(57)【要約】 【課題】結晶性が良好であるIII-V族半導体膜を得ることができる気相成長装置および成膜方法を提供すること。【解決手段】気相成長装置１は、基板Ｓ上に前記膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内に、III族元素を含有するガス、およびこのガスと反応し、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給管２１，３１と、いずれかの原料ガス供給管２１，３１のガス供給口から前記原料ガスを供給している間に、基板Ｓが、原料ガスが排出される前記ガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、成膜領域とは異なる他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室４内において前記基板を搬送する搬送手段５と、前記他の領域に位置する基板Ｓに対して、V族元素を含有するガスを供給する供給管７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にIII-V族化合物半導体膜を成膜するための気相成長装置であって、
前記基板上に前記膜を成膜するための成膜室と、
この成膜室内に、III族元素を含有するガス、およびこのガスと反応して前記膜を成膜するための、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
前記原料ガス供給管のガス供給口から前記原料ガスを供給している間に、前記基板が、前記原料ガスが排出される前記ガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域とは異なる他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を搬送する搬送手段と、
前記他の領域に位置する前記基板に対して、Ｖ族元素を含有するガスを供給する供給管とを備える気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置において、
少なくとも２本の前記原料ガス供給管を有し、
一方の原料ガス供給管は、ハイドライド気相成長用ガス供給管であり、他方の原料ガス供給管は、有機金属気相成長用ガス供給管であり、
前記ハイドライド気相成長用ガス供給管は、前記成膜室内に、ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガス、およびＶ族元素を含有する反応性ガスを含む第一原料ガスを供給し、
前記有機金属気相成長用ガス供給管は、前記成膜室内に、III族元素を含んだ有機金属を含有するガス、およびＶ族元素を含有する反応性ガスを含む第二原料ガスを供給し、
前記搬送手段は、前記ハイドライド気相成長用ガス供給管のガス供給口から前記第一原料ガスを供給している間、あるいは、前記有機金属気相成長用ガス供給管のガス供給口から前記第二原料ガスを供給している間に、前記基板が、前記第一原料ガスあるいは前記第二原料ガスが排出される前記ガス供給口と対向する前記成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域以外の他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を搬送する気相成長装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の気相成長装置において、
前記供給管からの前記Ｖ族元素を含有するガスの供給および停止を制御する制御手段を有し、
前記搬送手段が駆動し、かつ、前記原料ガス供給管から前記原料ガスを供給している間に、前記供給管から前記Ｖ族元素を含有するガスを供給するように、前記制御手段が前記供給管からの前記ガスの供給を制御する気相成長装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記供給管は、前記成膜室内の前記成膜領域を除いた領域に向けて、前記Ｖ族元素を含有する前記ガスを供給するように構成された気相成長装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記搬送手段は、
前記基板を保持するサセプタと、
前記サセプタを回転駆動する駆動手段とを備え、
前記サセプタを前記駆動手段により駆動することで、前記サセプタに保持された前記基板は、前記サセプタの回転軸を中心とした円周上を移動し、
前記回転軸に沿った方向からの平面視において、前記原料ガス供給管のガス供給口は、前記円周上に位置しており、前記基板を前記円周上で移動させることで、前記基板が、前記原料ガス供給管の前記ガス供給口と対向する前記成膜領域に位置する状態と、前記原料ガス供給管の前記ガス供給口と対向しない前記他の領域に位置する状態とを交互にとるように、構成された気相成長装置。
【請求項６】
請求項５に記載の気相成長装置において、
前記供給管の先端部は、前記サセプタの回転軸と平行に延在するとともに、
前記回転軸に沿った方向からの平面視において、前記円周の内側に配置され、
前記供給管の先端部からは、放射状に、前記Ｖ族元素を含有するガスが排出される気相成長装置。
【請求項７】
請求項６に記載の気相成長装置において、
前記供給管の先端部は、前記サセプタの回転軸上で延在する気相成長装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の気相成長装置において、
前記供給管の前記先端部の側面には、前記ガスを排出するための複数の孔が、当該供給管の先端部の周方向に沿って離間して形成されており、
前記孔は、前記回転軸方向からの平面視において、前記原料ガス供給管のガス供給口の中心と、当該供給管の前記先端部の中心とを結ぶ直線上には形成されていない気相成長装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記サセプタは、回転軸を中心とした同一円周上に複数枚の前記基板を保持する気相成長装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記成膜室内でハイドライド気相成長を行なうためのハイドライド気相成長用ガス供給部と、
前記成膜室内で有機金属気相成長を行なうための有機金属気相成長用ガス供給部と、
記憶手段と、
制御手段とを有し、
前記ハイドライド気相成長用ガス供給部は、ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガス、およびＶ族元素を含有する反応性ガスを含む第一原料ガスを供給する第一原料ガス供給管を、前記原料ガス供給管として有し、
有機金属気相成長用ガス供給部は、III族元素を含んだ有機金属を含有するガス、およびＶ族元素を含有する反応性ガスを含む第二原料ガスを供給する第二原料ガス供給管を、前記原料ガス供給管として有し、
前記記憶手段には、
前記各気相成長用ガス供給部の種類と、前記供給管から排出する前記Ｖ族元素を含有するガスの流量とが関連付けられて記憶され、
前記制御手段は、前記ハイドライド気相成長用ガス供給部および前記有機金属気相成長用ガス供給部のうちのいずれかの駆動要求情報を取得し、
駆動が要求されたいずれかの前記気相成長用ガス供給部の種類に関連付けられて記憶されている前記供給管からのガスの流量を前記記憶手段から読み出し、
前記搬送手段が駆動し、かつ、駆動が要求された前記気相成長用ガス供給部の前記原料ガス供給管から前記原料ガスを供給している間に、前記供給管から前記記憶手段から読み出したガス流量で、前記Ｖ族元素を含有するガスを供給するように、前記供給管からの前記ガスの供給を制御する気相成長装置。
【請求項１１】
気相成長法により基板上にIII-V族化合物半導体膜を成膜する成膜方法であって、
III族元素を含有するガス、およびこのガスと反応して前記膜を成膜するための、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む原料ガスを、原料ガス供給管から成膜室内に供給している間に、前記基板が、前記原料ガス供給管のガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域以外の他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を移動して、前記基板上に成膜する成膜工程を含み、
前記成膜工程では、前記原料ガス供給管から前記成膜室内に供給している間に、前記成膜領域以外の他の領域に位置する前記基板に対して、Ｖ族元素を含有するガスを供給する成膜方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の成膜方法において、
前記成膜工程は、
III族元素およびハロゲンガスを含有するガスと、Ｖ族元素を含有する反応性ガスとを含む第一原料ガスを、前記原料ガス供給管から、基板に向けて供給している間に、前記基板が、前記原料ガス供給管のガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域以外の他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を移動して、基板上に成膜するハイドライド気相成長工程と、
III族元素を含む有機金属ガスと、Ｖ族元素を含有する反応性ガスとを含む第二原料ガスを、前記原料ガス供給管から、基板に向けて供給している間に、前記基板が、前記原料ガス供給管のガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域以外の他の領域に位置する状態とを交互にとるように、成膜室内において前記基板を移動して、基板上に成膜する有機金属気相成長工程と、を含み、
前記ハイドライド気相成長工程において、前記成膜領域以外の他の領域に位置する前記基板に対して、Ｖ族元素を含有する前記ガスを第一の流量で供給し、
前記有機金属気相成長工程において、前記成膜領域以外の他の領域に位置する前記基板に対して、Ｖ族元素を含有する前記ガスを第二の流量で供給し、
前記第一の流量と前記第二の流量とが異なる成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、III-V族化合物の半導体層の結晶性を高める方法として、表面拡散促進成長法（Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ＥｎｈａｎｃｅｄＥｐｉｔａｘｙ（ＭＥＥ）法）が検討されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このＭＥＥ法は、III族原子の表面拡散を促進する方法であり、たとえば、III族原子の供給と、V族原子の供給とを交互に行なう。III族原子供給時には、Ｖ族原子が供給されないために、III族原子にかかる圧力が低減され、III族原子の表面拡散が活性化される。これにより、成長面に吸着したIII族原子が表面拡散し、成長面に形成されているキンクやステップに到達する。このようにして、結晶が成長することで、下地層の結晶性を引き継いた良好な結晶を得ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、上述したＭＥＥ法は、特許文献１に記載されているように、主として、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）で行なわれていた。ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）やＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）においては、ＭＥＥ法（FME：flow modulation epitaxy）と呼ばれることもある）を実施することは非常に手間がかかると考えられる。
たとえば、図９にＭＯＣＶＤ装置を示す。この装置において、ＭＥＥ法を実施しようとした場合、反応管内のサセプタ９１上に基板Ｓを配置する。そして、ガス導入管９３からトリメチルガリウム（ＴＭＧ）の供給と、ガス導入管９４からのアンモニア（ＮＨ3）ガスの供給を交互に行なう。
このような方法では、ガス導入管９３からトリメチルガリウムの供給、トリメチルガリウムの停止を交互に行なう必要があり、非常に時間と手間を要する。従って、従来は、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法等においては、ＭＥＥ法を実施して所望の膜厚を得ることは実際上非常に困難であり、ＭＥＥ法を実施することにより、結晶性のよいIII-V族化合物の半導体膜を得ることは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以上の課題を鑑みて発案されたものである。
すなわち、本発明によれば、基板上にIII-V族化合物半導体膜を成膜するための気相成長装置であって、前記基板上に前記膜を成膜するための成膜室と、この成膜室内に、III族元素を含有するガス、および、このガスと反応して前記膜を成膜するための、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給管と、前記原料ガス供給管のガス供給口から前記原料ガスを供給している間に、前記基板が、前記原料ガスが排出される前記ガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域とは異なる他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を搬送する搬送手段と、前記他の領域に位置する前記基板に対して、Ｖ族元素を含有するガスを供給する供給管とを備える気相成長装置が提供される。
【０００７】
この発明によれば、原料ガス供給管のガス供給口から前記原料ガスを供給している間に、搬送手段により、前記基板が、前記原料ガスが排出される前記ガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域とは異なる他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を搬送することができる。
これにより、基板表面に原料ガスを供給する工程と、原料ガスが供給されない工程とを交互に実施することが可能となる。原料ガスが供給されない工程において、原料となるIII族原子の拡散を促進させることが可能となり、結晶性の高いIII-V族化合物半導体膜を得ることができる。
なお、本発明の気相成長装置は、成膜領域ではない他の領域に位置する基板に対して、V族元素を含有するガスを供給する供給管を備えている。この供給管からV族元素を含有するガスを供給することで、原料ガスが供給されていない状態において、V族原子に一定の圧力を付与することができ、基板表面からV族原子が脱離してしまうことを防止できる。
【０００８】
さらに、本発明によれば、成膜方法も提供できる。
すなわち、本発明によれば、気相成長法により基板上にIII-V族化合物半導体膜を成膜する成膜方法であって、III族元素を含有するガス、およびこのガスと反応して前記膜を成膜するための、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む原料ガスを、原料ガス供給管から成膜室内に供給している間に、前記基板が、前記原料ガス供給管のガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域以外の他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室内において前記基板を移動して、前記基板上に成膜する成膜工程を含み、前記成膜工程では、前記原料ガス供給管から前記成膜室内に供給している間に、前記成膜領域以外の他の領域に位置する前記基板に対して、Ｖ族元素を含有するガスを供給する成膜方法も提供できる。
この成膜方法においても上述した効果を奏することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結晶性が良好であるIII-V族半導体膜を得ることができる気相成長装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】気相成長装置を示す断面図である。
【図２】気相成長装置の平面図である。
【図３】気相成長装置の要部を示す模式図である。
【図４】気相成長装置の要部を示す平面図である。
【図５】気相成長装置の要部を示す断面図である。
【図６】気相成長装置のブロック図である。
【図７】成膜時における１枚の基板上のIII族原子およびＶ族原子の濃度変化を示す図である。
【図８】本発明の変形例にかかる気相成長装置を示す断面図である。
【図９】従来の気相成長装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。
はじめに図１〜図７に基づいて、本実施形態の気相成長装置１の概要について説明する。
本実施形態の気相成長装置１は、基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜を成膜するための装置であり、化学気相成長法により、III-V族化合物半導体膜を形成する装置である。
この気相成長装置１は、図１に示すように、基板Ｓ上に前記膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内に、III族元素を含有するガス、およびこのガスと反応し、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給管２１，３１と、
いずれかの原料ガス供給管２１，３１のガス供給口から前記原料ガスを供給している間に、基板Ｓが、原料ガスが排出される前記ガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、成膜領域とは異なる他の領域に位置する状態とを交互にとるように、前記成膜室４内において前記基板を搬送する搬送手段５と、前記他の領域に位置する基板Ｓに対して、V族元素を含有するガスを供給する供給管７とを備える。
【００１２】
ここで、III族元素としては、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ，Ｂのいずれか１種以上があげられる。また、Ｖ族元素としては、Ｎ、Ａｓ、Ｐのうち、いずれか１種以上があげられる。さらには、III-V族化合物半導体膜としては、GaN、AlN、InN、BN、GaAlN、InGaN、GaBN、AlBN、InBN、GaNAs、InNAs、AlNAs、BNAsのいずれか或いはこれらの混晶があげられる。
また、基板Ｓとしては、特に限定されないが、たとえば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、シリコン基板のいずれかを使用できる。
さらに、基板Ｓのサイズは、特に限定されないが、たとえば、２〜６インチである。
なお、以下の実施形態では、Ｖ族元素として、窒素を例示し、III族元素としては、Ｇａを例示し、ＧａＮ膜を製造する例を示す。ただし、本発明の気相成長装置１ではＧａＮ以外のIII-V族化合物半導体膜も製造できる。たとえば、ＧａＡｌＮを作成する場合には、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の第二の内管２１３内部にＧａソースに加えて、Ａｌソースを配置すればよい。また、有機金属気相成長用ガス供給部３では、トリメチルガリウムに加えて、トリメチルアルミニウムを供給すればよい。
【００１３】
次に、本実施形態の気相成長装置１について詳細に説明する。
図１を参照して説明する。図１は、図２の平面図のＡ−Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向の断面を合わせた変位断面図である。
気相成長装置１は、成膜室４と、ハイドライド気相成長用ガス供給部２と、有機金属気相成長用ガス供給部３と、搬送手段５と、供給管７とを有する。
【００１４】
ハイドライド気相成長用ガス供給部２は、成膜室４内でハイドライド気相成長を実施するためのものである。
このハイドライド気相成長用ガス供給部２は、第一供給管２１と、この第一供給管２１の外側に配置された遮熱手段２２とを備える。
この第一供給管２１は、ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガス、および、Ｖ族元素を含有する反応性ガスを含む第一原料ガスを、基板Ｓへむけて排出するものである。この第一供給管２１は、３本の管（外管２１１、第一の内管２１２、第二の内管２１３）を含んで構成されている。
【００１５】
外管２１１は、反応性ガスを成膜室４に供給するための管である。この反応性ガスは、Ｖ族元素を含むガスである。また、反応性ガスは、前述したように、ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するためガスである。本実施形態では、外管２１１は、反応性ガスであるアンモニアガスを成膜室４に供給する。
【００１６】
第一の内管２１２は、外管２１１よりも内径が小さく、外管２１１内に挿入される。第一の内管２１２内には、非反応性ガスが供給される。この非反応性ガスは、前記反応性ガス、および、ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスの双方と反応しないガスである。非反応性ガスとしては、たとえば、水素ガスがあげられる。
【００１７】
第二の内管２１３は、第一の内管２１２よりも内径が小さく、第一の内管２１２内に挿入される。ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスが、第二の内管２１３から成膜室４内に供給される。このハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスは、外管２１１から排出される反応性ガスと反応して基板Ｓ上に膜を形成するためのガスである。
このハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスは、III族元素のハロゲン化ガスであることが好ましく、たとえば、ＧａＣｌガスである。
第二の内管２１３内部には、ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスの原料となる原料ソース、たとえば、III族元素を含む原料２０（たとえば、Ｇａ）を収容した容器（ソースボート）２４が配置されている。
【００１８】
この容器２４には、配管２５および配管２６が接続されている。ハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスを生成するためのガス（ハロゲン元素を含むガスであり、たとえば、ＨＣｌガス）が配管２５により容器２４内に供給され、容器２４内の原料２０と反応してハロゲン元素とIII族元素とを含有するガス（たとえば、ＧａＣｌガス）が生成される。生成したハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスは、配管２６から排出され、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。
なお、外管２１１からハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスを供給し、第二の内管２１３から反応性ガスを供給してもよい。
【００１９】
第一供給管２１の周囲、特に、容器２４の周囲となる位置には、第一供給管２１内部を加熱するための加熱手段、たとえば、ヒータが配置されている（図示略）。
さらに、このヒータの周囲（外周）には、遮熱手段２２が配置されている。
本実施形態では、遮熱手段２２は、第一供給管２１の周囲、特に容器２４の周囲を囲むように設けられた複数の管状の金属部材２２３と、この金属部材２２３の周囲に配置された冷却手段２２４とを含んで構成される。
金属部材２２３は、たとえば、３重構造の筒である。
金属部材２２３の周囲には、冷却手段２２４を構成する管が配置され、この管内部を冷却用の流体Ｗ（たとえば、水等の液体）が通り、加熱手段で発生した熱を遮熱する（図３の模式図参照）。
【００２０】
一方、有機金属気相成長用ガス供給部３は、成膜室４内で有機金属気相成長を実施するためのものである。この有機金属気相成長用ガス供給部３は、有機金属を含むガスとこのガスと反応する反応性ガスとで構成される第二原料ガスを、成膜室４内の基板Ｓに供給する第二供給管３１を含む。
第二供給管３１には、配管３４と配管３３とが接続されている。配管３４は、有機金属を含むガスを供給するものであり、配管３３は、反応性ガスを供給するものである。
第二供給管３１の供給口には、複数の孔を有するガス供給部としてのシャワーヘッド３２が取り付けられており、このシャワーヘッド３２の孔を介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとが成膜室４内に供給される。
有機金属を含むガスは、III族元素を含む有機金属ガスであり、有機金属を含むガスとしては、たとえば、トリメチルガリウム等の有機金属ガスが挙げられる。一方で、反応性ガスとしては、たとえば、Ｖ族元素を含むガス、たとえば、アンモニア等があげられる。
有機金属を含むガスと、反応性ガスとはシャワーヘッド３２の異なる孔を介して、成膜室４に供給される。
【００２１】
成膜室４は、たとえば、ステンレス等の等のチャンバーで構成されている。この成膜室４内には、基板Ｓを保持するための搬送手段５が配置されている。
この搬送手段５は、基板Ｓを保持するサセプタ５１と、サセプタ５１を回転駆動する駆動手段５２とを備える。
サセプタ５１は、円盤状のものであり、一方の面（表面）で基板Ｓを保持する。サセプタ５１の基板を保持する面は、サセプタ５１の回転軸Ｌと直交する面であり、駆動手段５２が接続される面と反対側の面である。基板Ｓは基板面が供給管２１，３１側に向くように、保持される。換言すると、基板Ｓの基板面と、供給管２１，３１からのガスの供給方向とが直交するように基板Ｓが配置される。
本実施形態では、サセプタ５１は、複数枚の基板Ｓを保持し、この基板Ｓはサセプタ５１の回転軸を中心とした同一円上に配置される。
【００２２】
駆動手段５２は、サセプタ５１に接続されている。駆動手段５２は、サセプタ５１を裏面側から支持する軸部５２１と、この軸部５２１に接続されたモータ５２２とを備えている。モータ５２２が駆動することで、軸部５２１が回転軸Ｌを中心に回転駆動する。
サセプタ５１の回転軸Ｌに沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置している。（図４参照）。
なお、図４は、気相成長装置１の平面図であり、第一供給管２１、第二供給管３１側からサセプタ５１をみた図である。
ここで、サセプタ５１は、駆動手段５２により、自転することとなる。そして、サセプタ５１に保持された基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心とした、一つの円周上を移動し、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転することとなる。サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、基板Ｓが公転することで、基板Ｓは、以下の２つの状態を交互にとることとなる。
（１）第一原料ガスが排出される第一供給管２１の供給口、あるいは、第二原料ガスが排出される第二供給管３１の供給口と基板Ｓとが対向し、基板Ｓが前記供給口の直下の成膜領域内に位置する状態、
（２）基板Ｓが前記成膜領域内外の他の領域（非成膜領域）内に位置する状態
【００２３】
図４を参照して、より詳細に説明すると、基板Ｓを保持したサセプタ５１が回転することで、第一供給管２１の供給口、あるいは、第二供給管３１の供給口の直下の成膜領域内に位置していた基板Ｓは、回転軸Ｌを中心とした円周上を移動する。そして、基板Ｓは、前記成膜領域外の他の領域に搬送されることとなる。この他の領域においては、第一供給管２１、あるいは、第二供給管３１からの原料ガスは、基板Ｓ上にほとんど供給されない。その後、さらに、サセプタ５１が回転することで、基板Ｓは、再度、第一供給管２１の供給口、あるいは、第二供給管３１の供給口の直下の成膜領域内に搬送される。この工程を繰り返して、基板Ｓ上に膜が形成されることとなる。
【００２４】
また、図４に示すように、サセプタ５１に保持された基板Ｓと第一供給管２１の供給口とを対向配置させた場合、第一供給管２１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、装置上面側からの平面視（第一供給管２１側からの平面視）において、供給口内に一枚の基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、サセプタ５１に保持されたすべての基板Ｓは収まることはない。本実施形態では、上面側からの平面視において、供給口内に一枚の基板Ｓが収まるが、複数の基板Ｓが収まらない。
【００２５】
同様に、サセプタ５１に保持された基板Ｓと、第二供給管３１の供給口とを対向配置させた場合、第二供給管３１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、上面側からの平面視において、供給口内に基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、サセプタ５１に保持されたすべての基板Ｓは収まることはない。本実施形態では、上面側からの平面視において、供給口内に一枚の基板Ｓが収まるが、複数の基板Ｓが収まらない。
なお、図１に示すように、サセプタ５１の裏面側には、加熱手段である複数のヒータ５３が配置されている。この各ヒータ５３は、成膜時に、各基板Ｓを裏面側から加熱する。
【００２６】
さらに、成膜室４には、成膜室４内のガスを排気するための配管６も接続されている。
【００２７】
また、成膜室４には、供給管７も接続されている。供給管７は、その先端部がチャンバ内部に挿入されている。
この供給管７は、成膜室４内の前述した他の領域に位置する基板Ｓに対し、Ｖ族元素を含むガスを供給するためのものである。
ここで、Ｖ族元素を含むガスは、前述した反応性ガスに含まれるＶ族元素を含んでいればよく、たとえば、アンモニア、窒素、ヒドラジンのいずれか１種以上のガスがあげられる。なかでも、分解性が良好であるという観点から、アンモニアガスが好ましい。
なお、ハイドライド気相成長用ガス供給部２から供給される反応性ガスに含まれるＶ族元素と、有機金属気相成長用ガス供給部３から供給される反応性ガスに含まれるＶ族元素とが異なる場合には、駆動（成膜）しているいずれかのガス供給部から供給される反応性ガスに含まれるＶ族元素と同じＶ族元素を含むガスを、供給管７から供給する。
【００２８】
図１，４，５に示すように、この供給管７は、少なくともその先端部が回転軸Ｌと平行に延在している。本実施形態では、供給管７は、回転軸Ｌ上で延在する。また、供給管７は、回転軸Ｌに沿った方向からの平面視において、回転軸Ｌの周囲を公転する基板Ｓが描く円周の内側に配置されている。
また、供給管７の先端部は、第一供給管２１、第二供給管と平行に延在しており、上下方向に延在している。
【００２９】
この供給管７は、図４および図５に示すように、前述した第一供給管２１のガス供給口直下の成膜領域および第二供給管３１直下の成膜領域を除いた他の領域に向けて、III族元素を含むガスを供給するように構成されている。
【００３０】
具体的には、供給管７のうち、成膜室４内部に位置する供給管７の先端部の側面には、複数の孔７１が形成されており、各孔７１からガスが放出される。これにより、供給管７からは、成膜室４内に放射状にガスが放出されることとなる。ここで、孔７１は、供給管７の先端の側面に、供給管７の周方向に沿って離間配置されている。ただし、この孔７１は、図４に示すように、回転軸Ｌ方向からの平面視において、第一供給管２１の供給口の中心と供給管７の中心（供給管７の軸（ここでは回転軸Ｌと一致している））とを結ぶ直線上および第二供給管３１と供給管７の中心とを結ぶ直線上には形成されていない。
【００３１】
供給管７の各孔７１からは、供給管７の延在方向と直交する方向にガスが配置される。すなわち、供給管７の各孔７１からは、回転軸Ｌの周囲を公転する基板Ｓの表面の上方に向けて、ガスが排出される。
なお、供給管７の先端面は、閉鎖されており、先端面からはガスが排出されない。
また、本実施形態では、孔７１は、供給管７の先端の側面に、供給管７の周方向に沿って離間配置されているとしたが、複数の孔７１の供給管先端からの高さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。ただし、基板Ｓ表面のガスの濃度を一定に保つ観点からは、複数の孔７１の供給管先端からの高さは、同じであることが好ましい。
【００３２】
さらに、この気相成長装置１は、図６に示すように、制御手段８０、温度検出手段８２、回転数検出手段８３、記憶手段８４、バルブＶ０〜Ｖ５、各種ガス源Ｇ０〜Ｇ５を備えている。
温度検出手段８２は、成膜室４内の基板Ｓの温度を検出するものである。温度検出手段８２は、たとえば、赤外線検出装置であり、基板Ｓ表面から放出される赤外線の強度を測定することで基板Ｓの表面温度を測定することができる。
回転数検出手段８３は、軸部５２１の回転数を検出するものであり、たとえば、エンコーダ、電磁式回転検出器、光電式回転検出器等からなり、モータ５２２の出力軸に取り付けられ、軸部５２１の回転数を検出する。
【００３３】
制御手段８０は、温度制御部８０２、回転駆動制御部８０３、バルブ制御部８０４を備える。
温度制御部８０２は、基板Ｓ表面の温度を制御するものであり、ヒータ５３を駆動制御する。
回転駆動制御部８０３は、軸部５２１の回転数を制御するものであり、モータ５２２の駆動を制御する。
バルブ制御部８０４は、バルブＶ０〜Ｖ５の開閉を制御し、かつ、各管からのガスの供給量を制御する。
【００３４】
ここで、バルブＶ０には、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一の内管２１２が接続されている。また、バルブＶ０には、非反応性ガス源Ｇ０が接続されている。バルブＶ０を開くことで、非反応性ガス源Ｇ０から第一の内管２１２に非反応性ガスが供給されることとなる。
また、バルブＶ１には、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の外管２１１が接続されている。また、バルブＶ１には、反応性ガス源Ｇ１が接続されている。バルブＶ１を開くことで、反応性ガス源Ｇ１から外管２１１に反応性ガスが供給されることとなる。
さらに、バルブＶ２には、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の配管２５が接続されている。また、バルブＶ２には、ハロゲン元素を含むガス源Ｇ２が接続されている。
バルブＶ２を開くことで、ハロゲン元素を含むガス源Ｇ２から配管２５にハロゲン元素を含むガスが供給されることとなる。
ここで、ガス源Ｇ０〜Ｇ２は、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を構成するものである。
【００３５】
また、バルブＶ３には、供給管７が接続されるとともに、Ｖ族元素を含むガス源が接続されている。バルブＶ３を開くことで、Ｖ族元素を含むガス源Ｇ３から供給管７にＶ族元素を含むガスが供給されることとなる。
【００３６】
また、バルブＶ４には、有機金属を含むガス源Ｇ４が接続されている。さらに、バルブＶ４には、有機金属気相成長用ガス供給部３の配管３４が接続されている。バルブＶ４を開くことで、有機金属を含むガス源Ｇ４から配管３４に有機金属を含むガスが供給されることとなる。
さらに、バルブＶ５には、反応性ガス源Ｇ５が接続されている。さらに、バブルＶ５には、有機金属気相成長用ガス供給部３の配管３３が接続されている。バルブＶ５を開くことで、反応性ガス源Ｇ５から配管３３に反応性ガスが供給されることとなる。
ここで、ガス源Ｇ４〜Ｇ５は、有機金属気相成長用ガス供給部３を構成するものである。
【００３７】
記憶手段８４には、ハイドライド気相成長工程における各ガスの単位時間あたりの供給量（流量）、基板Ｓの温度、第一供給管２１内部の温度、軸部５２１の回転数が記憶されている。さらに、記憶手段８４には、有機金属気相成長工程における各ガスの流量、基板Ｓの温度、軸部５２１の回転数が記憶されている。
換言すると、記憶手段８４には、各気相成長用ガス供給部の種類（ハイドライド気相成長か、有機金属気相成長であるか）と、各ガスの流量、基板Ｓの温度、第一供給管２１内部の温度、軸部５２１の回転数とが関連づけられて記憶されている。
【００３８】
ただし、ハイドライド気相成長に関連付けられて記憶された、供給管７からのガスの流量と、有機金属気相成長に関連付けられて記憶された、供給管７からのガスの流量とは異なった値となっている。
さらには、ハイドライド気相成長に関連付けられて記憶された、基板Ｓの温度と、有機金属気相成長に関連付けられて記憶された基板Ｓの温度とは異なった値となっている。
また、ハイドライド気相成長に関連付けられて記憶された軸部５２１の回転数と、有機金属気相成長に関連付けられて記憶された軸部５２１の回転数とは異なった値でもよく、同じ値であってもよい。
【００３９】
次に、以上のような気相成長装置１を使用したIII-V族化合物半導体膜の成膜方法について説明する。
はじめに複数の基板Ｓをサセプタ５１上に設置する。
次に、作業者が、気相成長装置１に対して、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の駆動の開始を要求する信号（駆動要求信号）を入力する。温度制御部８０２は前記駆動要求信号を受信する。そして、温度制御部８０２は、前記駆動要求信号に基づいて、駆動が要求された気相成長用ガス供給部の種類に関連付けられて記憶されている基板Ｓの温度を、記憶手段８４から読み出す。そして、温度制御部８０２は、ヒータ５３を駆動し、基板Ｓを記憶手段８４に記憶された所定の温度まで加熱する。
一方で、駆動要求信号を受信した温度検出手段８２は、基板Ｓの表面温度を検出する。温度制御部８０２では、温度検出手段８２で検出した基板Ｓ表面の温度が記憶手段８４に記憶された所定の温度（たとえば１０４０℃）か否かを判別し、前記所定の温度となるようにヒータ５３を駆動制御する。
【００４０】
さらに、本実施形態では、作業者が、気相成長装置１に対して、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の駆動の開始を要求する信号（駆動要求信号）を入力すると、図示しない第二温度制御部が前記駆動要求信号を受信する。そして、第二温度制御部は、前記駆動要求信号に基づいて駆動が要求された気相成長用ガス供給部に対して、関連付けられて記憶されている第一供給管２１の温度を、記憶手段８４から読み出す。そして、第二温度制御部は、図示しない加熱手段を駆動して、第一供給管２１を記憶手段８４に記憶された所定の温度まで加熱する。
一方で、駆動要求信号を受信した図示しない第二温度検出手段により、第一供給管２１の温度を検出する。第二温度制御部では、第二温度検出手段で検出した第一供給管２１の温度が記憶手段８４に記憶された所定の温度（たとえば８５０℃）か否かを判別し、前記所定の温度となるように第二加熱手段を駆動制御する。
【００４１】
回転駆動制御部８０３は、温度検出手段８２で検出した基板Ｓ表面の温度が所定の温度に達したかどうかを判断し、さらには、図示しない第二温度検出手段で検出した第一供給管２１内部の温度が所定の温度に達したかどうかを判断する。
回転駆動制御部８０３が基板Ｓ表面の所定の温度に達し、さらに、第一供給管２１内部の温度が所定の温度に達したと判断した場合に、回転駆動制御部８０３はモータ５２２を駆動して、記憶手段８４に記憶された回転数で、軸部５２１を回転させる。具体的には、前記駆動要求信号に基づいて駆動が要求された気相成長用ガス供給部の種類に関連付けられて記憶されている回転数を記憶手段８４から読み出し、軸部５２１を回転させる。そして、基板Ｓを回転軸Ｌの周囲の円周上で移動させる。回転数検出手段８３により、軸部５２１の回転数を検出し、検出した回転数が記憶手段８４に記憶された前記回転数に達するように、回転駆動制御部８０３でモータ５２２を駆動制御する。
なお、回転駆動制御部８０３が基板Ｓ表面の所定の温度に達していないと判断した場合、あるいは、第一供給管２１内部の温度が所定の温度に達していないと判断した場合には、回転駆動制御部８０３は、モータ５２２を駆動しない。
【００４２】
バルブ制御部８０４では、回転数検出手段８３で検出した回転数が所定の回転数に達していると判断した場合に、各バルブの開閉を制御する。バルブ制御部８０４は、前記駆動要求信号に基づいて駆動が要求された気相成長用ガス供給部の種類に対して関連付けられて記憶されている各ガスの単位時間あたりの供給量（流量）を記憶手段８４から読み出す。そして、読み出した各流量に基づいて、バルブＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５の開閉制御をする。ここでは、バルブＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を開き、バルブＶ４、Ｖ５は閉じたままとする。
なお、回転数検出手段８３で検出した回転数が所定の回転数に達していない場合には、バルブ制御部８０４でバルブの開閉制御は行なわない。
バブルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は同時に開いてもよく、また、バルブＶ３を開いた後に、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ０を同時に開いてもよい。
【００４３】
ここで、成膜時のサセプタ５１の回転数は１ｒｐｍ以上、さらには５ｒｐｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、基板Ｓへ第一供給管２１から供給されるガス濃度が平均化され、膜厚分布（特に円周方向の膜厚分布）が改善される。
なお、回転数の上限値は特に限定されないが、２０００ｒｐｍ以下であることが回転機構を簡素に構築できる点から好ましい。
【００４４】
バルブＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が開かれることで、以下のようにガスが成膜室４内に供給される。
まず、配管２５により、キャリアガスと反応性ガスを生成するためのハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＨＣｌガス）とが容器２４内に供給される。そして、前記ガスと、容器２４内の原料とが反応し、III族元素とハロゲン元素とを含むガス、たとえば、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスが生成される。
このIII族元素とハロゲン元素とを含むガスは、配管２６を介して容器２４から排出され、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。
また、外管２１１からは、Ｖ元素を含有する反応性ガスが成膜室４内に供給される。このとき、第一の内管２１２から、III族元素とハロゲン元素とを含むガスおよび反応性ガスと反応しない非反応性ガスが排出され、第一供給管２１の供給口付近での外管２１１からの反応性ガスと、第二の内管２１３からの、III族元素とハロゲン元素とを含むガスとの接触が抑制される。
【００４５】
一方で、供給管７から、Ｖ族元素を含むガスが成膜室４内に供給される。本実施形態では、サセプタ５１が回転し、基板Ｓが回転軸Ｌを中心に公転し、かつ、第一供給管２１から原料ガスが供給されている間中、Ｖ族元素を含むガスが、成膜室４内の前述した他の領域にむけて供給される。
すなわち、バルブ制御部８０４では、第一供給管２１から第一原料ガスを供給している間に、前記供給管７から、Ｖ族元素を含有するガスを供給するように、供給管７からの前記ガスの供給を制御することとなる。
【００４６】
ここで、第一供給管２１の供給口からは、III族元素とハロゲン元素とを含むガスと、反応性ガスと、が供給され、これらのガスが化学反応することで、第一供給管２１と対向する基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜が形成されることとなる。ただし、第一供給管２１から、III族元素とハロゲン元素とを含むガス、反応性ガスが成膜室４内に供給される間中、成膜室４内のサセプタ５１は駆動手段５２により回転駆動する。従って、ハイドライド気相成長法による成膜中、サセプタ５１上の基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転した状態となる。サセプタ５１上の基板Ｓは、サセプタ５１が回転することで、第一供給管２１の供給口に対向する成膜領域に位置する状態と、成膜領域以外の他の領域（原料ガスがほとんど供給されない非成膜領域）に位置する状態とを交互に取ることとなる。  
【００４７】
基板Ｓが第一供給管２１の供給口に対向していない状態において、供給管７からは、基板Ｓ表面にＶ族元素を含むガスが供給される。そのため、基板Ｓ表面のIII族元素とハロゲン元素とを含むガス（たとえば、ＧａＣｌガス）の濃度の変化、Ｖ族元素を含むガス（たとえば、アンモニアガス）の濃度の変化は、図７に示すような形となる。
基板Ｓが第一供給管２１の供給口の直下の成膜領域に位置する場合には、基板Ｓ表面のIII族原子濃度、Ｖ族原子濃度は高くなる。一方で、基板Ｓが回転軸Ｌ周りを公転した場合、基板Ｓは成膜領域ではない他の領域に位置することとなるので、基板Ｓ表面のIII族原子濃度はゼロとなる。ただし、供給管７からは、Ｖ族元素を含むガスが供給される。供給管７からのＶ族元素を含むガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）は、第一供給管２１からの反応性ガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）よりも少ない。たとえば、供給管７からのＶ族元素を含むガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）は、第一供給管２１からの反応性ガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）の１／２〜１／１０である。このように供給管７からは、Ｖ族元素を含むガスが供給されるため、Ｖ族原子濃度は、成膜領域に位置する基板Ｓ表面におけるＶ族原子濃度よりも、低くなるももの、ゼロとはならない。基板Ｓ表面のＶ族原子濃度が低くなることで、III族原子にかかる圧力が低くなり、III族原子の表面拡散が活性化される。これにより、成長面に吸着したIII族原子が表面拡散し、成長面に形成されているキンクやステップに到達する。このようにして、結晶が成長することで、下地層の結晶性を引き継いた良好な結晶を得ることができる。
【００４８】
以上のようにして、基板Ｓ上に膜が形成された後、作業者は、気相成長装置１のハイドライド気相成長用ガス供給部２を停止するとともに、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動させる。ハイドライド気相成長用ガス供給部２の停止の要求を受け付けた制御手段８０のバルブ制御部８０４では、バルブＶ０、Ｖ１、Ｖ２を閉じる。ここでは、バルブＶ３は閉じない。バルブＶ３を開いた状態とすることで、ハイドライド気相成長用ガス供給部停止後、有機金属成長開始までの間に、基板Ｓ上の膜の分解を抑制できる。
一方で、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の停止の要求を受け付けた制御手段８０の回転駆動制御部８０３では、モータ５２２の駆動を停止する。さらに、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の停止の要求を受け付けた図示しない第二温度制御部により、第一供給管２１の加熱を停止する。
【００４９】
ハイドライド気相成長用ガス供給部２の停止および有機金属気相成長用ガス供給部３の駆動開始の要求を受け付けた温度制御部８０２は、駆動が要求された気相成長用ガス供給部の種類に対して、関連付けられて記憶されている基板Ｓの温度を、記憶手段８４から読み出す。そして、温度制御部８０２は、ヒータ５３の駆動制御を行う。一方で、温度検出手段８２により、基板Ｓの表面温度を検出する。温度制御部８０２では、温度検出手段８２で検出した基板Ｓ表面の温度が記憶手段８４に記憶された所定の温度か否かを判別し、前記所定の温度となるようにヒータ５３を駆動制御する。
なお、基板Ｓを所定温度まで冷却するために冷却手段が設けられていてもよい。
【００５０】
回転駆動制御部８０３は、温度検出手段８２で検出した基板Ｓ表面の温度が、記憶手段８４に記憶された所定の温度に達したかどうかを判断し、所定の温度に達したと判断した場合に、回転駆動制御部８０３では、モータ５２２を駆動して、記憶手段８４に記憶された回転数で、軸部５２１を回転させる。なお、回転駆動制御部８０３が、温度検出手段８２で検出した基板Ｓ表面の温度が、記憶手段８４に記憶された所定の温度に達していないと判断した場合には、モータ５２２を駆動しない。
前記駆動要求信号に基づいて駆動が要求された気相成長用ガス供給部の種類に関連付けられて記憶されている回転数を記憶手段８４から読み出す。そして軸部５２１を回転させる。そして、基板Ｓを回転軸Ｌの周囲の円周上で移動させる。回転数検出手段８３により、軸部５２１の回転数を検出し、検出した回転数が記憶手段８４に記憶された前記回転数に達するように、回転駆動制御部８０３でモータ５２２を駆動制御する。
【００５１】
モータ５２２を駆動することで、基板Ｓが回転軸Ｌの周囲の円周上で移動することとなる。
【００５２】
成膜時のサセプタ５１の回転数は１ｒｐｍ以上、さらには５ｒｐｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、基板Ｓへ第二供給管３１から供給されるガス濃度が平均化され、膜厚分布（特に円周方向の膜厚分布）が改善される。なお、回転数の上限値は特に限定されないが、２０００ｒｐｍ以下であることが回転機構を簡素に構築できる点から好ましい。
【００５３】
次に、バルブ制御部８０４では、回転数検出手段８３で検出した回転数が所定の回転数に達していると判断した場合に、各バルブの開閉を制御する。バルブ制御部８０４は、駆動が要求された気相成長用ガス供給部の種類に対して関連付けられて記憶されている各ガスの単位時間あたりの供給量（流量）を記憶手段８４から読み出す。そして、読み出した流量に基づいて、バルブＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５の開閉制御をする。ここでは、バルブＶ４、Ｖ５を開く。なお、バルブＶ０、Ｖ１は閉じたままとする。また、バルブ制御部８０４は、記憶手段８４に記憶された流量に基づいて、バルブＶ３の開きを制御する。
回転数検出手段８３で検出した回転数が所定の回転数に達していない場合には、バルブ制御部８０４でバルブの開閉制御は行なわない。
【００５４】
バルブＶ４、Ｖ５を開くことで、配管３４に有機金属を含むガスが供給され、さらに、配管３３にハロゲン元素を含む反応性ガスが供給される。そして、これらのガスがシャワーヘッド３２を介して成膜室４内に供給される。
一方で、バルブＶ３を介して、供給管７にＶ族元素を含むガスが供給され、このガスが成膜室４内に供給される。
【００５５】
ここで、第二供給管３１の供給口からは、有機金属を含むガスと反応性ガスとが供給され、これらのガスが反応することで、第二供給管３１と対向する基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜が形成されることとなる。ただし、第二供給管３１から、有機金属を含むガス、反応性ガスが成膜室４内に供給される間中、成膜室４内のサセプタ５１は駆動手段５２により回転駆動する。従って、有機金属気相成長法による成膜中、サセプタ５１上の基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転した状態となる。サセプタ５１上の基板Ｓは、サセプタ５１が回転することで、第二供給管３１の供給口に対向する成膜領域に位置する状態と、成膜領域以外の他の領域（原料ガスがほとんど供給されない非成膜領域）に位置する状態とを交互に取ることとなる。  
基板Ｓが第二供給管３１の供給口に対向していない状態において、供給管７からは、基板Ｓ表面にＶ族元素を含むガスが供給される。そのため、基板Ｓ表面のIII族元素を含むガスの濃度の変化、Ｖ族元素を含むガスの濃度の変化は、図７に示すような形となる。供給管７からのＶ族元素を含むガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）は、第二供給管２２からの反応性ガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）よりも少ない。たとえば、供給管７からのＶ族元素を含むガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）は、第二供給管２２からの反応性ガスの流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）の１／１０〜１／３０である。このように供給管７からは、Ｖ族元素を含むガスが供給されるため、Ｖ族原子濃度は、成膜領域に位置する基板Ｓ表面におけるＶ族原子濃度よりも、低くなるももの、ゼロとはならない。
本実施形態では、サセプタ５１が回転し、基板Ｓが回転軸Ｌを中心に公転し、かつ、第二供給管３１から第二原料ガスが供給されている間中、Ｖ族元素を含むガスが、供給管７から前記他の領域に向けて供給される。すなわち、バルブ制御部では、第二供給管３１から第二原料ガスを供給している間に、供給管７から、Ｖ族元素を含有するガスを供給するように、供給管７からの前記ガスの供給を制御することとなる。
【００５６】
ここで、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を駆動させ、ハイドライド気相成長を行なう際の供給管７からのガス流量と、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動させて有機金属気相成長を行なう際の供給管７からのガス流量とは異なることが好ましい。これにより、ハイドライド気相成長工程、有機金属気相成長工程の各工程において、所望の膜をそれぞれ形成することができる。
その後、作業者は、気相成長装置１の有機金属気相成長用ガス供給部３を停止する。停止の要求を受け付けた制御手段８０のバルブ制御部８０４では、バルブＶ３、Ｖ４，Ｖ５を閉じる。バルブＶ３、Ｖ４，Ｖ５は同時に閉じてもよいし、バルブＶ４，Ｖ５を閉じた後、バルブＶ３を閉じてもよい。停止の要求を受け付けた制御手段８０の回転駆動制御部８０３では、モータの駆動を停止する。さらに、停止の要求を受け付けた温度制御部８０２では、ヒータ５３の駆動を停止する。
【００５７】
このように気相成長装置１を使用して、基板Ｓ上に、たとえば、レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子等の半導体装置を形成することができる。
【００５８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態では、第一供給管２１のガス供給口から第一原料ガスを供給している間、あるいは、第二供給管３１のガス供給口から第二原料ガスを供給している間に基板Ｓが、原料ガスが排出されるガス供給口と対向する成膜領域に位置する状態と、前記成膜領域とは異なる他の領域に位置する状態とを交互にとるように、成膜室４内において基板Ｓを搬送する。
これにより、基板Ｓ表面に原料ガスを供給する工程と、原料ガスが供給されない工程とを交互に実施することが可能となる。原料ガスが供給されない工程において、原料となるIII族原子の拡散を促進させることが可能となり、結晶性の高いIII-V族化合物半導体膜を得ることができる。
【００５９】
さらには、成膜領域ではない他の領域に位置する基板Ｓに対して、V族元素を含有するガスを供給する供給管７を備えている。この供給管７からV族元素を含有するガスを供給することで、原料ガスが供給されていない状態において、基板Ｓ表面のV族原子に一定の圧力を付与することができ、基板Ｓ表面からV族原子が脱離してしまうことを防止できる。
特に、供給管７からのV族元素を含有するガスの流量を、駆動してるガス供給部の原料ガス供給管（第一供給管２１あるいは第二供給管３１）からのV族元素を含有する反応性ガスの流量よりも少なくすることで、III族原子の拡散を促進しつつ、基板Ｓ表面のV族原子に一定の圧力を付与することができ、基板Ｓ表面からV族原子が脱離してしまうことを防止できる。
【００６０】
供給管７は、第二供給管３１および第一供給管２１とは別に設けられ、これらの供給管３１,２１とは異なる独立した管であるため、第二供給管３１および第一供給管２１からのガスの供給量とは別に、V族元素を含有するガスの供給量を制御できる。これにより、基板Ｓ表面における圧力を所望の圧力に設定することができ、基板Ｓ表面のIII族原子の拡散を促進しながらも、基板Ｓ表面のＶ族原子の脱離を抑制でき、結晶性が良好となる。
【００６１】
また、本実施形態では、成膜工程において、供給管７から、Ｖ族元素を含有するガスを他の領域にある基板Ｓ上部に向けて供給し続けている。そのため、成膜工程において、成膜領域外の他の領域に位置する基板Ｓ表面のＶ族原子濃度を比較的一定に保つことができる。
より詳細に説明すると、気相成長装置１においては、成膜時に、配管６から成膜室４内の気体（たとえば、成長に寄与しなかった原料ガス）が排出される。前述した他の領域中のＶ族原子も配管６から排出されるため、供給管７からＶ族元素を含有するガスを他の領域にある基板Ｓ上部に向けて供給し続けることで、成膜領域外の他の領域に位置する基板Ｓ表面のＶ族原子濃度を比較的一定に保つことができるのである。
これにより、成膜領域外の他の領域に位置する基板Ｓ表面におけるIII族原子にかかる圧力を一定にして、III族原子の拡散長にばらつきが生じることを抑制できる。そのため、所望の結晶性のIII-V族化合物半導体膜を得ることができる。
【００６２】
さらに、本実施形態では、供給管７は、第一供給管２１および第二供給管３１の直下の成膜領域を除いた領域に向けて、ガスを供給するように構成されている。具体的には、供給管７の先端部には孔７１が形成されているが、この孔７１は、回転軸方向からの平面視において、第一供給管２１の中心と当該供給管７の中心とを結ぶ直線上、および、第二供給管３１の中心と供給管７の中心とを結ぶ直線上には形成されていない。このような構造の供給管７を使用することで、第一供給管２１の供給口から供給される原料ガスの流れ、および、第二供給管３１の供給口から供給される原料ガスの流れが、供給管７から供給されるガスにより乱れてしまうことが防止される。また、供給管７から供給されるガスにより、第一供給管２１あるいは第二供給管３１から供給されるガスにおけるV/III比の値が変動してしまうことも防止できる。
【００６３】
また、本実施形態では、一つの供給管７を基板Ｓが描く円周の内側に配置し、この供給管７から放射状にガスを放出している。これにより、供給管を多数設ける必要がなくなる。
さらに、本実施形態では、供給管７の先端部は、回転軸Ｌ上に位置するため、回転軸Ｌを中心に公転する基板Ｓが描く円周上のどのような位置に基板Ｓがある場合でも、供給管７と基板Ｓとの距離は一定となる。供給管７から基板Ｓ上部に向けてＶ族元素を含むガスが供給されるが、公転する基板Ｓ上の前記Ｖ族元素を含むガスの濃度を比較的一定に保つことができる。
【００６４】
さらに、本実施形態の気相成長装置１は、同一の成膜室４内にハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一供給管２１、有機金属気相成長用ガス供給部３の第二供給管３１それぞれが接続されており、成膜室４内に、ハイドライド気相成長用ガス供給部２、有機金属気相成長用ガス供給部３それぞれからガスが供給される構成である。
従って、たとえば、有機金属気相成長用ガス供給部３からのガスの供給を停止した状態で、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からのガスの供給を行い基板Ｓ上に成膜した後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からのガスの供給を停止し、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の冷却をまたずに、有機金属気相成長用ガス供給部３からのガスの供給を開始して、基板Ｓ上に成膜することができる。
【００６５】
さらに、本実施形態では、搬送手段５の駆動手段５２に沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に配置されている。
従って、サセプタ５１を回転駆動するだけで、第一供給管２１の供給口、第二供給管３１の供給口からのガスにより基板Ｓ上に膜を形成することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、成膜中に、サセプタ５１を回転駆動している。成膜中には基板Ｓ周辺の温度よりも、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）付近の温度の方が低く、基板Ｓ側から供給口側にむかって上昇するようなガスの流れが生じることがある。このようなガスの流れが強い場合、供給口から基板Ｓへ供給されるガスの流れを妨げることとなるが、成膜中にサセプタを回転させて、サセプタ面上のガスに遠心力を与えることで、基板Ｓから供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを弱めることができる。これにより、基板Ｓ上に効率よく成膜することが可能となる。
【００６７】
さらに、本実施形態では、サセプタ５１は複数枚の基板Ｓを保持している。そして、複数枚の基板Ｓを保持したサセプタ５１を高速で回転させ、各基板Ｓを順次、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）と対向させながら、各基板Ｓ上に成膜している。
このように、サセプタ５１を回転させながら複数の基板Ｓ上に成膜することで、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）からの位置の違いにより、各基板Ｓ上に形成される膜の膜質が異なってしまうことが抑制される。
【００６８】
また、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からガスの供給を行う際、ハロゲン元素を含むガスを第二の内管２１３から供給するとともに、外管２１１からは、反応性ガスを供給し、さらに、第一の内管２１２から、ハロゲン元素を含むガスおよび反応性ガスと反応しない非反応性ガスを供給している。これにより、第一供給管２１の供給口付近での外管２１１からの反応性ガスと、第二の内管２１３からのハロゲン元素を含むガスとの接触が抑制される。
【００６９】
また、本実施形態では、第一供給管２１の周囲には、第一供給管２１内を加熱する加熱手段が配置され、加熱手段の周囲には、加熱手段からの熱を遮断する遮熱手段２２が配置されている。このようにすることで、有機金属気相成長用ガス供給部３への熱の影響を抑制することができる。
さらに、遮熱手段２２として冷却手段２２４を使用することで、より確実に熱を遮断することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してＨＶＰＥ法で成膜処理できる基板Ｓの枚数と、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用してＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができる基板Ｓの枚数とが同じである。
従って、たとえば、ハイドライド気相成長用ガス供給部を使用してＨＶＰＥ法で成膜処理した基板Ｓすべてを、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用してＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができるので、製造効率がよい。
さらに、基板Ｓを成膜室４から取り出すことなく、ＨＶＰＥ法およびＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができるので、ＨＶＰＥ法で成膜処理した後、ＭＯＣＶＤ法で成膜処理を開始するまでの間に、基板Ｓが汚れてしまう或いは表面原子の蒸発によって結晶性が劣化すること等を抑制することができる。
【００７１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、気相成長装置１は、第一供給管２１、第二供給管３１を備えていたが、第一供給管２１、第二供給管３１はそれぞれ複数であってもよい。
また、前記実施形態では、一つの供給管７から放射状にガスを供給していたが、これに限られるものではない。たとえば、図８に示すように、複数の供給管７Ａを設けてもよい。各供給管７Ａは、公転する基板Ｓの描く円周上に位置しており、基板Ｓ表面と対向する。これにより、基板Ｓ上にＶ族元素を含むガスを供給してもよい。
【００７２】
さらには、前記実施形態では、気相成長装置１は、ハイドライド気相成長用ガス供給部２、有機金属気相成長用ガス供給部３の双方を有していたが、これに限らず、ハイドライド気相成長用ガス供給部２、有機金属気相成長用ガス供給部３のうち、いずれか一方の供給部のみを有するものとしてもよい。
【００７３】
さらに、前記実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してハイドライド気相成長を実施した後、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用して有機金属気相成成長を実施したが、これに限られるものではない。たとえば、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用した後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してもよい。
【００７４】
また、前記実施形態では、第一供給管２１、第二供給管３１が基板Ｓの上方に位置し、第一供給管２１、第二供給管３１からガスが上方側から下方側に向かって流れるとしたが、構造の上下を反転し、ガスを下方側から上方側に向かって流しても良い。
また、第一供給管２１、第二供給管３１をその長手方向が水平方向に沿うように配置してもよい（図１における左右方向に第一供給管２１，第二供給管３１を配置してもよい）。
【実施例】
【００７５】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
前記実施形態と同様の気相成長装置１を使用して、成膜を行った。
基板Ｓとしては、サファイア基板を使用した。
サセプタ５１上には、１０枚の基板Ｓを配置した。
基板Ｓの温度を５００℃とし、供給管７からはＮＨ３ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎで供給し、第二供給管３１から第二原料ガス（トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを２ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガス１０Ｌ／ｍｉｎ）を供給した。そして、２分間ＭＯＣＶＤ成長を行った。成膜中、供給管７および第二供給管３１からは各ガスが供給され続けていた。成膜中のサセプタ５１の回転数は、２０ｒｐｍとした（第一の成膜工程）。
その後、一旦第二供給管３１からの第二原ガスの供給を止め、基板Ｓの温度を１０００℃に上昇させ５分間放置した。この間、供給管７からのＮＨ３ガスはそのまま流した。
次に、第二供給管３１からＴＭＧガスを２．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスを１０Ｌ／ｍｉｎで供給するとともに、供給管７からはＮＨ３ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎで供給した。そして、基板温度１０００℃で６０分間ＭＯＣＶＤ成長を行った。成膜中、供給管７および第二供給管３１からは各ガスが供給され続けていた。成膜中のサセプタ５１の回転数は、２０ｒｐｍとした（第二の成膜工程）。
以上の工程により、約１．５ミクロンのＧａＮ膜が得られた。ＧａＮ膜は、鏡面状であった。このＧａＮ膜をX線回折（ロッキングカーブ）で測定したところ（００２）回折の半値全幅（ＦＷＨＭ）が２００ａｒｃｓｅｃ、（１０２）回折のＦＷＨＭは２５０ａｒｃｓｅｃと極めて良好な結晶性が得られた。
【００７６】
（比較例１）
供給管７を有しない気相成長装置を使用して成膜を行った。この比較例１で使用した気相成長装置は、供給管７を有しない点以外は、実施例１の気相成長装置１と同様である。
すなわち、第一の成膜工程および第二の成膜工程において、供給管７からのガスの供給を行わなかった点以外、比較例１は、実施例１と同様である。約１．５ミクロンのＧａＮ膜が得られた。このＧａＮ膜の表面は白濁していた。
【００７７】
（比較例２）
図９に示すＭＯＣＶＤ装置を使用して成膜を行った。
サファイア基板Ｓをサセプタ９１上に配置し、ガス導入管９３からトリメチルガリウムガスを０．２ｃｃ／ｍｉｎで供給し、ガス導入管９４からＮＨ３ガスを１０Ｌ／ｍｉｎで供給した。基板を温度５００℃として、２分間ＭＯＣＶＤ成長を行った。
その後、ガス導入管９３およびガス導入管９４からの原料ガスの供給を止め、基板温度を１０００℃として５分間放置した。
次に、ガス導入管９３からトリメチルガリウムガスを０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、ガス導入管９４からＮＨ３ガスを５Ｌ/ｍｉｎで供給した。そして、基板温度１０００℃とし、６０分間ＭＯＣＶＤ成長を行った。これにより、約１．５ミクロンのＧａＮ膜が鏡面で得られた。
膜をX線回折（ロッキングカーブ）で測定したところ（００２）の半値全幅（ＦＷＨＭ）が３００ａｒｃｓｅｃ、（１０２）回折のＦＷＨＭは４００ａｒｃｓｅｃという値が得られた。
【００７８】
実施例１においては、第二供給管３１から成膜領域に原料ガスを供給するとともに、供給管７から成膜領域以外の他の領域にアンモニアガスを供給している。基板Ｓは、サセプタが回転することで、基板Ｓが第二供給管３１と対向する成膜領域に位置する状態と、他の領域に位置する状態とが交互に実現する。基板Ｓが他の領域に位置する状態では、基板Ｓ表面に第二原料ガスが供給されず、Ｇａ原子の堆積が中断される。これにより、基板Ｓ表面における圧力が低くなり、表面原子の拡散が起こりやすい状況が作られる。そして、基板Ｓに吸着した表面原子は、最適サイトへと拡散移動するため、結晶性が向上したと考えられる。これに加え、基板Ｓが他の領域に位置する状態では、基板Ｓ表面に供給管７からのアンモニアガスが供給される。特に、供給管７は、第二供給管３１とは別の独立した管であるため、第二供給管３１からのアンモニアガスの供給量とは別に、アンモニアガスの供給量を制御できる。これにより、基板表面Ｓにおける圧力を低く設定することができ、基板表面の原子の拡散を促進しながらも、基板Ｓ表面の窒素の脱離を抑制でき、結晶性が良好となる。
これに対し、比較例１では、他の領域にガスが供給されていないため、基板Ｓを回転させた際、他の領域に基板Ｓが位置すると、基板表面から、窒素の脱離がおこり、表面は白濁し、結晶性は悪化する。
また、比較例２では、基板表面に常時、成長時に必要な量の第二原料ガスが供給され、窒素分圧が高い。そのため、基板Ｓ表面に吸着した原子が拡散しにくくなっている。さらには、基板Ｓ表面の原子の拡散により、原子が最適サイトに拡散するよりも、原子の堆積が速いため結晶性は向上しないと考えられる。
【００７９】
（実施例２）
前記実施形態と同様の気相成長装置１を使用して、成膜を行った。
基板Ｓとしては、サファイア基板を使用した。
サセプタ５１上には、１０枚の基板Ｓを配置した。
基板Ｓの温度を５００℃とし、供給管７からはＮＨ３ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎで供給し、第二供給管３１から第二原料ガス（トリメチルガリウムを２ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスを１０Ｌ／ｍｉｎ）を供給した。そして、２分間ＭＯＣＶＤ成長を行った。成膜中、供給管７および第二供給管３１からは各ガスが供給され続けていた。成膜中のサセプタ５１の回転数は、５ｒｐｍとした（第一の成膜工程）。
その後、一旦第二供給管３１からの第二原ガスの供給を止め、２分間、供給管７からＮＨ３ガスを流し続けた（０．５Ｌ／ｍｉｎ）。次に、基板Ｓの温度を１０００℃に上昇させ、第一供給管２１からＧａＣｌを１００ｃｃ/ｍｉｎ、ＮＨ３ガスを２Ｌ／ｍｉｎ、温度１０００℃で３０分間ＨＶＰＥ成長を行なった。成膜中、供給管７および第一供給管２１からは各ガスが供給され続けていた。供給管７からのＮＨ３ガスの流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎであった。成膜中のサセプタ５１の回転数は、５ｒｐｍとした（第二の成膜工程）。
以上の工程により、約１０ミクロンのGaN膜が鏡面で得られた。
ＧａＮ膜をX線回折（ロッキングカーブ）で測定したところ（００２）回折の半値全幅（ＦＷＨＭ）が１８０ａｒｃｓｅｃ、（１０２）回折のＦＷＨＭは２３０ａｒｃｓｅｃと極めて良好な結晶性が得られた。
【００８０】
（比較例３）
供給管７を有しない気相成長装置を使用して成膜を行った。この比較例３で使用した気相成長装置は、供給管７を有しない点以外は、実施例２の気相成長装置１と同様である。
すなわち、第一の成膜工程および第二の成膜工程において、供給管７からのガスの供給を行わなかった点以外、比較例３は、実施例２と同様である。約１０ミクロンのＧａＮ膜が得られた。このＧａＮ膜の表面は白濁していた。
【符号の説明】
【００８１】
１    気相成長装置
２    ハイドライド気相成長用ガス供給部
３    有機金属気相成長用ガス供給部
４    成膜室
５    搬送手段
６    配管
７    供給管
７Ａ    供給管
２０  原料
２１    第一供給管（原料ガス供給管）
２２    遮熱手段
２４    容器
２５    配管
２６    配管
３１    第二供給管
３２    シャワーヘッド
３３    配管
３４    配管
５１    サセプタ
５２    駆動手段
５３    ヒータ
７１    孔
８０    制御手段
８２    温度検出手段
８３    回転数検出手段
８４    記憶手段
９１    サセプタ
９３    ガス導入管
９４    ガス導入管
２１１    外管
２１２    内管
２１３    内管
２２３    金属部材
２２４    冷却手段
５２１    軸部
５２２    モータ
８０２    温度制御部
８０３    回転駆動制御部
８０４    バルブ制御部
Ｇ０    非反応性ガス源
Ｇ１    反応性ガス源
Ｇ２    ハロゲン元素を含むガス源
Ｇ３    Ｖ族元素を含むガス源
Ｇ４    有機金属を含むガス源
Ｇ５    反応性ガス源
Ｌ    回転軸
Ｓ    基板
Ｖ０〜Ｖ５    バルブ
Ｗ    流体
【図１】
2013222884.tif 000003
【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】
2013222884.tif 000008
【図７】
2013222884.tif 000009
【図８】
2013222884.tif 000010
【図９】
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