(57)【要約】【課題】サセプタの外周方向に設置した複数の基板間での半導体薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることが可能な化学気相成長装置を提供する。【解決手段】チャンバーと、前記チャンバーの中央に設けられた中空回転機構と、前記中空回転機構の上端部に支持されて回転可能に設置された環状のサセプタと、前記サセプタの上面と相互に間隔をあけて対向して配置され、前記サセプタとともにプロセスガス流路を区画形成する対向板と、プロセスガスを前記プロセスガス流路の前記サセプタ中央側から外周側に向けて吹き出させるノズルと、を有し、前記半導体薄膜の成膜中に、前記中空回転機構により前記サセプタを前記ノズルと非同期に回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に載置した複数の基板上に、化学気相成長により薄膜を成膜するための気相成長装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバーの中央に設けられた中空回転機構と、
前記中空回転機構の上端部に支持されて回転可能に設置された環状のサセプタと、
前記サセプタの上面と相互に間隔をあけて対向して配置され、前記サセプタとともにプロセスガス流路を区画形成する対向板と、
前記中空回転機構の上方に配置されて、プロセスガスを前記プロセスガス流路の前記サセプタ中央側から外周側に向けて吹き出させるノズルと、を有し、
前記中空回転機構により前記サセプタを前記ノズルと非同期に回転させることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記ノズルが回転停止状態に固定され、
前記サセプタのみが回転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】
前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、
前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと同方向に回転するとともに、前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度とが異な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４】
前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、
前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと逆方向に回転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５】
前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度とが異なることを特徴とする請求項４に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関するものであり、特に青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードや紫色レーザダイオードの材料となる化合物半導体薄膜を気相成長させるための気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サセプタに保持された基板を所定温度に加熱した状態で反応室内に原料ガスを供給し、基板の表面に化合物半導体膜を形成する（結晶を成長させる）気相成長方法が用いられている。例えば、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードや紫色レーザダイオードの材料となるＧａＮ系半導体薄膜は、原料として有機金属を用いるＭＯＣＶＤ法により製造される。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法では、気相状態で原料ガスを反応領域まで運び、反応領域で結晶を成長させたり、成長させる結晶と同じ化学組成をもった多結晶等の原料を気体にして反応領域まで運び、成長させる。上記原料ガス（プロセスガス）としては、原料と、該原料を運ぶための気体であるキャリアガスとが混合された混合ガスを用いる。
【０００４】
ＧａＮ系半導体薄膜を成膜する気相成長装置としては、チャンバーの中央に配置されたノズルから、有機金属及びアンモニアからなる原料ガスと、水素または窒素からなるキャリアガスを全方位の外周方向に供給し、ノズルの外周に配置した４インチ〜８インチ径のサファイアまたはシリコンからなる複数の基板上に、一度に半導体薄膜を気相成長させる自公転型ＭＯＣＶＤ装置が知られている。
【０００５】
このような自公転型ＭＯＣＶＤ装置として、例えば特許文献１には、チャンバー内に、中空駆動軸に支持されて回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、サセプタの外周方向にそれぞれ回転可能に設けられた複数の基板設置部と、反応領域を形成するフローチャンネルに原料ガスとパージガスとを導入するノズルと、中空駆動軸の内部に同軸に設けられた原料ガス管およびパージガス管と、ノズルと原料ガス管およびパージガス管とで形成されたガス流路と、を備えた気相成長装置が開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示されている自公転型ＭＯＣＶＤ装置では、原料ガスとパージガスとがチャンバー中央部に設けられたノズルから外周方向のフローチャンネルに導入される。ノズルは、例えばステンレス製で３層構造となっており、最下層にはアンモニアと水素と窒素との混合ガス、中央層には有機金属と水素とアンモニアとの混合ガス、最上層には窒素のみあるいは窒素と水素とからなるパージガスが流れる流路を形成している。この構造により、原料ガス供給管から原料ガス導入ノズルを介してフローチャンネル内に導入される原料ガスの流量がチャンバーの半径方向で均一になる。
【０００７】
また、特許文献２には、気相成長装置におけるサセプタと外囲部との間に設けられた仕切板およびサセプタの中心を貫通するように形成され、かつ、その気相成長質にある部分および仕切板を越えて上方に延長した部分のそれぞれに、サセプタに対して平行方向にガスを吹き出すためのガス吹き出し用小孔を設けた気相成長装置用ノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２３５１９号公報
【特許文献２】実開昭４９−１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
自公転型ＭＯＣＶＤ装置の重要な性能として、半導体薄膜の成膜速度が挙げられる。特に、半導体薄膜を量産するような量産型自公転型ＭＯＣＶＤ装置にとっては重要な性能である。
従来の自公転型ＭＯＣＶＤ装置においては、プロセスガスがノズルから吹き出され、フローチャンネルに導入される。このとき、ノズルの吹き出し部の形状（ノズルの形状）によってはフローチャンネルに流入するプロセスガスの流量もしくは流速がフローチャンネルの周方向で差を生じる場合がある。
また、従来の自公転型ＭＯＣＶＤ装置においては、ノズルがサセプタを支持する中空駆動軸に接合していることにより、ノズルとサセプタの回転が同期していた。このため、成膜中は、サセプタに載置された基板と、プロセスガスが吹き出されるノズルの吹き出し部との周方向における位置関係は不変であった。その結果、ノズルの吹き出し部の形状の不均一さに起因したプロセスガスの流量もしくは流速のばらつきが周方向で生じて、サセプタの外周方向に載置した複数の基板間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきが大きくなってしまう問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、サセプタの外周方向に載置した複数の基板間での半導体薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることが可能な気相成長装置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】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、チャンバー内に載置した複数の基板上に、化学気相成長により薄膜を成膜するための気相成長装置であって、チャンバーと、前記チャンバーの中央に設けられた中空回転機構と、前記中空回転機構の上端部に支持されて回転可能に設置された環状のサセプタと、前記サセプタの上面と相互に間隔をあけて対向して配置され、前記サセプタとともにプロセスガス流路を区画形成する対向板と、前記中空回転機構の上方に配置されて、プロセスガスを前記プロセスガス流路の前記サセプタ中央側から外周側に向けて吹き出させるノズルと、を有し、前記中空回転機構により前記サセプタを前記ノズルと非同期に回転させることを特徴とする気相成長装置が提供される。
なお、非同期とは、ノズルのサセプタに対する相対回転速度、もしくは相対回転方向の  いずれか一方、または両方を異ならせることをいう。
【００１２】
また、請求項２に係る発明によれば、前記ノズルが回転停止状態に固定され、前記サセプタのみが回転することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置が提供される。
【００１３】
また、請求項３に係る発明によれば、前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと同方向に回転するとともに、前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度が異なることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置が提供される。
【００１４】
また、請求項４に係る発明によれば、前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと逆方向に回転することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置が提供される。
【００１５】
また、請求項５に係る発明によれば、前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度とが異なることを特徴とする請求項４に記載の気相成長装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の気相成長装置においては、サセプタはノズルと非同期に回転する。これにより、半導体薄膜の成膜中は、サセプタに設置された基板と、ノズルのプロセスガスの吹き出し部分との位置関係が常に変動する。その結果、ノズルの開口形状の不均一さに起因したプロセスガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す気相成長装置の要部の構成を示す拡大断面図である。
【図３】実施例１及び比較例１において成膜される半導体薄膜の構成を示す断面図である。
【図４】実施例１及び比較例１における各基板の半導体薄膜の成膜速度を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した気相成長装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。また、図１及び図２においては、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、および厚みの比率等は実際のものと同一とは限らない。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明を適用した気相成長装置の一例として、図１に示すＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）１００の構成について、説明する。
【００２０】
本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１００は、チャンバー１と、中空回転機構をなす中空シャフト２と、サセプタ３と、対向板４と、プロセスガス供給管５と、ノズル１６（後に詳しく説明する）と、を有する。
【００２１】
チャンバー１は、化学気相成長により基板上に半導体薄膜を成膜するための反応炉である。例えば、チャンバー１は、図１に示すように、反応炉の蓋である上部チャンバー１Ａと、反応炉の容器である下部チャンバー１Ｂと、を有する。
上部チャンバー１Ａは、成膜中は下部チャンバー１Ｂに密着しているが、成膜間における基板５０やサセプタ３の脱着時は図示略の上部チャンバー駆動機構により上方に持ち上げられる。
下部チャンバー１Ｂは固定されている。また、下部チャンバー１Ｂは、上部チャンバー１Ａとの密着時に、ＭＯＣＶＤ法による半導体薄膜の成膜が行われる空間を形成する凹部を有する。また、下部チャンバー１Ｂには、図１に示すようなサセプタ昇降機構１２が設けられている。サセプタ３の着脱時には、サセプタ昇降機構１２により、サセプタ３が下部チャンバー１Ｂの上面より上方に持ち上げられた後、着脱される。なお、サセプタ昇降機構１２は省略してもよい。
【００２２】
チャンバー１の材質には、耐食性に優れたステンレスを用いることができる。
なお、チャンバー１は、窒素雰囲気に保たれたグローブボックス内に設置される場合がある。
【００２３】
中空シャフト２は、回転可能な状態でチャンバー１の中央に設けられ、サセプタ３に接続されている。具体的には、図１に示すように、中空シャフト２は下部チャンバー１Ｂの底面中央から上下方向に突出して設けられている。中空シャフト２には図示略の回転機構が接続されており、中空シャフト２を回転させることでサセプタ３を回転できるようになっている。
中空シャフト２の材質には、ステンレスを用いることができる。
【００２４】
サセプタ３は、環状の平面部材であり、中空シャフト２の上端部２ａに支持されて回転可能に設置されている。具体的には、図１に示すように、サセプタ３の内周部分が中空シャフト２の上端２ａに接合している。このような構成により、成膜中には、中空シャフト２の回転により、サセプタ３が下部チャンバー１Ｂの凹部空間内で回転する。
サセプタ３の材質には、例えばカーボンを用いることができる。また、サセプタ３の材質にカーボンを用いる場合には、カーボンに石英からなるカバー（図示略）が設けられる。
【００２５】
サセプタ３には、周方向に間隔を隔てて複数の開口部７が設けられている。開口部７は等間隔に設けてもよく、非等間隔に設けてもよい。また、開口部７の数も特に限定されないが、開口部７（開口部７に載置する基板５０の直径）が大きいと、開口部７が小さい場合に比べ、一度に半導体膜を大量に成膜できる。本発明を適用したＭＯＣＶＤ装置１００においては、後述するように、ノズル１６（図２参照）の外周方向の形状の不均一さに起因する原料ガスの流速のばらつきが平均化される。そのため、周方向における開口部７の設置間隔に係わらず、開口部７に載置する基板間の半導体薄膜の成膜速度のばらつきが低減される。
【００２６】
サセプタ３に設けられた開口部７には、図示略のステージが回転可能に設けられる場合がある。具体的には、開口部７に、自転用モータ、あるいは歯車部材等の回転機構が設けられる。ステージは、開口部７に設けられた回転機構に嵌合されることにより、サセプタ３上で回転する。
【００２７】
基板５０は、成膜面５０ａを上にしてサセプタ３の周方向に設置される。具体的には、基板５０は、各開口部７のステージ上に載置される。
また、例えば、サセプタ３を回転させる（公転させる）とともに、サセプタ３の回転に伴って基板５０が載置されるステージを開口部７に設けられた図示略の回転機構により基板５０を回転させ（自転させ）ると、基板５０を自公転させることができる。
成膜中に基板５０を回転させれば、複数の基板５０に対して均一な厚さの半導体薄膜を形成する１つの手段となり量産に対応することができる。また、基板５０の直径を大きくする（大口径化する）ことで量産に対応することもできる。
【００２８】
基板５０の材料は、成膜する半導体薄膜の原料に適合するように、また、半導体膜の用途に応じて適宜選択される。例えば、成膜する半導体薄膜が窒化ガリウムである場合には、サファイア基板、あるいはシリコン基板を用いることができる。
また、基板５０としては、例えば、直径４インチ〜８インチの半導体基板を用いることができる。ステージ及び開口部７の直径は、基板５０の直径より若干大きく設定されるため、ステージ、サセプタ３、チャンバー１の大きさは、基板５０の大きさによって決まる。基板５０の直径が大きくなる程、ステージ、サセプタ３、チャンバー１が大きくなり、ＭＯＣＶＤ装置１００が大型化する。
【００２９】
チャンバー１には、加熱手段８が設けられる。具体的には、図１に示すように、サセプタ３の開口部７の下方に電熱ヒータ等が設置される。ＭＯＣＶＤ法は、プロセスガスを気相で反応領域まで運び、反応領域において原料（有機金属）に熱エネルギーを与え、該熱エネルギーを与えられた原料（有機金属）が熱分解反応することで、基板５０の成膜面５０ａに結晶を成長させる方法である。反応領域においては、プロセスガス流路１５内の基板５０上方および基板５０の成膜面５０ａ付近で最も反応が活発である。
【００３０】
対向板４は、サセプタ３の上面３ａと相互に間隔をあけて対向して配置されている。具体的には、図１に示すように、上部チャンバー１Ａの底部に支持されて設けられている。また、対向板４は、サセプタ３とともにプロセスガス流路１５を区画形成する。
対向板４には、図１に示すような対向板昇降機構９が設けられている。これにより、対向板４の高さを調整することができる。対向板４の高さが調整されることにより、ノズル６からプロセスガスが導入されるプロセスガス流路１５の高さが調整される。なお、対向板昇降機構９は省略してもよい。
対向板４の材質には、石英を用いることができる。
【００３１】
プロセスガス供給管５は、図１に示すように、中空シャフト２の中部に挿入されて、その先端がチャンバー１内に達している。
また、プロセスガス供給管５は、図２のように多重管構造を有している。すなわち、内管５Ａと外管５Ｂで構成されている。外管５Ｂは、中空シャフト２の内管から離間しており、中空シャフト２と外管５Ｂとの間に隙間が設けられている。この隙間が後述するアンモニアガス供給路１１Ａとなる。また、内管５Ａの内部がパージガス供給路１３となり、内管５Ａと外管５Ｂとの間の隙間が有機金属ガス供給路１１Ｂとなる。
【００３２】
成膜する半導体薄膜が窒化ガリウムである場合には、化学気相成長における原料として、有機金属とアンモニアを用いる。これらの原料はそれぞれ、有機金属ガス供給路１１Ｂと、アンモニアガス供給路１１Ａと、を介してチャンバー１内に供給される。
常温では液体又は固体である有機金属は、水素、窒素等をキャリアガスに用いた恒温下でのバブリングにより、半導体薄膜の成膜に充分な量の有機金属ガスとして生成される。
【００３３】
有機金属ガス供給路１１Ｂには、プロセスガス供給管５の下部のプロセスガス導入部５ｄより、バブリングにて生成された有機金属ガスと、水素と窒素からなるキャリアガスとの混合ガスが導入される。また、アンモニアガス供給路１１Ａには、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが導入される。
また、有機金属ガス供給路１１Ｂとアンモニアガス供給路１１Ａとを区画する外管５Ｂの内部には、アンモニアガス供給路１１Ａ、有機金属ガス供給路１１Ｂの温度を調整するための温度調整流体を流通させる温度調整流路１４が設けられている。なお、温度調整流路１４は省略してもよい。
【００３４】
パージガス供給路１３には、プロセスガス導入部５ｄよりパージガスが導入される。パージガスは、中空シャフト２とプロセスガス供給管５との間の空隙からチャンバー１内に不純物が侵入する、あるいは、チャンバー１から原料ガスが外部に漏れることを防ぐ。
前述のように、原料ガスとして有機金属ガスとアンモニアガスが用いられる場合、パージガスとしては、例えば窒素を用いることができる。
ＭＯＣＶＤ装置１００におけるプロセスガスとは、上記の原料ガス、キャリアガス等、半導体薄膜の化学気相成長による成膜を行うために用いられるガスのことをいう。
【００３５】
内管５Ａは、その先端部５Ａ１が対向板４に平行になるように折り曲げられてプロセスガス流路１５に向けられている。同様に、外管５Ｂは、その先端部５Ｂ１が内管５Ａの先端部５Ａ１に沿って折り曲げられてプロセスガス流路１５に向けられている。これにより、プロセスガス供給管５を通じてチャンバー１に向けて上昇してきた各ガスがそれぞれプロセスガス流路１５に向けて供給されるようになっている。
【００３６】
より具体的には先端部５Ａ１と対向板４との間には、パージガス供給路１３に連通する隙間が設けられており、この隙間のプロセスガス流路１５側にパージガスノズル１６ａが形成されている。また、内管５Ａと外管５Ｂとの間の有機金属ガス供給路１１Ｂが、各先端部５Ａ１，５Ｂ１によってプロセスガス流路１５に向けられており、この有機金属ガス供給路１１Ｂの出口が有機金属ガスノズル１６ｂとなっている。さらに、先端部５Ｂ１とサセプタ３との間には、アンモニアガス供給路１１Ａに連通する隙間が設けられており、その隙間のプロセスガス流路１５側にアンモニアガスノズル１６ｃが形成されている。これらの各ノズル１６ｂ，１６ｃをこのように形成することにより、各ガスが各ノズル１６ｂ，１６ｃの中心から放射状に拡がって流れ、かつ、プロセスガス流路１５に供給されるプロセスガスの流れを円滑にすることができる。そのため、各基板５０の成膜面５０ａに均一に原料ガスを供給することが可能になる。
【００３７】
また、パージガス供給路１３は、対向板４に突き当たった後、対向板４と先端部５Ａ１との間の隙間に連通している。その隙間のプロセスガス流路１５側にパージガスノズル１６ａが形成されている。これにより、パージガスはプロセスガスと同様にノズル１６の中心から放射状に拡がって流れる。その後、吹き出された各ガスがプロセスガス流路１５内において相互に拡散し、各ガスが基板５０上で反応する。以降では、ノズル１６ａ，１６ｂ，１６ｃ全体を示す際には、単に「ノズル１６」と記載する。
【００３８】
プロセスガス流路１５に吹き出されたプロセスガスは、化学反応により基板５０の成膜面５０ａに堆積して半導体薄膜を形成する。円盤状のノズル１６の延在方向が、基板５０の成膜面５０ａと平行であるとともに、前述のように基板５０が自公転することにより、成膜面５０ａに均一な膜厚の半導体薄膜が形成される。半導体薄膜の形成に用いられなかった残りのプロセスガスは、下部チャンバー１Ｂに設けられたガス排出部２７から、チャンバー１の外に排出される。
【００３９】
ノズル１６の合計の高さ（吹き出し部の高さ）Ｂ（図２参照）は、プロセスガス流路１５へのプロセスガスの流速を制御する。ＭＯＣＶＤ装置１００における高さＢは、周方向で一定になるように設計されている。しかしながら、実際には高さＢがノズル１６の全周にわたって均一ではない場合がある。このような場合には、プロセスガス供給管５への原料ガス、キャリアガス、パージガスの各供給流量が一定であっても、外周方向において、ノズル１６からのプロセスガスの流速のばらつきが生じる。
【００４０】
前述のように、サセプタ３の回転及びステージの回転により、基板５０は、成膜面５０ａでの半導体薄膜の成膜中にサセプタ３の回転軌道上で自転するとともに、中空シャフト２を中心として公転する。
本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１００においては、ノズル１６を備えたプロセスガス供給管５が、チャンバー１に固定されているため、ノズル１６は回転停止状態である。これにより、半導体薄膜の成膜中は、基板５０とノズル１６との位置関係が変動する。この状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、ノズル１６から一定方向に流れるガス流に対して、基板５０の位置は常に変動することになる。その結果、前述のようなノズル１６の形状の不均一さに起因したプロセスガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板５０間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきを小さくすることができる。
【００４１】
次いで、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。本実施形態では、基板５０としてサファイア基板を用いるとともに、サファイア基板上にＧａＮ薄膜を成膜する。
【００４２】
先ず、サセプタ３の各ステージ上に基板５０を設置する。その後、加熱手段８により、基板５０を所定の温度に加熱する。
続いて、中空シャフト２を回転させ、サセプタ３を回転させるとともに、サセプタ３のステージを回転させる。これにより、基板５０が自転するとともに、中空シャフト２を中心として公転する。
【００４３】
次に、プロセスガス導入部５ｄより、プロセスガス供給管５のパージガス供給路１３、有機金属ガス供給路１１Ｂ、アンモニアガス供給路１１Ａにそれぞれ、窒素からなるパージガスと、トリメチルガリウム等の有機金属ガスと水素と窒素との混合ガスと、アンモニアガスと水素と窒素との混合ガスを供給する。
続いて、ノズル１６から、プロセスガスである有機金属ガスと、アンモニアガスと、水素及び窒素をそれぞれ、プロセスガス流路１５のサセプタ３中央側から外周側に吹き出させる。ノズル１６におけるプロセスガスの流速は、成膜するＧａＮ薄膜の厚みを勘案して設定することが好ましい。
【００４４】
基板５０上のプロセスガス流路１５では、プロセスガスを構成する各種ガスが拡散される。また、加熱された基板５０からの熱により、拡散した各種ガスに熱エネルギーが与えられ、有機金属ガスが熱分解反応することで基板５０の成膜面５０ａにＧａＮ薄膜が成膜される。
【００４５】
ノズル１６が回転停止状態に固定されていると、プロセスガス流路１５に導入されたプロセスガスはノズル１６から一定方向に流れる。基板５０は、ノズル１６の中心に対して自転及び公転している。これにより、成膜中はプロセスガスのガス流に対して、各基板５０の方向及び基板５０の位置を常に変動させることができる。
その結果、各基板５０の成膜面５０ａ内でＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきが低減されるとともに、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきが低減される。
【００４６】
基板５０上のＧａＮ薄膜が所定の厚みに達した際に、プロセスガス供給管５への窒素からなるパージガスと、有機金属ガスと水素と窒素との混合ガスと、アンモニアガスと水素と窒素との混合ガスの供給を中止する。また、中空シャフト２及びサセプタ３のステージの回転を停止させる。
その後、基板５０上に成膜されたＧａＮ薄膜を適温になるまでチャンバー１内で自然冷却した後、上部チャンバー１Ａを開放して基板５０を取り出す。
【００４７】
以上の工程により、サファイア基板上にＧａＮ薄膜を成膜することができる。本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１００においては、ノズル１６を回転停止状態に固定し、サセプタ３を回転させることにより、ノズル１６の形状の不均一さに起因したプロセスガスの流速のばらつきが外周方向で平均化される。そのため、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることができる。
また、ノズル１６が中空シャフト２から切り離されているため、加熱手段８により加熱されたサセプタ３からのノズル１６への伝熱を防止することにより、プロセスガスの利用効率を向上させ、基板５０のＧａＮ薄膜の成膜速度を速くすることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明を適用した気相成長装置の別の例として、図示略のＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）１０１の構成について説明する。
ＭＯＣＶＤ装置１０１においては、ノズル１６を構成する内管５Ａ及び外管５Ｂがノズル回転機構（図示略）に接続されている。その他の構成要素は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００と同一である。
【００４９】
ノズル回転機構は、成膜中に中空シャフト２の回転速度ω１と異なる回転速度ω２で回転する。この状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転するノズル１６から流れるガス流の変化に対して、基板５０の移動が並行しない状態になる。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板５０間における半導体薄膜の厚みのばらつきを小さくすることができる。
また、ノズル回転機構の回転速度ω２を、中空シャフト２の回転速度ω１の自然数の倍数（但し、１倍を除く）になるように制御することにより、混合ガスの流速のばらつきが外周方向で、より厳密に平均化され、基板５０間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきをさらに小さくすることができる。
【００５０】
なお、実際には、チャンバー１内の回転機構は１つ（中空回転機構）であることが多い。その場合には、当該回転機構にノズル１６を回転速度ω２で回転させる機能を持たせればよい。
【００５１】
次いで、ＭＯＣＶＤ装置１０１を用いた半導体薄膜の製造方法について説明する。
ノズル１６から、プロセスガスをプロセスガス流路１５のサセプタ３中央側から外周側に吹き出させる工程までは、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。
【００５２】
次に、ノズル回転機構により、ノズル１６をサセプタ３と同方向に、かつ、サセプタ３の回転速度ω１と異なる回転速度ω２で回転させる。このような状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転速度ω２で回転するノズル１６から平面視で螺旋状にプロセスガスが流れる。このガス流の変化に対して、基板５０の位置が回転速度ω１で変動するため、ガス流の変化と基板５０の移動は並行しない。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化される。そのため、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることができる。
ＧａＮ薄膜の成膜後は、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明を適用した気相成長装置のさらに別の例について説明する。本実施形態のＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）１０２の構成は、第２実施形態で説明したＭＯＣＶＤ装置１０１の構成と同一である。
【００５４】
ＭＯＣＶＤ装置１０２のノズル回転機構は、成膜中に中空シャフト２の回転方向とは逆方向に回転する。中空シャフト２の回転速度ω１とノズル回転機構の回転速度ω２は同一でも、異なってもよい。この状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転するノズル１６から流れるガス流の変化に対して、基板の移動が逆方向になる。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板５０間における半導体薄膜の厚みのばらつきを小さくすることができる。
また、ノズル回転機構の回転速度ω２を、中空シャフト２の回転速度ω１の自然数倍数になるように制御することにより、混合ガスの流速のばらつきが外周方向で、より厳密に平均化され、基板５０間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきをさらに小さくすることができる。
【００５５】
次いで、ＭＯＣＶＤ装置１０２を用いた半導体薄膜の製造方法について説明する。
ノズル１６から、プロセスガスをプロセスガス流路１５のサセプタ３中央側から外周側に吹き出させる工程までは、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。
【００５６】
次に、ノズル回転機構により、ノズル１６をサセプタ３と逆方向に回転させる。このような状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転速度ω２で回転するノズル１６からは、ＭＯＣＶＤ装置１０１を用いた半導体薄膜の製造方法と同様に、平面視で螺旋状にプロセスガスが流れる。このガス流の変化に対して、基板の位置が逆方向に移動する。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化される。そのため、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることができる。
ＧａＮ薄膜の成膜後は、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【実施例】
【００５８】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００５９】
（実施例１）
図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００を用いて、ＧａＮ系半導体薄膜を製造した。基板には、４インチのサファイア基板を用いた。また、図３に示すように、サファイア基板７１上には、低温成長ＧａＮ７２を約３０ｎｍの膜厚で形成した。
サセプタの開口部は、外周上に等間隔に１１個（各開口部をＳＴ１〜ＳＴ１１と称する）設けて、そのうちＳＴ１，ＳＴ３，ＳＴ５，ＳＴ７，ＳＴ９，ＳＴ１０の６個の開口部に基板を設置した。したがって、６枚のサファイア基板の外周方向における間隔は非等間隔とした。具体的には、ＳＴ９とＳＴ１０との間隔が最も狭く、ＳＴ１０とＳＴ１との間隔が最も広い状態にした。６個の開口部に設置した合計６枚のサファイア基板の低温成長ＧａＮ上に、図３に示すようにＧａＮ系半導体薄膜７３を膜厚約３．５μｍで成膜し、基板間の成膜速度のばらつきを評価した。なお、成膜時のサセプタ温度は約１３００℃とした。
【００６０】
（比較例１）
図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００において、プロセスガス供給管５を中空シャフト２に接合し、ノズル１６をサセプタ３と同方向かつ同回転速度で回転させた。その他の装置構成及び成膜時の条件は、実施例１と同一にして、ＧａＮ系半導体薄膜を製造した。
【００６１】
上記のように、ＧａＮ系半導体薄膜の製造を行った際の実施例１及び比較例１における６枚の基板の成膜速度を図４に示す。
【００６２】
図４に示すように、比較例１における成膜速度の基板間のばらつき（Δ）は９％であるのに対して、サセプタがノズルに非同期で回転するように改善を行った結果、実施例１におけるΔは４％に低減した。
また、ノズルの固定化以外の成膜条件は実施例１と比較例１で同一であったにも係わらず、実施例１における基板面内の平均成膜速度が、比較例１における基板面内の平均成膜速度より１割程度速くなった。比較例１のように、従来のＭＯＣＶＤ装置では、ノズルがサセプタを回転させる中空回転機構と接合していたために、加熱手段によって中空シャフトが加熱され、中空シャフトからの伝熱によりノズルも加熱されていた。これにより、ノズルから吹き出す原料ガスの温度が所定の温度より上昇し、原料ガスの分解し始める位置が変化したため、原料の利用効率が低下していた。これに対して、本発明を適用したＭＯＣＶＤ装置を用いた実施例１においては、ノズルが中空回転機構から切り離されているため、中空回転機構からの伝熱を受けることもなく、原料の利用効率が向上したと考えられる。
結果として、ＭＯＣＶＤ装置において、サセプタをノズルと非同期に回転させて成膜を行うことにより、成膜速度の基板間のばらつきを抑える効果に加え、原料の利用効率が向上する効果が得られた。
【符号の説明】
【００６３】
１…チャンバー、１Ａ…上部チャンバー、１Ｂ…下部チャンバー、２…中空回転機構、２ａ…上端、３…サセプタ、３ａ…上面、４…対向板、４ｂ…底面、５…プロセスガス供給管、５Ａ…内管、５Ａ１，５Ｂ１…先端部、５Ｂ…外管、７…開口部、８…加熱手段、９…対向板昇降機構、１１Ａ…アンモニアガス供給路、１１Ｂ…有機金属ガス供給路、１２…サセプタ昇降機構、１３…パージガス供給路、１４…温度調整流路、１５…プロセスガス流路、１６…ノズル、１６ａ…パージガスノズル、１６ｂ…有機金属ガスノズル、１６ｃ…アンモニアガスノズル、２７…ガス排出部、５０…基板、５０ａ…成膜面、１００，１０１，１０２…ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
【図１】
2013225571.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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