において、アンモニア源（図示せず）で発生されたアンモニアガスは、配管１０４に接続されたＶ族材料ガス供給配管１１０を介して、成膜室１０２に導入されるように構成されている。また、水素源（図示せず）で発生された水素ガスの一部は、ＴＭＧ発生器１０８およびＴＭＩ発生器１０９に供給され、ＴＭＧ発生器１０８およびＴＭＩ発生器１０９でそれぞれ発生されたＴＭＧ蒸気と水素との混合ガス、ＴＭＩ蒸気と水素ガスとの混合ガスが、それぞれ配管１０６，１０７を介してＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１に導入され、当該ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１内で混合されるよう構成されている。また、シランガス源（図示せず）で発生されたシランガスは、配管１０５を介してＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１に導入され、当該ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１内でＴＭＧおよびＴＭＩの有機金属材料ガスと混合される。このようにしてＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１内で混合された水素、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびシランの混合ガスが、成膜室１０２内に導入される。Ｖ族材料ガス供給配管１１０およびＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１を介して成膜室１０２内にそれぞれ導入された材料ガスは、成膜室１０２内の加熱機構により昇温され、化学反応を生じて、成膜室１０２の内部に配置された基板（図示せず）上に、所望のＩｎＧａＮ結晶膜を形成する。
【０００６】
また、ＭＯＣＶＤ装置１０１において、配管１０３，１０５，１０６，１０７は、それぞれ中途で分岐して、ＩＩＩ族ガスベント配管１１２に接続されており、配管１０３，１０４は中途で分岐して、Ｖ族ガスベント配管１１３に接続されている。ＩＩＩ族ガスベント配管１１２およびＶ族ガスベント配管１１３は、成膜室１０２からの排ガスを導出するための排ガス配管１１４に接続される。配管１０３，１０４，１０５，１０６，１０７、Ｖ族材料ガス供給配管１１０、ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１、ＩＩＩ族ガスベント配管１１２、Ｖ族ガスベント配管１１３には、通常、材料ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ、図中白抜きの四角で示している）および弁（図中、略号で示している）がそれぞれ接続されている。
【０００７】
図６に示したようなＭＯＣＶＤ装置を用いた成膜のコストを削減する手法としては、たとえば、成膜室を大型化し多数枚大面積の基板を配置する手法があるが、この場合、１つの成膜室内の大面積範囲で成膜を行なうことになるので、基板間の均一性を向上させることが困難であり、高品位の結晶膜を量産することができないという問題がある。
【０００８】
そのため、成膜コスト削減の別の手法として、特開２００２−３１３７３１号公報（特許文献１）に記載されている技術がある。図７には、この特許文献１に開示された例のＭＯＣＶＤ装置１２１を示している。特許文献１に開示されたＭＯＣＶＤ装置１２１は、複数の成膜室（図７に示す例では、２個の成膜室１２２，１２３）を備え、Ｖ族ガス材料供給配管１１０およびＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１がそれぞれ成膜室の数だけ分岐されており、１つのガス源から供給される材料ガスを複数の成膜室に供給することで成膜処理を可能とする構成となっていること以外は、図６に示した例のＭＯＣＶＤ装置１０１と同様の構成を有している。なお、図７において、図６に示した例のＭＯＣＶＤ装置１０１と同様の構成を有する部分には、同一の参照符を付して説明を省略する。
【０００９】
図７に示す例のＭＯＣＶＤ装置１２１は、Ｖ族材料ガス供給配管１１０は分岐機構１２４で分岐され、分岐機構１２４に接続された分岐機構成膜室間配管１２５，１２６が、成膜室１２２，１２３にそれぞれ接続されている。また、ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１も、分岐機構１２７で分岐され、分岐機構１２７に接続された分岐機構成膜室間配管１２８，１２９が、成膜室１２２、１２３にそれぞれ接続されている。なお、ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１から分岐された分岐機構成膜室間配管１２８，１２９の中途には、ＭＦＣ１３０，１３１がそれぞれ接続されている。また成膜室１２２，１２３からの排ガスは、それぞれ排気配管１３２，１３３を介して排ガス配管１１４に導出されるように構成されている。さらに、ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１は、その中途に各材料ガスを混合するための混合器１３４および圧力計１３５が設けられるとともに、ＩＩＩ族ガスベント配管１１２に分岐接続されており、圧力計１３５で測定された混合器１３４で混合されたＩＩＩ族材料ガスの圧力に応じ、ＩＩＩ族材料ガスをＩＩＩ族ガスベント配管１１２に排出し得るように構成される。
【００１０】
図７に示した例の特許文献１に開示されたＭＯＣＶＤ装置１２１によれば、発生可能なガスを２倍に増加させた構成にしても、ガス源のコストは２割程度しか増加しない。ガス源を含むガス供給系のコストは全装置の１／３〜１／２程度の大きな割合を占めるため、図７に示したような装置構成をとることで、比較的安価な装置コストで高品位の結晶膜を多数成長することができる。
【００１１】
また、たとえば特開２００２−２１２７３５号公報（特許文献２）には、１つの材料供給システムと材料ガス分岐システムと複数のリアクター（成膜室）とを具備した気相成長装置において、材料ガス分岐システムが１本の配管からなる導入領域と、各リアクターに一対一に対応する分岐配管からなり、それぞれの分岐配管が制御機構を具備する気相成長装置が開示されている。このような特許文献２に開示された装置では、各リアクターごとの最適条件に合わせて材料ガスを供給することができ、高い歩留りで半導体薄膜を成長させることが可能となる。
【００１２】
さらに、たとえば特開平１１−３２３５５９号公報（特許文献３）には、加熱部を有する複数の反応炉（成膜室）と、各反応炉へ反応材料を供給する複数の供給管路と、複数の流入管、排出管、切替弁とを有し、各流入管に流入された材料を排出管のいずれの１つにも切替排出できる複数のマニホールドバルブと、各マニホールドバルブの各排出管を対応する供給管路に各々連結する複数の接続管と、キャリアガス源と、排出管へ供給するキャリアガスの流量を調節する流量調節器とを具備するＣＶＤ装置が開示されている。このような特許文献３に開示された装置によれば、マニホールドバルブを切り替えることにより異なる成分の層の膜を交互に成膜して多層膜を形成することができ、当該多層膜の膜切替において圧力の変動が生じず、しかも原材料を有効に利用して同時に複数の膜を成長させることができる。
【特許文献１】特開２００２−３１３７３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２１２７３５号公報
【特許文献３】特開平１１−３２３５５９号公報
【特許文献４】特開平９−１９１１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図７に示した分岐型ＭＯＣＶＤ装置１２１では、成膜室１２２，１２３には、ＴＭＧ、ＴＭＩ、シラン（および水素）を混合したガスが、ＩＩＩ族材料ガス供給配管１１１から分岐機構１２７にて分岐され、ＭＦＣ１３０，１３１にて各供給ガス量を調節された上で、分岐機構成膜室間配管１２８，１２９を介して供給される。このため、両成膜室１２２，１２３への供給ガスのＴＭＧ：ＴＭＩの比率またはＴＭＧ：シランの比率は同一にしかならない。両成膜室１２２，１２３が全く同一の構造でガスの加熱状態なども等しい理想的な状況下では、同一比率、同一量のＴＭＧ：ＴＭＩガスを両成膜室に供給すれば同一の結晶膜が両成長室で成長する筈であるが、実際には複数の成膜室間での成長結晶膜には、膜厚、組成比、ドーパント濃度などの差異が生じてしまう。
【００１４】
また、図７に示す分岐型ＭＯＣＶＤ装置１２１では、膜厚の差異に関しては、ＭＦＣ１３０，１３１で材料ガス供給量を変化させることで調整可能であるが、Ｇａ：Ｉｎの組成比の差異に対しては調整手段がない。また結晶中のｎ型ドーパントであるＳｉの濃度差異に対しても同様に調整手段がない。これらの不具合については、特許文献２に開示された装置についても同様のことがいえる。
【００１５】
また、特許文献３に開示された装置では、各原料ガスの流量制御をマニホールドバルブの上流に設けられた流量調整器を用いて行なわれているため、複数の成膜室に分岐させた配管ごとに異なる流量制御を行なうことができない。また、特許文献３に開示された装置では、成膜室間の原料ガス（たとえばＴＥＧ）の流量、組成比を制御するためには、成膜室の数に応じた数の原料ガスの発生器を設けなければならないという不具合がある。さらに、特許文献３で用いられているマニホールドバルブは、専ら供給する原料ガスの種類を切り替えるためのものであり、同じマニホールドバルブに接続された原料ガスを複数種混合させて成膜を行なうことができない。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、成膜コストが安価で、均一性がよく、高品位な結晶膜の成長が可能な有機金属気相成長装置および気相成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の有機金属気相成長装置は、複数種の有機金属材料ガス発生器と、有機金属材料ガス発生器で発生させた各有機金属材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構と、複数の成膜室と、前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管とを備え、各分岐機構成膜室間配管には、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構が設けられてなることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、有機金属材料ガス発生器と、ドーパント材料ガス供給機構と、有機金属材料ガス発生器で発生させた有機金属材料ガスおよびドーパント材料ガス供給機構にて供給されるドーパント材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構と、複数の成膜室と、前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスおよび各ドーパント材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管とを備え、各分岐機構成膜室間配管には、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構が設けられてなることを特徴とする有機金属気相成長装置も提供する。
【００１９】
本発明の有機金属気相成長装置は、有機金属材料ガス以外の材料ガスを供給する材料ガス供給機構をさらに備えることが好ましく、当該材料ガス供給機構から供給される材料ガスはアンモニアを含むことがより好ましい。
【００２０】
本発明の有機金属気相成長装置において、前記有機金属材料ガス発生器で発生させる有機金属材料ガスの種類はトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、トリエチルアルミニウム、トリエチルインジウムのいずれかを含むことが好ましい。
【００２１】
また本発明の有機金属気相成長装置において、前記ドーパント材料ガスがシランを含むことが好ましい。
【００２２】
本発明の有機金属気相成長装置は、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管の内体積は、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の内体積の平均値の±２％以下であることが好ましい。
【００２３】
また本発明の有機金属気相成長装置は、各成膜室からの排ガスを排ガス配管に導出するための排気配管内における圧力を調整するための圧力調整機構をさらに備えることが好ましい。
【００２４】
本発明における圧力調整機構は、たとえば、排気配管同士を互いに接続する接続配管であることが好ましい。この場合において、前記接続配管の管路抵抗値は、排気配管における接続配管が接続された部分から排ガス配管までの配管の管路抵抗の２倍以上であることがより好ましい。また、排気配管における成膜室に接続された部分から接続配管が接続された部分までの配管に逆止弁を設けるようにしてもよい。
【００２５】
本発明における圧力調整機構は、また、たとえば排気配管内の圧力を計測する手段と、前記手段により計測された圧力が排気配管間で等しくなるように制御を行なう圧力制御弁とを備えるように実現されてもよい。
【００２６】
本発明は、上述した本発明の有機金属気相成長装置を用いて、各成膜室内で成膜処理を行なうことを特徴とする気相成長方法も提供する。
【００２７】
本発明の気相成長方法においては、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管のガス滞留時間と、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の平均ガス滞留時間との差が±１秒以下であることが、好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、安価で多数枚の高品位な結晶膜成長が可能であり、かつ、成膜均一性のよい有機金属気相成長装置および気相成長方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施態様の有機金属気相成長装置１を模式的に示す図である。本発明の第１の実施態様の有機金属気相成長装置は、複数種の有機金属材料ガス発生器（図１に示す例では、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）発生器２およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）発生器３）と、有機金属材料ガス発生器で発生させた各有機金属材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構（図１に示す例では、ＴＭＧ配管４を介してＴＭＧ発生器２に連結されたＴＭＧ供給配管５を分岐させる分岐機構６、ならびに、ＴＭＩ配管７を介してＴＭＩ発生器３に連結されたＴＭＩ供給配管８を分岐させる分岐機構９）と、複数の成膜室（図１に示す例では、２つの成膜室１０，１１）と、前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管（図１に示す例では、分岐機構６と成膜室１０，１１間にそれぞれ連結された分岐機構成膜室間配管１２，１３、ならびに、分岐機構９と成膜室１０，１１間にそれぞれ連結された分岐機構成膜室間配管１４，１５）とを基本的に備える。本発明の有機金属気相成長装置は、上記基本構成に加えて、各分岐機構成膜室間配管に、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構（図１に示す例では、分岐機構成膜室間配管１２，１３，１４，１５の中途にそれぞれ設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６，１７，１８，１９）が設けられてなることを特徴とする。
【００３０】
本発明の第１の実施態様の有機金属気相成長装置において用いられる有機金属材料ガスは、当分野において従来より広く用いられているものを所望の膜組成に応じて適宜用いることができ、特に制限されるものではないが、たとえば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）から選ばれる少なくとも２種を好ましく用いることができる。図１には、上記中でも、有機金属材料ガスとしてＴＭＧとＴＭＩとを組み合わせて用いた例を示している。
【００３１】
本発明における有機金属材料ガス発生器は、用いる有機金属材料ガスを発生し得る従来公知の適宜の発生器を用いることができ、特に制限されるものではない。有機金属材料ガス発生器は、所望の膜組成に応じて、複数種を適宜組み合わせて用いることができる。図１には、ＴＭＧ発生器２およびＴＭＩ発生器３を組み合わせて用いた例を示しているが、勿論これに限定されるものではない。
【００３２】
本発明の有機金属材料ガス発生器は、通常、キャリアガスを供給し得る配管を備える。キャリアガスとしては、当分野において通常用いられるガスを特に制限なく用いることができ、たとえば水素、窒素などを例示することができるが、ＧａＮ結晶成長においては水素をキャリアガスとして用いた方が結晶品位が向上するため、水素をキャリアガスとして用いることが好ましい。図１に示す例では、水素源（図示せず）で発生された水素は、水素供給配管２０を介して供給され、この水素供給配管２０は中途に設けられた分岐機構２１，２２で分岐して、水素ガスの一部が上述したＴＭＧ供給配管５およびＴＭＩ供給配管８に供給されるように構成されている。また水素供給配管２０は、分岐機構２３でも分岐しており、この分岐機構２３に接続された配管２４によりＴＭＧ発生器２およびＴＭＩ発生器３にそれぞれ供給されるように構成されており、ＴＭＧ発生器２およびＴＭＧ配管４を介してＴＭＧ供給配管５に、ＴＭＩ発生器３およびＴＭＩ配管７を介してＴＭＩ供給配管８に、それぞれ水素ガスの一部が供給されるように構成されている。
【００３３】
図１に示す例の有機金属気相成長装置１において、ＴＭＧ発生器２で発生されたＴＭＧ蒸気は、水素と混合され、ＴＭＧ配管４を介してＴＭＧ供給配管５に供給され、分岐機構６で分岐されて、分岐機構成膜室間配管１２，１３を介して成膜室１０，１１にそれぞれ供給される。同様に、ＴＭＩ発生器３で発生されたＴＭＩ蒸気は、水素と混合され、ＴＭＩ配管７を介してＴＭＩ供給配管８に供給され、分岐機構９で分岐されて、分岐機構成膜室間配管１４，１５を介して成膜室１０，１１にそれぞれ供給される。
【００３４】
本発明の有機金属気相成長装置においては、各有機金属材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管に、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構が設けられてなる。図１には、上述したように、分岐機構成膜室間配管１２，１３，１４，１５の中途にそれぞれ設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６，１７，１８，１９が設けられてなる例を示している。本発明に用いるＭＦＣは、当分野において従来より広く用いられているものとを特に制限なく用いることができる。このようなＭＦＣ１６，１７，１８，１９が分岐機構成膜室間配管１２，１３，１４，１５の中途にそれぞれ設けられてなることで、分岐機構６で分岐されたＴＭＧ蒸気と水素との混合ガス、ならびに、分岐機構９で分岐されたＴＭＩ蒸気と水素との混合ガスは、それぞれ供給流量が制御されて、成膜室１０，１１に供給されることになる。
【００３５】
本発明の有機金属気相成長装置は、所望の膜組成に応じて、有機金属材料ガス以外の材料ガスを供給する材料ガス供給機構を一般的には備えている。当該有機金属材料ガス以外の材料ガスとしては、当分野において従来より広く用いられている材料ガスを特に制限なく用いることができる。このような有機金属材料ガス以外の材料ガスは、所望の膜の非金属材料種に合わせて選択されるが、たとえばアンモニア、アルシン、ホスフィンなどのＶ族材料ガスを挙げることができる。ＩｎＧａＮなどの窒化物化合物半導体成長においては、比較的危険性が少なく、安価であることから、当該有機金属材料ガス以外の材料ガスはアンモニアを含むことが好ましい。
【００３６】
図１に示す例の有機金属気相成長装置１においては、アンモニア源（図示せず）で発生されたアンモニアガスが、Ｖ族材料ガス配管２５およびＶ族材料ガス供給配管２６を介して供給されるように構成されている。このＶ族材料ガス供給配管２６には、上述した水素供給配管２０が分岐機構２７を介して接続されており、Ｖ族材料ガス供給配管２６内で、水素ガスとアンモニアガスとが混合されるように構成されている。またＶ族材料ガス供給配管２６は分岐機構２８にて中途で分岐しており、分岐機構２８に接続された分岐機構成膜室間配管２９，３０を介して、水素ガスとアンモニアガスとの混合ガスが成膜室１０，１１にそれぞれ供給される。
【００３７】
本発明の有機金属気相成長装置１における成膜室１０，１１は、通常、その内部に１または複数枚の基板と加熱機構が配置されている。成膜室１０，１１に導入されたアンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＩを含む材料ガスは、混合しつつ加熱機構で昇温されながら基板に接触し化学反応を生じて、基板上にＩｎＧａＮ結晶膜を形成する。なお、図１には、２つの成膜室１０，１１を備える場合を例示しているが、本発明においては２つ以上の成膜室を備えていても勿論よく、その場合には、成膜室の数に応じて、有機金属材料ガスが分岐されて供給されるように、分岐機構成膜室間配管が設けられる。
【００３８】
このような本発明の第１の実施態様の有機金属気相成長装置によれば、複数種類の有機金属材料を用いて混晶膜を成長させる場合に、複数の成膜室間での混晶組成比の差異がなくなるように供給材料の調整が可能となり、混晶比均一性の良好な結晶成長を実現することができる。
【００３９】
詳しく述べると、成膜室１０，１１に供給されるＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスの流量は、ＭＦＣ１６，１７によって、原則的には等量供給される。また、成膜室１０，１１に供給されるＴＭＩ蒸気と水素との混合ガスの流量も、ＭＦＣ１８，１９によって、原則的には等量供給される。両成膜室１０，１１が全く同一の構造でガスの加熱状態なども等しい理想的な状況下では、両成膜室１０，１１に対し均等にＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスおよびＴＭＩ蒸気と水素との混合ガスを供給すれば、同一の結晶膜が両成膜室１０，１１で成長するはずであるが、実際には両成膜室１０，１１間の微細な条件差（たとえば流路構成物の加工寸法差によるガス流の違い、成膜室内壁への付着物状況の差による加熱状態の違い、排気配管の詰まり具合の差による成膜室内圧力の差など）で、成膜室１０，１１間の成長結晶膜には、膜厚、組成比などの差異が生じてしまう。
【００４０】
ＩｎＧａＮ膜の成長においては、Ｖ族材料であるアンモニアガスの供給ｍｏｌ数をＩＩＩ族材料であるＴＭＧおよびＴＭＩの供給ｍｏｌで割ったＶ／ＩＩＩ比が数千程度の高い比率である、Ｖ族材料過剰供給条件で成膜することが一般的である。このような高Ｖ／ＩＩＩ比状況下では、アンモニアガスの供給量は成膜結果に大きな影響を与えない。ＩＩＩ族材料の供給量の大小がＩｎＧａＮ膜の成長速度に対応し、ＴＭＧの供給量とＴＭＩの供給量の比率がＩｎＧａＮ結晶中のＧａＮとＩｎＮの比率に対応する。なお一般的には、ＩＩＩ族材料の供給量とＩｎＧａＮ膜の成長速度の対応関係は線形の比例関係ではなく、ＴＭＧの供給量とＴＭＩの供給量の比率も同様に、ＩｎＧａＮ結晶中のＧａＮとＩｎＮと線形比例関係ではない。
【００４１】
したがって、たとえば、成膜室１０で成長させた結晶膜の方がＩｎＧａＮ結晶中のＩｎ比（ＩｎＮ／（ＧａＮ＋ＩｎＮ））が高くなってしまった場合には、Ｉｎ比調整操作として、ＭＦＣ１８で制御している成膜室１０へのＴＭＩ供給量を減少させ、成膜室１０で成長させた結晶膜中のＩｎ比が成膜室１１で成長させたＩｎ比と等しくなるように調整することができる。またたとえば、成膜室１０で成長させた結晶の膜厚が、成膜室１１で成長させた結晶の膜厚より薄かった場合には、膜厚調整操作として、ＭＦＣ１６で制御している成膜室１０へのＴＭＧ供給量と、ＭＦＣ１８で制御している成膜室１０へのＴＭＩ供給量を増加させ、成膜室１０で成長させた結晶膜厚が成膜室１１で成長させた結晶膜厚と等しくなるように調整することもできる。なお一般的には、ＴＭＧとＴＭＩの量を共に同一倍率で増量させてもＩｎＧａＮ結晶中のＩｎ比が若干変化することもあるが、上記のＩｎ比調整操作と膜厚調整操作を繰り返すことで、成膜室１と成膜室２間で所望の均一性を有する結晶膜を成長させることができる。
【００４２】
本発明の有機金属気相成長装置は、図１に示す例のように、通常、有機金属材料ガスのいずれかを成膜に使用しない場合に、これらを排ガス配管３３へ導出するためのベント配管（ＩＩＩ族ガスベント配管３１）、ならびに、有機金属材料ガス以外の材料ガスを成膜に使用しない場合に、これを排ガス配管３３へ導出するためのベント配管（Ｖ族ガスベント配管３２）を備える。ＩＩＩ族ガスベント配管３１には、ＴＭＧ配管４およびＴＭＩ配管７がそれぞれ中途で分岐した配管３４，３５が連結されており、また、水素供給配管２０も中途で分岐して接続される。また、Ｖ族ガスベント配管３２には、Ｖ族材料ガス配管２５が中途で分岐した配管３６が連結されており、また水素供給配管２０も中途で分岐して接続される。排ガス配管３３には、上述したＩＩＩ族ガスベント配管３１およびＶ族ガスベント配管３２の他、成膜室１０，１１からの排ガスをそれぞれ導出するための排気配管３７，３８が接続されており、排ガス処理装置（図示せず）へと排ガスを排出する。
【００４３】
図１に示す例の有機金属気相成長装置１では、ＴＭＧ発生器２に接続されたＴＭＧ配管４および当該ＴＭＧ配管４から分岐してＩＩＩ族ガスベント配管３１に接続された配管３４、ならびに、ＴＭＩ発生器３に接続されたＴＭＩ配管７および当該ＴＭＩ配管から分岐してＩＩＩ族ガスベント配管３１に接続された配管３５の中途には、それぞれ、弁３９，４０，４１，４２が設けられている。また、Ｖ族材料ガス配管２５および当該Ｖ族材料ガス配管２５から分岐してＶ族ガスベント配管３２に接続された配管３６にも、それぞれ弁４３，４４が設けられる。弁３９，４０は、成膜にＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスを使用するか否かに応じ、開閉制御される。すなわち、成膜にＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスを使用する場合には、弁３９が開かれ、かつ弁４０が閉じられることで、ＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスはＴＭＧ供給配管５に供給され、上述したように成膜室１０，１１に供給される。一方、成膜にＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスを使用しない場合には、弁３９が閉じられ、かつ弁４０が開かれることで、ＴＭＧ蒸気と水素との混合ガスはＩＩＩ族ベント配管３１に排出され、排ガス配管３３を介して排ガス処理装置（図示せず）に排出される。弁４１，４２も、同様に、成膜にＴＭＩ蒸気と水素との混合ガスを使用するか否かに応じて、開閉制御される。また、弁４３，４４も、同様に、成膜にアンモニアガスを使用するか否かに応じて、開閉制御される。
【００４４】
本発明の有機金属気相成長装置１では、図１に示す例のように、水素供給配管２０とＴＭＧ発生器２およびＴＭＩ発生器３とを分岐接続する配管２４、ＴＭＧ供給配管５、ＴＭＩ供給配管８、Ｖ族材料ガス配管２５、Ｖ族材料ガス供給配管２６、ＩＩＩ族ベント配管３１およびＶ族ベント配管３２の中途に、それぞれＭＦＣ４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２が設けられ、各配管における供給流量を制御し得るように構成されることが好ましい。
【００４５】
また、本発明の有機金属気相成長装置は、図１に示す例のように、ＴＭＧガス供給配管５の中途に圧力計５３が設けられ、さらに配管５４を介してＩＩＩ族ガスベント配管３１に分岐接続されている。そして、この配管５４の中途には、圧力計５３の出力により制御される機構を内蔵した圧力制御弁５５が設けられる。同様に、ＴＭＩガス供給配管８の中途にも圧力計５６が設けられ、さらに配管５７を介してＩＩＩ族ガスベント配管３１に分岐接続され、配管５７の中途には、圧力計５６の出力により制御される機構を内蔵した圧力制御弁５８が設けられる。このような構成により、ＴＭＧガス供給配管５、ＴＭＩガス供給配管８内の余剰なガスは、ＩＩＩ族ガスベント配管３１に排出され、ＴＭＧガス供給配管５、ＴＭＩガス供給配管８内の圧力を、圧力制御弁５４，５７でそれぞれ設定した一定値に制御することができる。
【００４６】
図２は、本発明の第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１を模式的に示す図である。なお、図２に示す例の有機金属気相成長装置６１は、図１に示した例の有機金属気相成長装置１と一部を除いてほぼ同様の構成を有しており、同様の構成を有する部分については、同一の参照符を付して説明を省略する。
【００４７】
本発明の第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１は、有機金属材料ガス発生器（図２に示す例では、ＴＭＧ発生器２）と、ドーパント材料ガス供給機構（図２に示す例では、シランガス発生源（図示せず）およびシランガス配管６２）と、有機金属材料ガス発生器で発生させた有機金属材料ガスおよびドーパント材料ガス供給機構にて供給されるドーパント材料ガスをそれぞれ分岐させる複数の分岐機構（図２に示す例では、ＴＭＧ配管４を介してＴＭＧ発生器２に連結されたＴＭＧ供給配管５を分岐させる分岐機構６、ならびに、シランガス配管６２に接続されたシランガス供給配管６３を分岐させる分岐機構６４）と、複数の成膜室（図２に示す例では、２つの成膜室１０，１１）と、前記分岐機構で分岐された各有機金属材料ガスおよび各ドーパント材料ガスを独立した配管系統にて各成膜室に導入するための複数の分岐機構成膜室間配管（図２に示す例では、分岐機構６と成膜室１０，１１間にそれぞれ連結された分岐機構成膜室間配管１２，１３、ならびに、分岐機構６４と成膜室１０，１１間にそれぞれ連結された分岐機構成膜室間配管６５，６６）とを基本的に備える。本発明の有機金属気相成長装置は、上記基本構成に加えて、各分岐機構成膜室間配管に、ガスの流量を調節し得るガス流量調節機構（図２に示す例では、分岐機構成膜室間配管１２，１３，６５，６６の中途にそれぞれ設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６，１７，６７，６８）が設けられてなることを特徴とする。
【００４８】
図２に示す例の本発明の第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１において用いられる有機金属材料ガスは、特に制限されるものではないが、本発明の第１の実施態様の有機金属気相成長装置１において好ましく用いられる、上述したトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）から選ばれる少なくとも１種を好ましく用いることができる。なお、当該第２の実施態様においては、有機金属材料ガスは、所望の膜組成に応じて、１種または複数種を適宜用いることができる。また図２では、有機金属材料ガス発生器として、ＴＭＧ発生器２を用いた場合を例示しているが、勿論これに限定されるものではなく、また、目的に応じて複数の有機金属材料ガス発生器を備えていてもよい。
【００４９】
図２に示す例の本発明の第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１において用いられるドーパント材料ガス供給機構にて供給されるドーパント材料ガスとしては、特に制限されるものではなく、当分野において従来より広く用いられているドーパント材料ガスを所望の膜組成に応じて適宜選択して用いることができる。このようなドーパント材料ガスとしては、たとえば、シランなどを例示することができる。なお、本発明の第２の実施態様においては、ドーパント材料ガスについても、複数種用いるようにしてもよい。
【００５０】
図２に示す例では、ドーパント材料ガスであるシランガスは、シランガス配管６２を介してシランガス供給配管６３に供給される。シランガス供給配管６３には、キャリアガスである水素を供給する水素供給配管２０が分岐機構６９を介して分岐接続され、シランガス供給配管６３内で、シランガスと水素との混合ガスが得られる。このシランガスと水素との混合ガスは、分岐機構６４にて分岐され、分岐機構成膜室間配管６５，６６を介して成膜室１０，１１に供給される。この際、シランガスと水素との混合ガスは、分岐機構成膜室間配管６５，６６の中途にそれぞれ設けられたＭＦＣ６７，６８によって、流量を制御されながら、供給される。
【００５１】
図２に示すような本発明の第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１によれば、ドーパントを混入させた結晶膜を成長させる場合に、複数の成膜室間でのドーパント濃度の差異がなくなるように供給材料の調整が可能となり、ドーパント濃度均一性の良好な結晶成長を実現することができる。有機金属材料ガスにドーパント材料ガスを組み合わせて用いた場合でも、両成膜室１０，１１間の微細な条件差（たとえば流路構成物の加工寸法差によるガス流の違い、成膜室内壁への付着物状況の差による加熱状態の違い、排気配管の詰まり具合の差による成膜室内圧力の差など）で、成膜室１０，１１間の成長結晶膜には、膜厚、組成比、ドーパント濃度などの差異が生じてしまう。第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１では、たとえば成膜室１０で成長させた結晶膜の方が、成膜室１１で成長させた結晶膜よりも高いＳｉドーパント濃度となってしまった場合には、ＭＦＣ６７にて制御している成膜室１０へのシランガス供給量を減少させ、成膜室１０で成長させた結晶膜中のＳｉドーパント濃度が成膜室１１で成長させた結晶膜のＳｉドーパント濃度と等しくなるように調整することもできる。
【００５２】
図２に示す例では、ＴＭＧ配管４と同様、シランガス配管６２は中途で分岐され、配管７０を介してＩＩＩ族ベント配管３１に接続されている。そして、シランガス配管６２および前記配管７０の中途にも、同様に弁７１，７２がそれぞれ設けられ、シランガスの使用の有無に応じて、開閉制御されるように構成される。さらに図２に示す例では、シランガス配管６２およびシランガス供給配管６３の中途には、ＭＦＣ７３，７４がそれぞれ設けられ、シランガスの供給流量を制御し得るように構成される。
【００５３】
また、シランガス供給配管６３の中途にも圧力計７５が設けられ、さらに配管７６を介してＩＩＩ族ガスベント配管３１に分岐接続され、配管７６の中途には、圧力計７５の出力により制御される機構を内蔵した圧力制御弁７７が設けられる。このような構成により、ＴＭＧガス供給配管５と同様、シランガス供給配管６３についても、余剰なガスをＩＩＩ族ガスベント配管３１に排出し、シランガス供給配管６３内の圧力を、圧力制御弁７７でそれぞれ設定した一定値に制御することができる。
【００５４】
本発明の有機金属気相成長装置においては、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管の内体積が、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の内体積の平均値の±２％以下であることが、好ましい。図１に示した例の有機金属気相成長装置１を参照しながら説明すると、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管、たとえば分岐機構６に接続された分岐機構成膜室間配管１２の内体積をＡ、同じく分岐機構６に接続された分岐機構成膜室間配管１３の内体積をＢとするとき、同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の内体積の平均値である、分岐機構６に接続された分岐機構成膜室間配管１２，１３の内体積の平均値Ｃは、Ｃ＝（Ａ＋Ｂ）／２で算出される。ここで、「内体積」は、配管の断面積と長さとの積として算出され、当該配管が断面積が異なる部分を有する場合には、断面積が同じ部分ごとに長さとの積を算出して足し合わせた値を指す。本発明の有機金属気相成長装置では、上述のように算出された各値ＡとＣ、または、ＢとＣとが、
Ｃ×９８％≦Ａ、または、Ｂ≦Ｃ×１０２％
なる関係を満たすように構成されていることが、好ましい。
【００５５】
一般的には、ＭＦＣ１６で制御して分岐機構成膜室間配管１２に流しているガス流量と、ＭＦＣ１７で制御して分岐機構成膜室間配管１３に流しているガス流量とは大きく変わらないので、ここでは等しいと仮定すると、上述したようにして算出された値Ａ、Ｂの値の差の大きさは、ＴＭＧ発生器２で発生させたＴＭＧが、成膜室１０に到達するまでの時間と成膜室１１に到達するまでの時間の差の大きさを指すことになる。
【００５６】
ＬＥＤなどの素子構造を成膜する際には、組成の異なる結晶膜を積層成長する必要がある。結晶の組成を変えるためには供給する材料ガスの濃度あるいは量を変化させるが、たとえばＴＭＧ発生器２での発生させたＴＭＧのガス濃度を変化させた場合、上述したようにして算出された値ＡまたはＢが値Ｃとの間で上記関係を満たさない場合には、ＴＭＧガスの変更の効果が成膜室１０で反映されるまでの時間と、成膜室１１で反映されるまでの時間が大きく異なることになり、両成膜室１０，１１間での積層膜の成膜結果に差異を生じせしめる結果となり、好ましくない。
【００５７】
単にＴＭＧ発生器２で発生させるＴＭＧのガス濃度のみの変更であれば、内体積が大きい方の分岐機構成膜室間配管に接続された成膜室での成膜は、開始時間が遅れ、終了時間も開始時間の遅れと同じ時間だけ遅れて、結局両成膜室で等しい成膜が行なわれる場合もあり得るが、実際には、成膜対象の結晶組成ごとに成膜室での加熱温度などの即時に両成膜室に変更が反映される成長条件も変更する。かかる観点からは、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管の内体積が等しくなるように実現されることが、特に好ましい。
【００５８】
上述した同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管の内体積の差をできる限り少なくすることが好ましいことは、上記例に挙げた分岐機構６に接続された分岐機構成膜室間配管１２，１３だけでなく、分岐機構９に接続された分岐機構成膜室間配管１４，１５や、図２に示した例における分岐機構６４に接続された分岐機構成膜室間配管６５，６６についても同様である。
【００５９】
なお、上述したように、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管の内体積を、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の内体積の平均値の±２％以下とする具体的な方法としては、分岐機構成膜室間配管の太さおよび／または長さを適宜変えることで調整する方法が挙げられる。この場合、分岐機構成膜室間配管の太さを変えるよりも、分岐機構成膜室間配管の長さを変える方がより簡易に調整可能である。
【００６０】
本発明の有機金属気相成長装置は、各成膜室からの排ガスを排ガス配管に導出するための排気配管内における圧力を調整するための圧力調整機構をさらに備えることが、好ましい。各成膜室の圧力が異なると、ＭＦＣを用いて各成長室に対して制御した流量のガスを与えても、実際の結晶成長状態に差異が生じる虞があるが、圧力調整機構により排気配管内における圧力を調整することで、成膜室間の圧力が等しくなるように調整することができ、成膜室間における結晶成長状態の差異を少なくすることができる。
【００６１】
図３には、このような圧力調整機構の一例を備えた、本発明の第３の実施態様の有機金属気相成長装置８１を模式的に示している。なお、図３に示す例の有機金属気相成長装置８１は、一部を除いては上述した図１および図２に示した例の有機金属気相成長装置１，６１と同様の構成を有しており、同様の構成を有する部分については図１および図２と同一の参照符を付して説明を省略する。図３に示す例の有機金属気相成長装置８１は、各成膜室１０，１１からの排ガスを排ガス配管３３に導出するための排気配管３７，３８内における圧力を調整するための圧力調整機構として、前記排気配管３７，３８間を分岐接続する接続配管８２を備える。このような接続配管８２を設けることで、排気配管３７，３８における圧力が等しくなるように調整することができる。
【００６２】
しかしながら、排気配管３７，３８間を分岐接続する接続配管８２を単に設けるのみでは、操作ミスあるいはメンテナンス作業の都合あるいはその他の要因により、たとえば成膜室１０に導入する総ガス量が、成膜室１１に導入する総ガス量を大幅に上回った場合には、成膜室１０に接続された排気配管３７から接続配管８２に流入したガスが、排ガス配管３３に向かわずに成膜室１１方向に逆流し、排気配管３８に堆積したダストなどが成膜室１１内を汚染してしまう虞がある。
【００６３】
このため、本発明の有機金属気相成長装置においては、図３に示す例のように排気配管３７，３８間を分岐接続する接続配管８２を設けることによって圧力制御機構を実現する場合には、接続配管８２の管路抵抗値を、排気配管３７，３８における接続配管８２が接続された部分から排ガス配管までの配管８３，８４の管路抵抗の２倍以上とすることが好ましい。これにより、たとえば成膜室１０に導入する総ガス量が、成膜室１１に導入する総ガス量を大幅に上回った場合であっても、成膜室１０から導出されたガスの大部分は接続配管８２に向かわずに排ガス配管３３に向かうようになるため、接続配管８２を介した成膜室１１への逆流の可能性を低減することができる。なお、管路抵抗値は、たとえば円形断面管で管内面の粗さを一定とするとき、配管長／管直径×管内流速の２乗に定数を乗じた値として算出することができ、上述した接続配管８２と、前記配管８３，８４との間の管路抵抗値は、これらの配管の太さおよび／長さ（好ましくは配管の長さ）により適宜調整することができる。
【００６４】
なお、図３に示した例は、図１および図２に示した例の有機金属気相成長装置１，６１と異なり、ＴＭＧ発生器２およびＴＭＩ発生器３の２つの有機金属材料ガス発生器を備え、かつ、ドーパント材料ガス供給機構としてシランガス配管６２およびシランガス供給配管７１を兼ね備え、これらそれぞれについて独立した配管系統にて２つの成膜室１０，１１に材料ガスを供給し得るように構成されている。このような構成も、本発明の範囲に勿論包含される。
【００６５】
図４は、本発明の第４の実施態様の有機金属気相成長装置８６を模式的に示す図である。なお、図４に示す例の有機金属気相成長装置８６は、一部を除いては図３に示した例の有機金属気相成長装置８１と同様の構成を有するものであり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。図４に示す例の有機金属気相成長装置８６は、排気配管３７，３８間を分岐接続する接続配管８２を備え、さらに、排気配管３７，３８における成膜室１０，１１に接続された部分から接続配管８２が接続された部分までの配管８７，８８に、それぞれ逆止弁８９，９０が設けられてなる。このように前記配管８７，８８に逆止弁８９，９０が設けられてなることでも、上述したような接続配管８２を介した成膜室への逆流を防止することができ、好ましい。
【００６６】
図５は、本発明の第５の実施態様の有機金属気相成長装置９１を模式的に示す図である。なお、図５に示す例の有機金属気相成長装置９１は、一部を除いては図３に示した例の有機金属気相成長装置８１と同様の構成を有するものであり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。本発明の有機金属気相成長装置における圧力調整機構は、図５に示す例のように、排気配管３７，３８内の圧力を計測する手段（圧力計９２，９３）と、当該手段により計測された圧力が排気配管３７，３８で等しくなるように制御を行なう圧力制御弁９４，９５を備えるように実現されてもよい。このような圧力調整機構によれば、圧力計９２，９３からの出力でそれぞれ制御される機構を内蔵した圧力制御弁９４，９５の制御圧力値を同一値に設定することで、成膜室１０と成膜室１１との間の排気配管３７，３８の圧力を均等に調整し、結果として成膜室間における結晶成長状態の差異を少なくすることができる。
【００６７】
本発明は、上述した本発明の有機金属気相成長装置を用いて各成膜室内で成膜処理を行なう、気相成長方法も提供するものである。本発明の気相成長方法は、上述してきた本発明の装置を用いるのであれば、用いる材料ガス、手順、条件などについては特に制限されるものではない。
【００６８】
本発明の気相成長方法においては、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管のガス滞留時間と、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の平均ガス滞留時間との差が±１秒以下であることが好ましい。図１に示した例の有機金属気相成長装置１を用いて本発明の方法を行なう場合を例に挙げて説明すると、たとえば、分岐機構６に接続された分岐機構成膜室間配管１２，１３の内体積（内体積の定義は上述したとおりである）の値をそれぞれＡ，Ｂとすると、分岐機構成膜室間配管１２内のガス滞留時間ｔAは、
ｔA＝Ａ／（ＭＦＣ１６の設定流量）
で算出され、同様に分岐機構成膜室間配管１３内のガス滞留時間ｔBは、
ｔB＝Ｂ／（ＭＦＣ１７の設定流量）
で算出される。そうすると、同一の分岐機構６に接続された全ての分岐機構成膜室間配管１２，１３の平均ガス滞留時間ｔMは、
ｔM＝（ｔA＋ｔB）／２
で算出される。このような場合において、本発明の方法では、
ｔM−１秒≦ｔA、または、ｔB≦ｔM＋１秒
なる関係を満たすことが、好ましい。
【００６９】
上述してきたように、たとえばＴＭＧ発生器２で発生されたＴＭＧ蒸気を含む混合ガスが、成膜室１０に到達するまでの時間と、成膜室１１に到達するまでの時間が異なる場合には、各成膜室１０，１１で成膜状態に差異が生じてしまう原因となる。本発明の方法では、同一の分岐機構に接続された各分岐機構成膜室間配管のガス滞留時間と、前記同一の分岐機構に接続された全ての分岐機構成膜室間配管の平均ガス滞留時間との差が±１秒以下（より好適には、前記各ガス滞留時間と前記平均ガス滞留時間とが同一）であるように制御することによって、各成膜室１０，１１間での成膜状態の差異を少なくすることができるため、好ましい。なお、図１に示した例の有機金属気相成長装置１において分岐機構６に接続された分岐機構成膜室間配管１２，１３を例に挙げて上述したが、分岐機構９に接続された分岐機構成膜室間配管１４，１５、また図２に示した例の有機金属気相成長装置６１において分岐機構６４に接続された分岐機構成膜室間配管６５，６６についても、同様の条件を満たすことが好ましい。なお、前記ガス滞留時間は、上述したのと同様に、配管の太さおよび／または長さ（好ましくは配管の長さ）を変えることで適宜調整することができる。
【００７０】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７１】
＜実施例１＞
図５に示した例の本発明の有機金属気相成長装置９１を用いて、ＩｎＧａＮ膜の成膜実験を行った。
【００７２】
成膜室１０，１１内のそれぞれの加熱ステージ上に、直径２インチのサファイア製基板を各１枚を設置し、加熱した。圧力制御弁９４，９５の制御圧力設定をともに１０３ｋＰａに設定し、アンモニアガスをＶ族材料ガス配管２５およびＶ族材料ガス供給配管２６を介して分岐機構２８で分岐させ、分岐機構成膜室間配管２９，３０を介して成膜室１０，１１にそれぞれ供給した。またＴＭＧ発生器２で発生させたＴＭＧ蒸気を含む混合ガスをＴＭＧ配管４およびＴＭＧ供給配管５を介して分岐機構６で分岐させ、分岐機構成膜室間配管１２，１３を介して成膜室１０，１１にそれぞれ供給した。また同様に、ＴＭＩ発生器３で発生させたＴＭＩ蒸気を含む混合ガスをＴＭＩ配管７およびＴＭＩ供給配管８を介して分岐機構９で分岐させ、分岐機構成膜室間配管１４，１５を介して成膜室１０，１１にそれぞれ供給した。このようにして、ＭＦＣ１６，１７，１８，１９でＴＭＧ、ＴＭＩの供給流量を適宜制御しながら、成膜室１０，１１内のサファイア基板上に、ＧａＮバッファ層、ｕｎｄｏｐｅ  ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ（Multi Quantum Well）層の順に積層膜を成長させた。
【００７３】
１回目の成長では、ＭＱＷ成長時のＭＦＣ１６，１７，１８，１９の設定流量を等しく設定して成長させた。得られた積層膜における基板中心部分でのＭＱＷ層のＩｎＧａＮ層のＩｎ比（ＩｎＮ／（ＧａＮ＋ＩｎＮ））を測定したところ、成膜室１０で３．０％、成膜室１１で３．３％であった。
【００７４】
２回目の成長では、ＭＱＷ成長時の成膜室１０のＴＭＩ流量を制御するＭＦＣ１８の設定流量のみを１回目成長の１．１倍に設定して成長させた。得られた積層膜における基板中心部分でのＭＱＷ層のＩｎＧａＮ層のＩｎ比を測定したところ、成膜室１０で３．２％、成膜室１１で３．３％であった。
【００７５】
３回目の成長では、ＭＱＷ成長時の成膜室１０のＴＭＩ流量を制御するＭＦＣ１８の設定流量のみ１回目成長の１．１５倍に設定して成長させた。得られた積層膜における基板中心部分でのＭＱＷ層のＩｎＧａＮ層のＩｎ比を測定したところ、成膜室１０で３．３％、成膜室１１で３．３％であり、成膜室１０でのＩｎ比を成膜室１１での値と一致させることができた。
【００７６】
以上の結果から、本発明の有機金属気相成長装置を用いて気相成長を行なうことにより、複数の成膜室間での成膜結果の差異を減少させ、成膜の均一性を向上できることが確認できた。
【００７７】
今回開示された実施の形態および実施例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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１の実施態様の有機金属気相成長装置１を模式的に示す図である。
【図２】第２の実施態様の有機金属気相成長装置６１を模式的に示す図である。
【図３】第３の実施態様の有機金属気相成長装置８１を模式的に示す図である。
【図４】第４の実施態様の有機金属気相成長装置８６を模式的に示す図である。
【図５】第５の実施態様の有機金属気相成長装置９１を模式的に示す図である。
【図６】従来の有機金属気相成長装置の典型例を模式的に示す図である。
【図７】従来の有機金属気相成長装置の典型例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，６１，８１，８６，９１  有機金属気相成長装置、２  ＴＭＧ発生器、３  ＴＭＩ発生器、４  ＴＭＧ配管、５  ＴＭＧ供給配管、６  分岐機構、７  ＴＭＩ配管、８  ＴＭＩ供給配管、９  分岐機構、１０，１１  成膜室、１２，１３，１４，１５  分岐機構成膜室間配管、１６，１７，１８，１９  ＭＦＣ、２５  Ｖ族材料ガス配管、２６  Ｖ族材料ガス供給配管、２８  分岐機構、２９，３０  分岐機構成膜室間配管、３１  ＩＩＩ族ガスベント配管、３２  Ｖ族ガスベント配管、３３  排ガス配管、３７，３８  排気配管、６２  シランガス配管、６３  シランガス供給配管、６４  分岐機構、６５，６６  分岐機構成膜室間配管、６７，６８  ＭＦＣ、８２  接続配管、８９，９０  逆止弁、９２，９３  圧力計、９４，９５  圧力制御弁。
【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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