(57)【要約】 【課題】  複数の原料ガスをガス流の乱れを生じさせることなく基板の表面へ供給し、基板上に良質な化合物半導体の薄膜を形成することができるガス導入装置を提供する。【解決手段】  基板２２の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給するガス導入装置２１は、対向するように設けられる天板２３と底板２４とを有して形成され、複数の原料ガスを流過させる流路を形成するガス導入管２７と、ガス導入管２７の内部に原料ガス流過方向に延びかつ天板２３に対して平行に設けられ、ガス導入管２７の内部空間を原料ガス流過方向の長さの途中まで第１流路３１と第２流路３２とに仕切る仕切板２８とを含む。ガス導入装置２１では、仕切板２８の原料ガス流過方向の先端部を過ぎて第１および第２流路３１，３２が１つの流路に合流する合流流路３４の高さが、第１および第２流路３１，３２の高さを加算した和以下になるように構成される。【選択図】      図２
2007027647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも２つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記２つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の前記２つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記２つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であることを特徴とするガス導入装置。
【請求項２】
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の高さを加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の高さとが、等しいことを特徴とする請求項１記載のガス導入装置。
【請求項３】
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されることを特徴とする請求項１または２記載のガス導入装置。
【請求項４】
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されることを特徴とする請求項１または２記載のガス導入装置。
【請求項５】
仕切板を２枚含んで３つの流路が形成され、
２枚の仕切板は、
互いに対向する側の面が原料ガス流過方向の先端部まで平面になるように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のガス導入装置。
【請求項６】
仕切板は、原料ガスが流過する方向の下流側における少なくとも端部付近が、金属からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のガス導入装置。
【請求項７】
金属が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項６記載のガス導入装置。
【請求項８】
ガス導入管の外方に設けられ、ガス導入管を冷却する冷却手段を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のガス導入装置。
【請求項９】
仕切板によって形成される複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎて複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路とは、
原料ガスの流過方向に対して垂直な断面における形状が矩形であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のガス導入装置。
【請求項１０】
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とする請求項９記載のガス導入装置。
【請求項１１】
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路とは、
放射状に形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のガス導入装置。
【請求項１２】
処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる２つの壁部材と、２つの壁部材に対して略垂直かつ対向するように設けられる２つの側壁部材とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記２つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的または段階的に減少するように形成され、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、
仕切板の厚さが連続的または段階的に減少するのに対応して、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記２つの側壁部材同志が対向する離隔距離を小さくすることを特徴とするガス導入装置。
【請求項１３】
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とする請求項１２記載のガス導入装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載のガス導入装置を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の気相成長装置を準備し、
気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板に原料ガスを導いて供給し、基板の表面に薄膜を形成することを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス導入装置およびそれを備える気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２種以上の元素、たとえば元素の周期表における第ＩＩＩ族元素と第Ｖ族元素とを組合せた化合物半導体は、単体で半導体特性を示すたとえばシリコン（Ｓｉ）に比べて、禁制帯幅が広く高温動作が可能、電子移動度が高いなどの利点があるけれども、機械的強度が弱く、また厳密な組成制御を必要とするなどの、作製上の難しさを有している。
【０００３】
このような作製上の難しさを有する化合物半導体を形成する方法としては、加熱される基板上に有機金属化合物をキャリアガスとともに炉内に導入し、基板表面上で、熱分解させるとともに化学反応させて化合物半導体薄膜を形成させる有機金属気相成長法（Metal
Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ法）が用いられている。
【０００４】
基板上に化合物半導体薄膜を形成するＭＯＣＶＤ法には、一般的に横型のＣＶＤ炉が用いられる。化合物半導体形成に用いられる横型ＣＶＤ炉としては、基板の表面全体に均一な組成で均一な厚さの薄膜を形成し得る炉であることが求められる。
【０００５】
図１８は従来の横型ＣＶＤ炉である気相成長装置１の構成を簡略化して示す上面図であり、図１９は図１８の切断面線Ａ−Ａから見た図である。なお、図１８では、気相成長装置１の構成を判りやすくするために天板を省略して示す。従来の気相成長装置１では、薄膜を形成する基板２より上流側の反応管３内に、基板面と平行な仕切板４を配設し、その仕切板４の先端部４ａの肉厚が連続的に薄くなるように形成することを提案する（特許文献１参照）。
【０００６】
図１８および図１９に示す特許文献１の気相成長装置１では、反応管３の基板２よりも原料ガス流過方向の上流側を、仕切板４で２層の流路５，６（便宜上図１９に示す上層を第１流路５、下層を第２流路６と呼ぶ）に仕切り、各流路５，６の原料ガス流過方向上流側の端部であって、反応管３の原料ガス流過方向上流側の端部にそれぞれ形成される第１および第２ガス導入口７，８から、同種または異種の２つの原料ガスがそれぞれ導入される。たとえば化合物半導体としてヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）を形成するとき、キャリアガスに水素ガス（Ｈ２）を用い、水素ガス＋トリメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ３）３］と、水素ガス＋アルシン（ＡｓＨ３）とが、それぞれ原料ガスとして用いられる。
【０００７】
気相成長装置１では、第１および第２ガス導入口７，８からそれぞれ導入された原料ガスを各流路ごとに流過させ、仕切板４の原料ガス流過方向先端部４ａを通過すると、第１および第２流路５，６を流過した原料ガスが合流する。合流した状態の原料ガスは、高周波電流が通電される高周波コイル９が発生する交番磁界の作用によって加熱される基板２の表面に供給され、熱分解するとともに化学反応して化合物半導体の薄膜を形成する。薄膜形成の原料として使用された後のガスは、さらに流過してガス排出口１０から排出される。
【０００８】
通常、反応管の流路を複数に仕切る仕切板が設けられると、仕切板のガス流過方向先端部の上流側と下流側とにおけるガス流速差が生じるので、ガスの流れに乱れが生じ、この乱れに起因して薄膜にパーティクルによる欠陥が発生したり、薄膜の組成および厚さの均一性が低下するという問題がある。
【０００９】
特許文献１で提案される気相成長装置１は、このような問題を解決するものであり、仕切板４のガス流過方向先端部４ａの肉厚を連続的に薄くなるように形成することによって、仕切板先端部４ａの下流側におけるガス流の渦１１発生を抑制し、薄膜の高い成長速度とパーティクルの低減とを図るというものである。
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術には、以下のような問題がある。仕切板先端部４ａの肉厚を連続的に薄くすると、全く薄くしない場合と比較して、渦１１が発生するガス流速の閾値および同一ガス流速での発生程度を低減することができるけれども、ガス流速条件を高速化するのに伴って仕切板先端部４ａの角度をより小さくしなければならないので、仕切板４の大面積にわたって薄くなる先端部４ａの剛性の限界、加工上の限界およびコスト上昇などの課題が生じる。
【００１１】
また図１８および図１９に示す気相成長装置１と類似の構成を有し、さらに仕切板の先端部における幅方向の両端側に切欠部を設けることが提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２の技術においても、仕切板の先端部を連続的に薄くするという構成を含むので、特許文献１と同じ問題がある。
【００１２】
また横型ＭＯＣＶＤ炉において、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側に設け、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ことが提案される（特許文献３参照）。特許文献３の装置によれば、第１の原料ガスと第２の原料ガスとが混合された混合ガスは、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ので、基板に高品位な半導体を成膜できるとする。
【００１３】
しかしながら、特許文献３に示される横型ＭＯＣＶＤ炉では、混合ガスが流過する導入路と、サブフロー（キャリア）ガスが流過する導入路とを仕切る仕切板のガス流過方向先端部、すなわち混合ガスとサブフロー（キャリア）ガスとの合流部における仕切板の先端部が、仕切板のその他の部分と等厚に形成されるので、合流部の上流側と下流側とにおけるガス流速差が生じ、下流側にガス流の渦が発生して、薄膜の組成、厚さの均一性が低下するという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２２３５４３号公報
【特許文献２】特開２０００−２７７４４２号公報
【特許文献３】特開２００４−６３５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
横型ＭＯＣＶＤ炉において、複数のガスが合流する仕切板先端部の下流側で生じる渦の発生程度は、仕切板先端部のテーパ角（すなわち、ガス流過方向下流側へ向うのに伴い流路の断面積が増大する流路断面積増大率）と、ガス流速との双方に対する依存性が高いことから、仕切板先端部の下流側近傍にガスが充分に回り込めず、仕切板先端部の下流側が、仕切板先端部の上流側よりも低圧もしくは負圧になることが渦発生の主要な原因であると考えられる。
【００１６】
本発明者らは、複数の原料ガスが合流する合流部の下流側において、合流部の上流側よりも低圧もしくは負圧となる領域が発生することを防止することによって、ガス流の渦の発生を低減できるとの知見に基づいて本発明に至ったものである。
【００１７】
本発明の目的は、複数の原料ガスをガス流の乱れを生じさせることなく基板の表面へ供給し、つまりは基板上に良質な化合物半導体の薄膜を形成することができるガス導入装置およびそれを備える気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも２つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記２つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の前記２つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記２つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であることを特徴とするガス導入装置である。
【００１９】
また本発明は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の高さを加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の高さとが、等しいことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、仕切板を２枚含んで３つの流路が形成され、
２枚の仕切板は、互いに対向する側の面が原料ガス流過方向の先端部まで平面になるように形成されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、仕切板は、原料ガスが流過する方向の下流側における少なくとも端部付近が、金属からなることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、金属が、ステンレス鋼であることを特徴とする。
また本発明は、ガス導入管の外方に設けられ、ガス導入管を冷却する冷却手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、仕切板によって形成される複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎて複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路とは、原料ガスの流過方向に対して垂直な断面における形状が矩形であることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路とは、放射状に形成されることを特徴とする。
【００２８】
本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる２つの壁部材と、２つの壁部材に対して略垂直かつ対向するように設けられる２つの側壁部材とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記２つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的または段階的に減少するように形成され、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、
仕切板の厚さが連続的または段階的に減少するのに対応して、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記２つの側壁部材同志が対向する離隔距離を小さくすることを特徴とするガス導入装置である。
【００２９】
また本発明は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、前記いずれか１つのガス導入装置を備えることを特徴とする気相成長装置である。
【００３１】
本発明は、前記の気相成長装置を準備し、気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板に原料ガスを導いて供給し、基板の表面に薄膜を形成することを特徴とする気相成長方法である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、被処理基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを導くガス導入装置は、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、ガス導入管の内部空間を原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の高さが、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の高さを加算した和以下である構成を有するので、仕切板の上記先端部よりもガス流過方向下流側における渦の発生を抑制することができる。
【００３３】
また本発明によれば、ガス導入装置は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の高さを加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の高さとが等しい構成を有するので、仕切板の先端部よりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。
【００３４】
また本発明によれば、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されるので、隣接する流路を流過して流過層を形成する各層間のガスを、一層滑らかに合流させることができる。
【００３５】
また本発明によれば、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されるので、厚さが徐々に減少する構成を有する仕切板を低コストで簡易に製作することができる。
【００３６】
また本発明によれば、ガス導入装置は、仕切板を２枚含んで３つの流路が形成され、２枚の仕切板は、互いに対向する側の面が原料ガス流過方向の先端部まで平面になるように形成されるので、シンプルな構造となり、低コストで簡易に製作することができる。
【００３７】
また本発明によれば、仕切板の原料ガス流過方向の下流側における少なくとも端部付近が金属からなり、その金属がステンレス鋼であることが好ましい。このことによって、仕切板に充分な剛性と高い加工精度を得ることができ、また耐久性に優れる仕切板を低コストで簡易に製作することができる。
【００３８】
また本発明によれば、ガス導入装置には、ガス導入管の外方に設けられてガス導入管を冷却する冷却手段が含まれるので、装置が薄膜形成促進のために加熱昇温される場合であっても、ガス導入管や仕切板を冷却することができ、その熱膨張変形等を抑制することができる。
【００３９】
また本発明によれば、仕切板によって形成される複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎて複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路とは、原料ガスの流過方向に対して垂直な断面における形状が矩形であるように構成されるので、いわゆる横フロー型の装置において、ガス合流部での渦発生を抑制することができるガス導入装置が実現される。
【００４０】
また本発明によれば、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが等しいように構成されるので、いわゆる横フロー型の装置において、ガス合流部での渦発生を抑制することができ、かつガス流速を加減速することなく一定に保つことができるガス導入装置が実現される。
【００４１】
また本発明によれば、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路とは、放射状に形成されるので、たとえば複数の被処理基板に対して放射状にガスを同時に流し、かつガス合流部における渦発生を抑制することができるガス導入装置が実現される。
【００４２】
本発明によれば、被処理基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを導くガス導入装置は、対向するように設けられる２つの壁部材と、２つの壁部材に対して略垂直かつ対向するように設けられる２つの側壁部材とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的または段階的に減少するように形成され、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、仕切板の厚さが連続的または段階的に減少するのに対応して、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記２つの側壁部材同志が対向する離隔距離を小さくする構成を有するので、仕切板の先端部よりもガス流過方向下流側における渦の発生を抑制することができる。
【００４３】
また本発明によれば、ガス導入装置は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しい構成を有するので、仕切板の先端部よりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。
【００４４】
本発明によれば、気相成長装置は、前記いずれかのガス導入装置を備えるので、仕切板で仕切られた各流路を流過するガス流過層の流速について広い設定範囲で、渦を抑制して合流させた原料ガスを基板へ供給し、膜厚および組成が均一な化合物半導体の薄膜を気相成長させることができる。
【００４５】
本発明によれば、前記の気相成長装置を準備し、気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板に原料ガスを導いて供給し、基板の表面に薄膜を形成する。このことによって、原料ガスの合流部付近における渦の発生が抑制されるので、渦近傍での気相反応による不均一な反応生成物の合成を抑制し、原料ガスの利用効率の低下を抑制し、膜質の劣化や不均一性を抑制して、良質な化合物半導体の薄膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
図１は本発明の実施の第１形態であるガス導入装置２１を備える気相成長装置２０の構成を簡略化して示す上面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た図である。なお、図１では装置構成を判りやすくするために、ガス導入装置２１に備わる２つの壁部材のうちの１つである第１壁部材（天板）２３を省略して示す。ガス導入装置２１は、気相成長装置２０に備えられ、処理されるべき基板２２の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給する。
【００４７】
ガス導入装置２１は、対向するように設けられる２つの壁部材である第１および第２壁部材２３，２４と、第１および第２壁部材２３，２４に対して連接し略垂直かつ対向するように設けられる２つの側壁部材である第１および第２側壁部材２５，２６とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管２７と、ガス導入管２７の内部に原料ガス流過方向に延びかつ第１および第２壁部材２３，２４に対して平行に設けられ、ガス導入管２７の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路（本実施形態では２つ）に仕切る仕切板２８とを含む。
【００４８】
ガス導入管２７を構成する第１および第２壁部材２３，２４ならびに第１および第２側壁部材２５，２６は、たとえば石英からなる。このガス導入管２７が備えられる気相成長装置２０は、横フロー型の炉であり、第１および第２壁部材２３，２４は、略水平方向に配して設けられ、第１および第２側壁部材２５，２６は、第１および第２壁部材２３，２４に対して連接し略垂直かつ対向するように配して設けられる。したがって、第１および第２壁部材２３，２４ならびに第１および第２側壁部材２５，２６によって、外方空間と隔され、原料ガスを予め定める方向に流過させることができる流路であるガス導入管２７が構成される。なお、第１壁部材２３は第２壁部材２４よりも上方に配されるので、第１壁部材２３を以後天板２３と呼び、第２壁部材２４を以後底板２４と呼ぶ。
【００４９】
ガス導入管２７を構成する天板２３および底板２４は、ガスが導入される側の端部付近がテーパ形状に形成され、天板２３および底板２４にそれぞれ連接される第１および第２側壁部材２５，２６も、ガスが導入される側の端部付近では、対向する離隔距離がガスの導入される側の端部へ近づくのに伴って短くなるように設けられる。したがって、ガス導入管２７は、ガス流過方向の下流側へ進むのに伴ってガス流路が水平方向に拡大し、その後第１および第２側壁部材２５，２６の対向する離隔距離として定まる流路幅が一定になるように構成される。ガス導入管２７の流路幅が一定の部分が、さらにガス流過方向の下流側まで延びて気相成長装置２０の反応管４１を構成する。なお、気相成長装置２０の反応管４１部分の構成については後述する。
【００５０】
ガス導入管２７のガスが導入される側の端部２７ａには、原料ガスをガス導入管２７内へ導入するガス導入口２９，３０が形成される。前述のように、本実施の形態では、水平方向に延びて設けられる１枚の仕切板２８によって、ガス導入管２７は上下に２つの流路に仕切られるので、上側の流路を第１流路３１と呼び、下側の流路を第２流路３２と呼ぶ。したがって、上記の第１流路３１に形成されるガス導入口２９を第１ガス導入口２９と呼び、第２流路３２に形成されるガス導入口３０を第２ガス導入口３０と呼ぶ。
【００５１】
第１および第２ガス導入口２９，３０には、短管状の導入接続部材３３がそれぞれ接続され、導入接続部材３３を介して、気相成長装置２０に備わる不図示のガス供給装置から、同種または異種の原料ガスが、第１および第２流路３１，３２にそれぞれ導入される。
【００５２】
第１および第２流路３１，３２にそれぞれ導入される原料ガスとしては、基板２２上に形成する薄膜が、たとえばヒ化ガリウムの場合、［トリメチルガリウムと水素ガスとの混合ガス］、および［アルシンと水素ガスとの混合ガス］が挙げられる。これらの混合ガスがそれぞれ充填された高圧ガスボンベから、圧力／流量調整弁を介して、圧力と流量とが調整された混合ガスが、第１および第２流路３１，３２にそれぞれ導入される。
【００５３】
ガス導入管２７の内部を上下２つの第１および第２流路３１，３２に仕切る仕切板２８は、たとえばステンレス鋼などの金属からなる平板状の部材である。この仕切板２８の特徴は、ガス導入管２７の流路幅が一定になる部位の付近からガス流過方向下流側の先端部２８ａまでの部分（ここではこの部分を先端部付近と呼ぶ）において、その厚さが、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されることである。本実施形態では、仕切板２８は、その先端部付近において、第１流路３１に臨む側の面のみが傾斜面になるように研削されて肉厚が連続的に減少するように形成される。
【００５４】
このように仕切板２８の先端部付近の肉厚が連続的に減少するように形成されることによって、第１および第２流路３１，３２をそれぞれ流過して仕切板２８の先端部２８ａを過ぎた原料ガス同志が、滑らかに合流することができる。
【００５５】
さらにガス導入装置２１では、仕切板２８の原料ガス流過方向の先端部２８ａを過ぎ、複数の原料ガスをそれぞれ流過させる第１流路３１と第２流路３２とを合流して形成される１つの合流流路３４の天板２３と底板２４とが対向する方向の距離である高さｈが、原料ガスが流過する第１流路３１の天板２３と底板２４とが対向する方向の距離である高さ（ｈ１もしくはｈ３）と、第２流路３２の天板２３と底板２４とが対向する方向の距離である高さ（ｈ２もしくはｈ４）とを加算した和（ｈ１＋ｈ２もしくはｈ３＋ｈ４）以下（ｈ≦ｈ３＋ｈ４≦ｈ１＋ｈ２）であることを特徴とする。
【００５６】
上記の流路高さの関係を満足することができるように、本実施形態のガス導入装置２１においては、仕切板２８の先端部付近の肉厚が連続的に減少するのに伴い、仕切板２８の傾斜面に対向して配置される天板２３の第１流路３１に臨む内側の面が、仕切板２８の肉厚減少に対応するように、ガス流過方向下流側へ向うのに伴って、第１流路３１内へ徐々にかつ連続的にその突出量を増大するように突出して形成される。天板２３の第１流路３１の内方への連続的な突出量の増大は、本実施形態のように天板２３の肉厚を徐々に増すようにして構成されてもよく、またこれに限定されることなく、天板２３を曲げ加工することによって傾斜面を有するように形成されるものであってもよい。
【００５７】
なお、第１流路３１の１つの流路高さｈ１は、仕切板２８に肉厚を減少させるための傾斜面が形成されない平坦部における流路高さであり、第１流路３１のもう１つの流路高さｈ３は、仕切板２８に肉厚を減少させるための傾斜面が形成される部分における流路高さである。第１流路３１の１つの流路高さｈ１と、もう１つの流路高さｈ３とは、天板２３の第１流路３１内方への突出形状を調整することによって同一（ｈ１＝ｈ３）に形成されることが好ましく、異なる高さとなる場合であっても、もう１つの流路高さｈ３が１つの流路高さｈ１よりも小さく（ｈ３＜ｈ１）なるように形成される。
【００５８】
また、第２流路３２の１つの流路高さｈ２は、仕切板２８に肉厚を減少させるための傾斜面が形成されない平坦部における流路高さであり、第２流路３２のもう１つの流路高さｈ４は、仕切板２８に肉厚を減少させるための傾斜面が形成される部分における流路高さである。ただし、本実施形態では、仕切板２８の第２流路３２を臨む側の面には傾斜面が形成されずに平坦であるので、１つの流路高さｈ２ともう１つの流路高さｈ４とは同一（ｈ２＝ｈ４）である。ただし、第２流路３２の１つの流路高さｈ２と、もう１つの流路高さｈ４とが異なる高さに形成される場合、上記の第１流路３１と同様に、もう１つの流路高さｈ４が、１つの流路高さｈ２よりも小さく（ｈ４＜ｈ２）なるように形成されることが好ましい。
【００５９】
ガス導入装置２１では、仕切板２８の先端部２８ａにおいて、第１流路３１を流過した原料ガスと、第２流路３２を流過した原料ガスとが、合流流路３４のガス流過方向の開始端で合流（複数の原料ガスが仕切板２８の先端部２８ａを過ぎた直近部分において合流するので、以後この部分を合流部と呼ぶことがある）する際、合流部の上流側の流路高さの和が、合流部の下流側における合流流路高さ以下、換言すれば、合流部の下流側における合流流路高さｈは、合流部の上流側の流路高さの和（ｈ１＋ｈ２もしくはｈ３＋ｈ４）よりも増大しないように構成される。
【００６０】
本実施形態のガス導入装置２１では、第１側壁部材２５と第２側壁部材２６とで形成される流路幅は、合流部の上流側と下流側とで一定になるように形成され、流路高さは、少なくとも合流部の下流側が上流側の流路高さの和よりも増大しないように形成されるので、結果として、ガス流過方向に対して垂直な断面における合流流路３４の断面積は、合流部よりも上流側の第１および第２流路３１，３２のガス流過方向に対して垂直な断面積の和よりも増大しないように形成される。なお、このときの各流路のガス流過方向に対して垂直な断面の形状は、それぞれ矩形を呈する。
【００６１】
このことによって、仕切板２８の先端部２８ａの下流側、すなわち合流部の下流側において、流路の拡大に起因する低圧もしくは負圧の領域の発生が防止されるので、これに伴うガス流の乱れすなわち渦の発生が抑制され、均一な状態に合流／混合された原料ガスを基板２２へ供給することができる。
【００６２】
ガス導入管２７は、合流部よりもさらにガス流過方向下流側へ延びて、気相成長装置２０の上記反応管４１を構成する。反応管４１部分における底板２４には、合流流路３４に臨んで開口部４２が形成され、該開口部４２を封止するようにして基板２２を収容するトレイ４３が設けられる。トレイ４３は、基板２２を載置した状態で、駆動手段によって駆動されるように構成されてもよい。
【００６３】
反応管４１の外方であって、トレイ４３の下方には、加熱手段４４が設けられる。加熱手段４４としては、高周波加熱装置、赤外線加熱装置などを用いることができる。加熱手段４４でトレイ４３を介して基板２２を加熱昇温させ、昇温した基板２２に触れる原料ガスの熱分解と化学反応とを促進する。
【００６４】
気相成長装置２０では、ガス導入装置２１によって、ガス流れに乱れすなわち渦が発生せず均一な状態で合流／混合された原料ガスが、合流流路３４内にその表面を露出してトレイ４３上に載置される基板２２に供給されるので、不均一な反応生成物の合成を抑制し、膜厚および組成が均一な良質の化合物半導体の薄膜を気相成長させることができる。
【００６５】
基板２２表面での化合物半導体の薄膜を形成することに用いられた原料ガスは、さらにガス流過方向の下流側へ流過し、反応管４１（ガス導入管２７）のガス導入側の反対側端部に形成されるガス排出口４５から排出され、ガス排出口４５に接続される不図示のガス回収装置で所定の処理が施された後、排気される。
【００６６】
なお、第１および第２流路３１，３２の高さを加算した和（ｈ１＋ｈ２もしくはｈ３＋ｈ４）と、合流流路３４の高さｈとは、等しい（ｈ＝ｈ３＋ｈ４＝ｈ１＋ｈ２）ことがより好ましく、このような構成とすることによって、仕切板の先端部よりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。
【００６７】
図３は本発明の実施の第２形態であるガス導入装置５１を備える気相成長装置５０の構成を簡略化して示す上面図であり、図４は図３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た図である。本実施形態のガス導入装置５１を備える気相成長装置５０は、実施の第１形態であるガス導入装置２１を備える気相成長装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６８】
ガス導入装置５１を備える気相成長装置５０において注目すべきは、ガス導入管５２の内部空間を第１および第２流路３１，３２に仕切る仕切板５５が、その先端部付近において、第１流路３１に臨む側の面と、第２流路３２に臨む側の面との両方に、肉厚を減少させるための傾斜部を有することである。
【００６９】
仕切板５５は、第１および第２流路３１，３２に臨む側に傾斜部がそれぞれ形成されるので、合流流路３４の高さｈが、合流前の第１および第２流路３１，３２の流路高さの和（ｈ１＋ｈ２もしくはｈ３＋ｈ４）以下になるようにするために、ガス導入装置５１では、天板５３と底板５４との両方が、第１流路３１および第２流路３２のそれぞれに対して内方に突出するように形成される。
【００７０】
仕切板５５の両面に傾斜部が形成される場合においても、流路高さは、少なくとも合流部の下流側が上流側の流路高さの和よりも増大しないように形成され、第１側壁部材２５と第２側壁部材２６とで形成される流路幅は、合流部の上流側と下流側とで一定になるように形成されるので、ガス流過方向に対して垂直な断面における合流流路３４の断面積は、合流部よりも上流側の第１および第２流路３１，３２のガス流過方向に対して垂直な断面積の和よりも増大しないように形成される。このことによって、本実施形態のガス導入装置５１を備える気相成長装置５０も実施の第１形態のガス導入装置２１を備える気相成長装置２０と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
図５および図６は、実施の第２形態の変形事例となるガス導入装置を備える気相成長装置の構成を簡略化して示す断面図である。図５に示すガス導入装置６１を備える気相成長装置６０は、ガス導入管６２を仕切る仕切板６５の傾斜部における第１および第２流路３１，３２の流路高さｈ３，ｈ４が、仕切板６５の傾斜部以外の平坦部における第１および第２流路３１，３２の流路高さｈ１，ｈ２よりも、それぞれ小さい場合の事例を示す。
【００７２】
このとき、仕切板６５の傾斜部において、天板６３および底板６４が第１および第２流路３１，３２の内方へ突出する突出量は、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って増大され、このことによって、第１および第２流路３１，３２の流路高さｈ３，ｈ４が、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って徐々に減少していくように形成される。
【００７３】
一方、図６に示すガス導入装置７１を備える気相成長装置７０は、ガス導入管７２を仕切る仕切板７５の傾斜部における第１および第２流路３１，３２の流路高さｈ３，ｈ４が、仕切板７５の傾斜部以外の平坦部における第１および第２流路３１，３２の流路高さｈ１，ｈ２と等しい場合の事例を示す。
【００７４】
このとき、仕切板７５の傾斜部において、天板７３および底板７４が第１および第２流路３１，３２の内方へ突出する突出量は、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って増大されるけれども、その増大量が仕切板７５の傾斜部の傾斜に対応するので、第１および第２流路３１，３２の流路高さｈ３，ｈ４が、仕切板７５の平坦部における流路高さｈ１，ｈ２と等しくなるように形成される。
【００７５】
図７は、本発明の実施の第３形態であるガス導入装置８１を備える気相成長装置８０の構成を簡略化して示す断面図である。本実施形態の気相成長装置８０は、実施の第１形態であるガス導入装置２１を備える気相成長装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７６】
ガス導入装置８１を備える気相成長装置８０において注目すべきは、ガス導入管８２を２つの第１および第２流路３１，３２に仕切る仕切板８５の厚さが、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されることである。
【００７７】
ガス導入装置８１においては、仕切板８５の第１流路３１を臨む側の面に、段階的な肉厚減少部分が形成される。したがって、仕切板８５の平坦部における第１流路３１の流路高さｈ１に対して、仕切板８５の段階的な肉厚減少部分における第１流路３１の流路高さｈ３が増大しないように、天板８３の第１流路３１に臨む側が、仕切板８５の段階的な肉厚減少に対応し、段階的に肉厚が増大するように第１流路３１の内方に向って突出して形成される。
【００７８】
なお、仕切板８５および天板８３の内面に段階的な肉厚変化部を形成すると、当該肉厚変化部において、流路が屈曲的に変更されるので、ガスの流れも屈曲的に変化するけれども、肉厚変化の各段階の変化量が０．５ｍｍ以下の程度であれば、ガスの流れに大きな影響を与えることはない。このような段階的に肉厚が減少する仕切板８５および天板８３は、肉厚を連続的に減少させる場合に比べて加工が容易なので、部材を低コストで簡易に製作することができる。
【００７９】
図８は、本発明の実施の第４形態であるガス導入装置９１を備える気相成長装置９０の構成を簡略化して示す断面図である。本実施の形態のガス導入装置９１を備える気相成長装置９０は、実施の第３形態のガス導入装置８１を備える気相成長装置８０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８０】
ガス導入装置９１において注目すべきは、ガス導入管９２の内部空間を第１および第２流路３１，３２に仕切る仕切板９５が、第１流路３１に臨む側の面と、第２流路３２に臨む側の面との両方に、段階的な肉厚減少部分が形成されることである。
【００８１】
ガス導入装置９１においては、仕切板９５が第１および第２流路３１，３２をそれぞれ臨む両側の面に、段階的な肉厚減少部分が形成される。したがって、仕切板８５の段階的な肉厚減少部分に対応して、天板９３の内面に段階的に肉厚が増大する部分が第１流路３１の内方に向って突出して形成されるとともに、仕切板９５の平坦部における第２流路３２の流路高さｈ２に対して、仕切板９５の段階的な肉厚減少部分における第２流路３２の流路高さｈ４が増大しないように、底板９４の第２流路３２に臨む側が、仕切板９５の段階的な肉厚減少に対応し、段階的に肉厚が増大するように、第２流路３２の内方に向って突出して形成される。
【００８２】
実施の第３および第４形態のいずれにおいても、第１側壁部材２５と第２側壁部材２６とで形成される流路幅は、合流部の上流側と下流側とで一定になるように形成され、少なくとも合流部の下流側の流路高さが上流側の流路高さの和よりも増大しないように形成される。したがって、ガス流過方向に対して垂直な断面における合流流路３４の断面積は、合流部よりも上流側の第１および第２流路３１，３２のガス流過方向に対して垂直な断面積の和よりも増大しないように形成される。
【００８３】
図９は、本発明の実施の第５形態であるガス導入装置１０１を備える気相成長装置１００の構成を示す断面図である。本実施形態のガス導入装置１０１を備える気相成長装置１００は、第２形態のガス導入装置５１を備える気相成長装置５０と第４形態のガス導入装置９１を備える気相成長装置９０とに類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８４】
ガス導入装置１０１を備える気相成長装置１００において注目すべきは、実施の第４形態におけるような両面に段階的な肉厚減少部分を有する仕切板９５と、仕切板９５の肉厚減少に対応し、実施の第２形態におけるようなガス流過方向下流側へ向うのに伴って、第１および第２流路３１，３２内へ徐々にかつ連続的にその突出量を増大するように突出して形成される天板５３および底板５４を有するガス導入管５２とが組合されて備えられることである。
【００８５】
図１０は、本発明の実施の第６形態であるガス導入装置１０３を備える気相成長装置１０２の構成を示す断面図である。本実施形態のガス導入装置１０３を備える気相成長装置１０２は、第１形態のガス導入装置２１を備える気相成長装置２０と第３形態のガス導入装置８１を備える気相成長装置８０とに類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８６】
ガス導入装置１０３を備える気相成長装置１０２において注目すべきは、実施の第１形態におけるような片面に連続的な肉厚減少部分である傾斜部を有する仕切板２８と、実施の第３形態におけるような仕切板８５の段階的な肉厚減少に対応し、段階的に肉厚が増大するように第１流路３１の内方に向って突出して形成される天板８３を有するガス導入管８２とが組合されて備えられることである。
【００８７】
図９および図１０に示すような、ガス導入管と仕切板とを組合せてなる実施の第５および第６形態のガス導入装置を備える気相成長装置おいても、上記実施の第１〜第４形態のガス導入装置を備える気相成長装置と同様の効果を奏することができる。
【００８８】
図１１は、本発明の実施の第７形態であるガス導入装置１１１を備える気相成長装置１１０の構成を示す断面図である。本実施形態のガス導入装置１１１を備える気相成長装置１１０は、実施の第２形態のガス導入装置５１を備える気相成長装置５０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８９】
ガス導入装置１１１において注目すべきは、２枚の第１および第２仕切板１１５，１１６を有し、ガス導入管１１２の内部空間を２枚の仕切板１１５，１１６で仕切ることによって３つの第１〜第３流路１１７，１１８，１１９が形成されることである。第１〜第３流路１１７，１１８，１１９は、天板１１３から底板１１４に向ってこの順序で形成される。したがって、ガス導入装置１１１においては、ガス導入口も第１〜第３流路１１７，１１８，１１９のそれぞれに対して形成され、各ガス導入口１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃに設けられる導入接続部材３３を介して、３種類の原料ガスを第１〜第３流路１１７，１１８，１１９にそれぞれ導入することができる。
【００９０】
また第１仕切板１１５は、第１流路１１７に臨む側の面における先端部付近に傾斜部が形成されて肉厚が連続的に減少し、第２仕切板１１６は、第３流路１１９に臨む側の面における先端部付近に傾斜部が形成されて肉厚が連続的に減少する。したがって、第１および第２仕切板１１５，１１６は、それぞれ第２流路１１８に臨み、互いに対向する側の面が原料ガス流過方向のそれぞれの先端部１１５ａ，１１６ａまで平面になるように形成される。
【００９１】
天板１１３および底板１１４が、第１および第２仕切板１１５，１１６のそれぞれの傾斜部に対応し、第１および第３流路１１７，１１９の内方へ突出する突出量は、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って増大され、合流流路３４の流路高さｈが、合流前の第１〜第３流路１１７，１１８，１１９の流路高さの和（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３もしくはｈ４＋ｈ５＋ｈ６）以下になるように形成されることは、前述の各実施形態と同様である。
【００９２】
第１〜第３流路１１７，１１８，１１９を流過する３層のガスを同位置で合流させる場合、第１仕切板１１５の天板１１３を臨む側と、第２仕切板１１６の底板１１４を臨む側とに、それぞれ肉厚が連続的に減少する傾斜部を形成し、仕切板同志が対向する側の面が平面のままで、天板１１３および底板１１４の内方への突出量を調整することによって、流路高さの関係を満足させるようにすると、仕切板１１５，１１６ならびに天板１１３および底板１１４の製作が簡単で、製作コストを低減することができる。
【００９３】
たとえば、一方の仕切板の天板または底板に臨む側の面を、仕切板の先端部まで平面になるようにすると、他方の仕切板については、仕切板同志で形成される流路の高さを増大させないようにするために、他方の仕切板の先端部を曲げて取付けなければならず、加工組立てが困難である。
【００９４】
図１２は、本発明の実施の第８形態であるガス導入装置１２１を備える気相成長装置１２０の構成を簡略化して示す断面図である。本実施形態のガス導入装置１２１を備える気相成長装置１２０は、実施の第７形態のガス導入装置１１１を備える気相成長装置１１０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００９５】
ガス導入装置１２１において注目すべきは、第１仕切板１１５よりも第２仕切板１２６の方がガス流過方向の長さが長く、第１流路１１７を流過する原料ガスと第２流路１１８を流過する原料ガスとが合流する位置と、第３流路１１９を流過する原料ガスと残余の流路を流過する原料ガスとが合流する位置とが、異なることである。このガス導入装置１２１において、底板１２４が第３流路１１９の内方に突出する量は、第２仕切板１２６の傾斜部形状および長さに対応するように設定される。
【００９６】
本実施形態のガス導入装置１２１を備える気相成長装置１２０も、実施の第７形態のガス導入装置１１１を備える気相成長装置１１０と同様の効果を奏することができる。
【００９７】
なお、実施の第７および第８形態のガス導入装置１１１，１２１では、仕切板を連続的に肉厚減少させ、これに対向する天板および底板もガス導入管の内部への突出量を連続的に増加させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板、天板、底板のいずれか、またはこれらの全てがその肉厚もしくは突出量が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
【００９８】
図１３は本発明の実施の第９形態であるガス導入装置１３１を備える気相成長装置１３０の構成を簡略化して示す上面図であり、図１４は図１３の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た図である。本実施形態のガス導入装置１３１を備える気相成長装置１３０は、実施の第１形態のガス導入装置２１を備える気相成長装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００９９】
ガス導入装置１３１において注目すべきは、ガス導入管１３２と、ガス導入管１３２に連接しガス導入管１３２のガス流過方向下流側に延長して設けられる反応管１３７とが異なる素材で構成され、ガス導入管１３２の外方に設けられてガス導入管１３２を冷却する冷却手段１３８を含むことである。
【０１００】
ガス導入装置１３１のガス導入管１３２を構成する天板１３３と底板１３４と第１および第２側壁部材１３５，１３６とは、金属たとえばステンレス鋼で形成される。ステンレス鋼は、高い剛性と優れた加工性とを有するので、高精度にかつ低コストで所望の形状のガス導入管１３２を得ることができる。一方、ガス導入管１３２のガス流過方向下流側においてガス導入管１３２に連接される反応管１３７は、基板２２を加熱する際の温度上昇に伴う熱膨張、また反応生成付着物を薬液で除去クリーニングすることなどを考慮し、たとえば石英で形成される。
【０１０１】
ガス導入管１３２を形成するステンレス鋼は、反応管１３７を形成する石英に比べて、熱膨張率が高いので、基板２２の加熱に伴う温度上昇に起因する変形等の悪影響が憂慮される。したがって、本実施形態のガス導入装置１３１には、ガス導入管１３２の外方に冷却手段１３８が設けられる。
【０１０２】
冷却手段１３８は、ガス導入管１３２の外周に１つの封止空間を形成するように設けられる冷却槽１４１と、冷却槽１４１に接続されて冷却槽１４１の内部に冷媒１４４を供給する冷媒供給管１４２と、冷却槽１４１に接続されて冷却槽１４１の内部の冷媒１４４を排出する冷媒排出管１４３と、冷媒供給管１４２に接続されて冷媒１４４を供給するととともに冷媒排出管１４３にも接続されて冷媒排出管１４３を通じて冷媒１４４が回収される不図示の冷媒供給源とを含んで構成される。冷媒１４４としては、たとえば水が好適に用いられる。冷媒１４４として水を用いる場合、冷媒供給源としては、たとえば水槽と圧送ポンプとを組合せたものが用いられる。
【０１０３】
冷却槽１４１内に冷媒であるたとえば水１４４を循環させることによって、ガス導入管１３２およびその内方の仕切板２８を冷却してその温度上昇を抑制することができる。この温度上昇の抑制によって、ガス導入管１３２および仕切板２８の熱膨張変形を抑制することができるので、ガス導入装置１３１における原料ガスの合流部周辺の形状変化、すなわちガス流れの乱れを抑制することができる。
【０１０４】
本実施形態では、ガス導入管１３２と反応管１３７との２ピースに分割した場合を例示するけれども、これに限定されることなく、ガス流路をなす管が、素材の異なる３ピース以上に分割される構成であってもよい。ガス流路をなす管が、複数のピースに分割される場合、仕切板が同様に分割される構成であってもよい。
【０１０５】
また、本実施形態では、第１および第２流路３１，３２の２層の原料ガスを合流させる場合を例示するけれども、流路が３つ以上あり３層以上の層のガスを合流させるように構成されてもよい。
【０１０６】
なお、本実施形態では、仕切板を連続的に肉厚減少させ、これに対向する天板のガス導入管の内部への突出量を連続的に増加させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板、天板もしくは底板のいずれか、またはこれらの全てがその肉厚もしくは突出量が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
図１５は、本発明の実施の第１０形態のガス導入装置１５１を備える気相成長装置１５０の構成を簡略化して示す部分断面斜視図である。本実施の形態のガス導入装置１５１を備える気相成長装置１５０は、基本構成において実施の第１形態のガス導入装置２１を備える気相成長装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
ガス導入装置１５１を備える気相成長装置１５０において注目すべきは、原料ガスがそれぞれ流過する第１および第２流路３１，３２と、仕切板１５２の原料ガス流過方向の先端部１５２ａを過ぎ２層の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路３４とが、放射状に形成されることである。
【０１０９】
ガス導入装置１５１においては、天板１５３、底板１５４および仕切板１５２が、上面（平面）から見た形状がいずれも円形になるように形成される。天板１５３と底板１５４とによって構成されるガス導入管１５５に原料ガスを導入する第１および第２ガス導入口１５６，１５７は、天板１５３と仕切板１５２とにおける円形の中心部分に開口部を形成することによって設けられる。
【０１１０】
ガス導入口１５６，１５７からガス導入管１５５に原料ガスを導入するための導入接続部材として本実施形態では２層管１５８が用いられ、２層管１５８は天板１５３に対して垂直になるようにガス導入口１５６，１５７に接続される。導入接続部材である２層管１５８は、外管１５９と内管１６０とで形成される外層流路１６１が仕切板１５２と天板１５３とで構成される第１流路３１に接続され、内管１６０の内部空間である内層流路１６２が仕切板１５２と底板１５４とで構成される第２流路３２に接続される。
【０１１１】
したがって、原料ガスは、２層管１５８の外層流路１６１によって、ガス導入管１５５に対して一旦垂直に供給された後、仕切板１５２に当って流路を９０度曲げられて、天板１５３と仕切板１５２とに沿って水平方向へ放射状に第１流路３１を流過する。またもう一つの原料ガスは、２層管１５８の内層流路１６２によって、ガス導入管１５５に対して一旦垂直に供給された後、底板１５４に当って流路を９０度曲げられて、底板１５４と仕切板１５２とに沿って水平方向へ放射状に第２流路３２を流過する。
【０１１２】
ガス導入装置１５１および気相成長装置１５０では、第１および第２流路３１，３２ならびに合流流路３４の流路幅が、中心から半径方向の外方へ向うのに伴い半径に比例して増大するので、各流路の流路高さが半径と逆比例して減少するように形成すれば、合流部の上流側と下流側とを通じて、流路断面積を一定もしくは増大しないようにし、合流部の下流側で低圧もしくは負圧の領域が発生しないようにすることができる。
【０１１３】
本実施形態の気相成長装置１５０は、導入接続部材である２層管１５８を中心にして放射状に複数の基板２２を載置し、複数の基板２２に対して同時に原料ガスを供給して薄膜を形成することができるので、効率的な生産を実現できる。
【０１１４】
また、本実施形態では、第１および第２流路３１，３２の２層の原料ガスを合流させる場合を例示するけれども、流路が３つ以上あり３層以上の層のガスを合流させるように構成されてもよい。また、本実施形態では、仕切板を連続的に肉厚減少させ、これに対向する天板のガス導入管の内部への突出量を連続的に増加させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板、天板もしくは底板のいずれか、またはこれらの全てがその肉厚もしくは突出量が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
図１６は本発明の実施の第１１形態のガス導入装置１７１を備える気相成長装置１７０の構成を簡略化して示す上面図であり、図１７は図１６の切断面線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩから見た図である。本実施の形態のガス導入装置１７１を備える気相成長装置１７０は、ガス流過方向における合流部下流側における構成が実施の第１形態の気相成長装置２０に類似するので、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１１６】
ガス導入装置１７１は、対向するように設けられる２つの天板１７３および底板１７４と、天板１７３および底板１７４に対して略垂直かつ対向するように設けられる２つの第１および第２側壁部材１７６，１７７とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管１７２と、ガス導入管１７２の内部に原料ガス流過方向に延びかつ天板１７３および底板１７４に対して平行に設けられ、ガス導入管１７２の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する第１および第２流路３１，３２に仕切る仕切板１７５とを含む。
【０１１７】
ガス導入装置１７１における仕切板１７５の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的に減少するように形成される。ガス導入装置１７１においては、仕切板１７５の原料ガス流過方向の先端部１７５ａを過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される１つの合流流路３４の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、複数の原料ガスがそれぞれ流過する第１および第２流路３１，３２の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、仕切板１７５の厚さが連続的に減少するのに対応して、第１および第２流路３１，３２の側壁部材１７６，１７７同志が対向する離隔距離を小さくする。
【０１１８】
本実施形態の天板１７３および底板１７４は、第１および第２流路３１，３２にそれぞれ臨む内壁面が平坦になるように形成される。したがって、仕切板１７５の肉厚が先端部付近においてガス流過方向下流側に向って肉厚が連続的に減少するにも関らず、何ら構成上の変化を与えないと、合流部の下流側において流路断面積が増大する。そこで、本実施形態のガス導入装置１７１では、仕切板１７５の肉厚減少に対応するように、側壁部材１７６，１７７同志が対向する離隔距離、すなわち流路幅を減少させることによって、流路幅×流路高さで得られるガス流過方向に対して垂直な断面における流路断面積が合流前後で増大しないように構成される。
【０１１９】
仕切板１７５の平坦部における第１流路３１の流路高さをｈ１とし、第２流路３２の流路高さをｈ２とし、流路幅をｗ１とする。仕切板１７５が連続的に肉厚減少する傾斜部の任意の位置での第１流路３１の流路高さをｈ３とし、第２流路３２の流路高さをｈ４とし、流路幅をｗ２とする。仕切板１７５の先端部１７５ａよりもガス流過方向下流側、すなわち合流部よりも下流側における合流流路３４の流路高さをｈとし、流路幅をｗ３とすると、合流流路３４の前記断面積はｗ３×ｈ＝Ｓ３で与えられ、仕切板１７５の傾斜部における第１流路３１および第２流路３１，３２の前記断面積の和はｗ２×（ｈ３＋ｈ４）＝Ｓ２で与えられ、仕切板１７５の平坦部における第１流路３１および第２流路３１，３２の前記断面積の和はｗ１×（ｈ１＋ｈ２）＝Ｓ１で与えられる。
【０１２０】
本実施形態のガス導入装置１７１では、ガス流過方向の下流側が上流側よりも低圧または負圧にならないように、仕切板１７５の傾斜部における流路断面積Ｓ２が、仕切板の平坦部における流路断面積Ｓ１以下（Ｓ２≦Ｓ１）になるように、また合流流路３４の断面積（Ｓ３）が、合流部よりも上流側である仕切板１７５の傾斜部の流路断面積Ｓ２以下（Ｓ３≦Ｓ２）になるように、流路高さおよび流路幅が設定される。
【０１２１】
なお、天板１７３と底板１７４の内壁面がそれぞれ平坦に形成されることから、仕切板１７５の平坦部よりも傾斜部の方が流路高さは高くなるので、仕切板１７５の平坦部における流路幅ｗ１は、仕切板１７５の傾斜部における流路幅ｗ２よりも大きくなる（ｗ２＜ｗ１）ように、第１側壁部材１７６と第２側壁部材１７７との離隔距離が定められる。同様に、仕切板１７５の傾斜部における第１および第２流路３１，３２よりも合流流路３４の方が流路高さは高くなるので、仕切板１７５の傾斜部における流路幅ｗ２は、合流流路３４における流路幅ｗ３よりも大きくなる（ｗ３＜ｗ２）ように、第１側壁部材１７６と第２側壁部材１７７との離隔距離すなわち流路幅が定められる。
【０１２２】
このようにして、上記の合流部の上流側と下流側とにおける流路断面積の関係（Ｓ３≦Ｓ２≦Ｓ１）が満足されるように、各流路の流路幅および流路高さが設定される。合流部の上流側と下流側とにおける流路断面積の関係は、同一（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３）であることが好ましく、このような構成とすることによって、仕切板１７５の先端部１７５ａよりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。
【０１２３】
このガス導入装置１７１を備える気相成長装置１７０は、仕切板１７５で仕切られた第１および第２流路３１，３２を流過するガス流過層の流速について広い設定範囲で、渦を抑制して合流させた原料ガスを基板２２へ供給することができるので、膜厚および組成が均一な化合物半導体の薄膜を基板２２の表面に気相成長させることができる。
【０１２４】
また、本実施形態では、第１および第２流路３１，３２の２層の原料ガスを合流させる場合を例示するけれども、流路が３つ以上あり３層以上の層のガスを合流させるように構成されてもよい。また、本実施形態では、仕切板を連続的に肉厚減少させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板の肉厚が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
【０１２５】
上記の実施の第１〜第１１形態に示すいずれかの気相成長装置を準備し、気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板２２に原料ガスを導いて供給し、基板２２の表面に薄膜を形成する気相成長方法も、本発明の実施の態様である。この気相成長方法によれば、原料ガスの合流部付近における渦の発生が抑制されるので、渦近傍での気相反応による不均一な反応生成物の合成を抑制し、原料ガスの利用効率の低下を抑制し、膜質の劣化や不均一性を抑制して、良質な化合物半導体の薄膜を得ることができる。
【０１２６】
以上に述べたように、本実施の形態では、仕切板は全体が金属製もしくは石英製等であるけれども、これに限定されることなく、先端部のみが金属製で残部がたとえば石英などからなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施の第１形態であるガス導入装置２１を備える気相成長装置２０の構成を簡略化して示す上面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た図である。
【図３】本発明の実施の第２形態であるガス導入装置５１を備える気相成長装置５０の構成を簡略化して示す上面図である。
【図４】図３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た図である。
【図５】実施の第２形態の変形事例となるガス導入装置を備える気相成長装置の構成を簡略化して示す断面図である。
【図６】実施の第２形態の変形事例となるガス導入装置を備える気相成長装置の構成を簡略化して示す断面図である。
【図７】本発明の実施の第３形態であるガス導入装置８１を備える気相成長装置８０の構成を簡略化して示す断面図である。
【図８】本発明の実施の第４形態であるガス導入装置９１を備える気相成長装置９０の構成を簡略化して示す断面図である。
【図９】本発明の実施の第５形態であるガス導入装置１０１を備える気相成長装置１００の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の第６形態であるガス導入装置１０３を備える気相成長装置１０２の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の第７形態であるガス導入装置１１１を備える気相成長装置１１０の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の第８形態であるガス導入装置１２１を備える気相成長装置１２０の構成を簡略化して示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の第９形態であるガス導入装置１３１を備える気相成長装置１３０の構成を簡略化して示す上面図である。
【図１４】図１３の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た図である。
【図１５】本発明の実施の第１０形態のガス導入装置１５１を備える気相成長装置１５０の構成を簡略化して示す部分断面斜視図である。
【図１６】本発明の実施の第１１形態のガス導入装置１７１を備える気相成長装置１７０の構成を簡略化して示す上面図である。
【図１７】図１６の切断面線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩから見た図である。
【図１８】従来の横型ＣＶＤ炉である気相成長装置１の構成を簡略化して示す上面図である。
【図１９】図１８の切断面線Ａ−Ａから見た図である。
【符号の説明】
【０１２８】
２０  気相成長装置
２１  ガス導入装置
２２  基板
２３  天板
２４  底板
２５  第１側壁部材
２６  第２側壁部材
２７  ガス導入管
２８  仕切板
３１  第１流路
３２  第２流路
３４  合流流路
４１  反応管
４３  トレイ
４４  加熱手段
【図１】
2007027647.tif 000003
【図２】
2007027647.tif 000004
【図３】
2007027647.tif 000005
【図４】
2007027647.tif 000006
【図５】
2007027647.tif 000007
【図６】
2007027647.tif 000008
【図７】
2007027647.tif 000009
【図８】
2007027647.tif 000010
【図９】
2007027647.tif 000011
【図１０】
2007027647.tif 000012
【図１１】
2007027647.tif 000013
【図１２】
2007027647.tif 000014
【図１３】
2007027647.tif 000015
【図１４】
2007027647.tif 000016
【図１５】
2007027647.tif 000017
【図１６】
2007027647.tif 000018
【図１７】
2007027647.tif 000019
【図１８】
2007027647.tif 000020
【図１９】
2007027647.tif 000021