(57)【要約】  【課題】本発明は、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきを低減したIII-V族化合物半導体膜の成膜が可能な気相成長装置および成膜方法を提供するものである。【解決手段】気相成長装置１は、成膜室４、第１供給部２、第２供給部３、搬送手段５、および第１排気手段６を備える。成膜室４の内部には少なくとも１枚の基板Ｓが配置され、基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜を形成する。搬送手段５は、回転軸Ｌ周りに回転するサセプタ５１を備える。そして気相成長装置１は、第１排気手段６とは独立して成膜室４内を排気する第２排気手段７をさらに備える。第２排気手段７は、搬送手段５の回転軸Ｌ上、かつ、サセプタ５１の上面近傍に生じる滞留ガスを排気する。【選択図】図１
2017157577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に少なくとも１枚の基板が配置され、前記基板上にIII-V族化合物半導体膜を形成する成膜室と、
前記成膜室内に、ハロゲン元素およびIII族元素を含む第１原料ガス、および前記第１原料ガスと反応して前記基板上に膜を形成する第２原料ガスを導入する第１供給部と、
前記成膜室内に、有機金属を含む第３原料ガス、および前記第３原料ガスと反応して前記基板上に膜を形成する第４原料ガスを導入する第２供給部と、
前記成膜室内で前記基板を搬送する搬送手段と、
前記成膜室内のガスを排気して真空化する第１排気手段とを備え、
前記第１供給部は、
前記第１原料ガスを前記基板に向けて供給する第１供給口と、
前記第２原料ガスを前記基板に向けて供給する第２供給口とを備え、
前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスを互いに混合させずに、前記第１供給口および前記第２供給口にそれぞれ導き、
前記第２供給部は、
前記第３原料ガスを前記基板に向けて供給する第３供給口と、
前記第４原料ガスを前記基板に向けて供給する第４供給口とを備え、
前記第３原料ガスおよび前記第４原料ガスを互いに混合させずに、前記第３供給口および前記第４供給口にそれぞれ導き、
前記搬送手段は、回転軸周りに回転するサセプタを備え、
前記第１供給口、前記第２供給口、前記第３供給口および前記第４供給口は、前記サセプタの上面近傍に設けられ、当該上面に対向しており、
前記搬送手段は、前記サセプタ上に配置された前記基板を、前記第１供給口および前記第２供給口に対向させる第１配置と、前記第３供給口および前記第４供給口に対向させる第２配置と、前記第１供給口、前記第２供給口、前記第３供給口、および前記第４供給口のいずれにも対向させない第３配置との間で搬送し、
前記第１排気手段とは独立して前記成膜室内を排気する第２排気手段をさらに備え、
前記第２排気手段は、前記搬送手段の前記回転軸上、かつ、前記サセプタの上面近傍に生じる滞留ガスを排気する気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置において、
前記サセプタは円盤形状をしており、
前記回転軸は、前記サセプタの中心を通り、前記サセプタの上面に垂直であり、
前記第１排気手段の排気口は、前記サセプタ上の前記基板を平面視する方向から見て、前記サセプタの外縁に沿って設けられている気相成長装置。
【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、
前記第１供給口から供給されるガスの供給流量と、前記第２供給口から供給されるガスの供給流量と、前記第３供給口から供給されるガスの供給流量と、前記第４供給口から供給されるガスの供給流量と、前記サセプタの回転速さと、前記第２排気手段による前記滞留ガスの適正排気流量との関係を示す適正排気参照情報があらかじめ保持された記憶部と、
前記第２排気手段による適正な排気流量を算出する適正排気流量算出部と、
前記適正排気流量算出部で算出された、前記第２排気手段による適正な排気流量で排気するよう、前記第２排気手段を制御する排気流量制御部と、
前記成膜室内を所定の圧力とするよう、前記第１排気手段を制御する圧力制御部とをさらに備え、
前記適正排気流量算出部は、前記記憶部から読み出した前記適正排気参照情報と、前記基板上に膜を形成する際にそれぞれ測定される、前記第１供給口から供給されるガスの供給流量と、前記第２供給口から供給されるガスの供給流量と、前記第３供給口から供給されるガスの供給流量と、前記第４供給口から供給されるガスの供給流量と、前記回転速さとに基づいて、前記第２排気手段による適正な排気流量を算出する気相成長装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の気相成膜装置において、
前記第３配置の前記基板に対して、Ｖ族元素を含む補助ガスを供給する第５供給管をさらに備える気相成長装置。
【請求項５】
請求項４に記載の気相成長装置において、
前記第５供給管と、前記第２排気手段の排気管とが二重管構造を成している気相成長装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の気相成膜装置において、
前記第２排気手段の排気管は少なくとも一部に二重管構造を有し、当該二重管構造の外管と内管の間は真空であり、前記滞留ガスは当該内管の内側を通って排気される気相成長装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の気相成長装置において、
前記第２排気手段の排気管は、前記成膜室内において前記回転軸上で延在している気相成長装置。
【請求項８】
成膜室内に少なくとも１枚の基板を配置し、前記成膜室内を第１排気手段により排気して真空化する工程と、
ハロゲン元素およびIII元素を含む第１原料ガス、および前記第１原料ガスと反応して前記基板上に膜を形成するための第２原料ガスを同時に前記成膜室内に供給し、前記成膜室内の少なくとも１枚の前記基板上に膜を形成するハイドライド気相成長工程と、
有機金属を含む第３原料ガス、および前記第３原料ガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための第４原料ガスを同時に前記成膜室内に供給し、前記成膜室内の少なくとも１枚の前記基板上に膜を形成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、および前記有機金属気相成長工程では、
回転軸周りに回転するサセプタを備える搬送手段によって、前記サセプタ上に配置した前記基板を前記成膜室内で搬送し、
前記第１排気手段とは独立した第２排気手段で、前記搬送手段の前記回転軸上、かつ、前記サセプタの上面近傍に生じる滞留ガスを排気するIII-V族化合物半導体膜の成膜方法。
【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】
発光ダイオード素子や半導体レーザ素子等の発光素子は、たとえば、以下のようにして製造されている。基板としてサファイアやＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を用い、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体層を積層する。半導体層としては、たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を成長させる。
【０００３】
近年、格子不整合から生じる結晶成長時の欠陥を低減させ、更にサファイア基板等の基板を除去するために、アンドープＧａＮ層等の下地層の厚みを、たとえば、３０μｍ〜５０μｍと厚くすることが求められている。しかし、ＭＯＣＶＤ法における成膜速度は、一般に１μｍ／ｈ〜３μｍ／ｈであり、成膜速度が遅いため、厚みの厚い下地層を形成しようとすると、非常に時間がかかる。
【０００４】
そこで、成長速度が速いハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）により、厚みの厚い下地層を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法により上層の半導体層を形成する方法が考えられる。ＨＶＰＥ法における成膜速度は、一般に１００μｍ／ｈ〜３００μｍ／ｈ程度であり、ＨＶＰＥ法を使用することで、素子の製造にかかる時間が格段に短くなると考えられる。
【０００５】
このような要求に対応するための成膜装置として、たとえば特許文献１および特許文献２には、ひとつの成膜室内でＨＶＰＥ法による成膜と、ＭＯＣＶＤ法による成膜とを連続して行える装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１１４１９６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２２８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、作製した素子や積層基板の製造歩留まりが良くないことがあった。そこで、本発明者が鋭意検討したところ、バッチ間で平均膜厚にばらつきが生じていることを新たに見出した。そしてさらに検討を進めたところ、各基板において、面内での膜厚が不均一になることがあり、その不均一の度合いがバッチ間や成膜条件ごとにばらついているという知見を新たに得た。
【０００８】
本発明は、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきを低減したIII-V族化合物半導体膜の成膜が可能な気相成長装置および成膜方法を提供するものである。
【０００９】
このような成膜を行うための方法として、基板の主面に垂直で、基板の中心を通る直線を軸として、成膜中に基板を回転（自転）させる方法があったが、十分ではなかった。たとえば、このような方法では、回転の円周方向には膜厚が均一化されるが、半径方向の不均一性を解消することはできず、面内膜厚の不均一性が成膜条件に依存していた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
内部に少なくとも１枚の基板が配置され、前記基板上にIII-V族化合物半導体膜を形成する成膜室と、
前記成膜室内に、ハロゲン元素およびIII族元素を含む第１原料ガス、および前記第１原料ガスと反応して前記基板上に膜を形成する第２原料ガスを導入する第１供給部と、
前記成膜室内に、有機金属を含む第３原料ガス、および前記第３原料ガスと反応して前記基板上に膜を形成する第４原料ガスを導入する第２供給部と、
前記成膜室内で前記基板を搬送する搬送手段と、
前記成膜室内のガスを排気して真空化する第１排気手段とを備え、
前記第１供給部は、
前記第１原料ガスを前記基板に向けて供給する第１供給口と、
前記第２原料ガスを前記基板に向けて供給する第２供給口とを備え、
前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスを互いに混合させずに、前記第１供給口および前記第２供給口にそれぞれ導き、
前記第２供給部は、
前記第３原料ガスを前記基板に向けて供給する第３供給口と、
前記第４原料ガスを前記基板に向けて供給する第４供給口とを備え、
前記第３原料ガスおよび前記第４原料ガスを互いに混合させずに、前記第３供給口および前記第４供給口にそれぞれ導き、
前記搬送手段は、回転軸周りに回転するサセプタを備え、
前記第１供給口、前記第２供給口、前記第３供給口および前記第４供給口は、前記サセプタの上面近傍に設けられ、当該上面に対向しており、
前記搬送手段は、前記サセプタ上に配置された前記基板を、前記第１供給口および前記第２供給口に対向させる第１配置と、前記第３供給口および前記第４供給口に対向させる第２配置と、前記第１供給口、前記第２供給口、前記第３供給口、および前記第４供給口のいずれにも対向させない第３配置との間で搬送し、
前記第１排気手段とは独立して前記成膜室内を排気する第２排気手段をさらに備え、
前記第２排気手段は、前記搬送手段の前記回転軸上、かつ、前記サセプタの上面近傍に生じる滞留ガスを排気する気相成長装置
が提供される。
【００１１】
本発明によれば、
成膜室内に少なくとも１枚の基板を配置し、前記成膜室内を第１排気手段により排気して真空化する工程と、
ハロゲン元素およびIII元素を含む第１原料ガス、および前記第１原料ガスと反応して前記基板上に膜を形成するための第２原料ガスを同時に前記成膜室内に供給し、前記成膜室内の少なくとも１枚の前記基板上に膜を形成するハイドライド気相成長工程と、
有機金属を含む第３原料ガス、および前記第３原料ガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための第４原料ガスを同時に前記成膜室内に供給し、前記成膜室内の少なくとも１枚の前記基板上に膜を形成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、および前記有機金属気相成長工程では、
回転軸周りに回転するサセプタを備える搬送手段によって、前記サセプタ上に配置した前記基板を前記成膜室内で搬送し、
前記第１排気手段とは独立した第２排気手段で、前記搬送手段の前記回転軸上、かつ、前記サセプタの上面近傍に生じる滞留ガスを排気するIII-V族化合物半導体膜の成膜方法
が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきを低減したIII-V族化合物半導体膜の成膜が可能な気相成長装置および成膜方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る気相成長装置の構造を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る気相成長装置における主要部の配置関係を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る気相成長装置の第１供給部の構造を示す図である。
【図４】サセプタ、基板、第１供給部、第２供給部、回転軸、および第２排気手段の位置関係を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る第２排気手段の排気管の構造の変形例を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る気相成長装置の構造の変形例を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る気相成長装置の変形例における主要部の配置関係を示す図である。
【図８】第２排気手段の制御について説明するための図である。
【図９】第１排気手段の制御について説明するための図である。
【図１０】第２排気手段の制御の変形例を示す図である。
【図１１】第２の実施形態に係る第２排気手段の排気管および第５供給管の構造を示す図である。
【図１２】第２の実施形態に係る第１供給部、第２供給部、サセプタ、第２排気手段の排気管、第５供給管、第５供給管の供給口、基板およびの回転軸の位置関係を示す図である。
【図１３】実施例１に係るＧａＮ膜の膜厚分布を示す図である。
【図１４】実施例２に係るＧａＮ膜の膜厚分布を示す図である。
【図１５】比較例に係るＧａＮ膜の膜厚分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
なお、以下に示す説明において、記憶部９１、適正排気流量算出部９２、排気流量制御部９３、および圧力制御部９５は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。記憶部９１、適正排気流量算出部９２、排気流量制御部９３、および圧力制御部９５は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る気相成長装置１の構造を示す図である。そして図２は、気相成長装置１における主要部の配置関係を示す図である。ここで本図では、気相成長装置１に取り付けられた基板Ｓを平面視する方向から見た、第１供給部２、第２供給部３、成膜室４、および第２排気手段７の配置関係を示す。図１は図２のＡ−Ａ'における断面図である。また、図３は、本実施形態に係る気相成長装置１の第１供給部２の構造を示す図である。図１では第１供給部２の構造を簡略化して描いている。
【００１７】
本実施形態によれば、気相成長装置１は、成膜室４、第１供給部２、第２供給部３、搬送手段５、および第１排気手段６を備える。成膜室４の内部には少なくとも１枚の基板Ｓが配置され、基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜を形成する。第１供給部２は、成膜室４内に、ハロゲン元素およびIII族元素を含む第１原料ガス、および第１原料ガスと反応して基板Ｓ上に膜を形成する第２原料ガスを導入する。第２供給部３は、成膜室４内に、有機金属を含む第３原料ガス、および第３原料ガスと反応して基板Ｓ上に膜を形成する第４原料ガスを導入する。搬送手段５は、成膜室４内で基板Ｓを搬送する。第１排気手段６は、成膜室４内のガスを排気して真空化する。第１供給部２は、第１原料ガスを基板Ｓに向けて供給する第１供給口２１４と、第２原料ガスを基板Ｓに向けて供給する第２供給口２１５とを備える。そして第１供給部２は、第１原料ガスおよび第２原料ガスを互いに混合させずに、第１供給口２１４および第２供給口２１５にそれぞれ導く。第２供給部３は、第３原料ガスを基板Ｓに向けて供給する第３供給口３１１と、第４原料ガスを基板Ｓに向けて供給する第４供給口３１２とを備える。そして第２供給部３は、第３原料ガスおよび第４原料ガスを互いに混合させずに、第３供給口３１１および第４供給口３１２にそれぞれ導く。搬送手段５は、回転軸Ｌ周りに回転するサセプタ５１を備える。第１供給口２１４、第２供給口２１５、第３供給口３１１および第４供給口３１２は、サセプタ５１の上面近傍に設けられ、サセプタ５１の上面に対向している。搬送手段５は、サセプタ５１上に配置された基板Ｓを、第１供給口２１４および第２供給口２１５に対向させる第１配置と、第３供給口３１１および第４供給口３１２に対向させる第２配置と、第１供給口２１４、第２供給口２１５、第３供給口３１１、および第４供給口３１２のいずれにも対向させない第３配置との間で搬送する。そして気相成長装置１は、第１排気手段６とは独立して成膜室４内を排気する第２排気手段７をさらに備える。第２排気手段７は、搬送手段５の回転軸Ｌ上、かつ、サセプタ５１の上面近傍に生じる滞留ガスを排気する。以下で詳細に説明する。
【００１８】
なお、成膜室４内もしくは成膜室４の内壁に設けられ、成膜室４内にガスを供給する開口を「供給口」と呼び、成膜室４内もしくは成膜室４の内壁に設けられ、成膜室４内からガスを排気する開口を「排気口」と呼んで区別する。
【００１９】
成膜室４は、たとえば、ステンレス等のチャンバーで構成されている。この成膜室４内に基板Ｓが配置され、基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体の膜が形成される。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。また、テンプレート基板を用いることもできる。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。III-V族化合物半導体膜におけるIII族元素はたとえばＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂのうちのいずれか１種以上である。III-V族化合物半導体膜におけるＶ元素はたとえばＮ，Ａｓ、Ｐのうちのいずれか１種以上である。III-V族化合物半導体は、たとえばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＢＮ、ＡｌＢＮ、ＩｎＢＮ、ＧａＮＡｓ、ＩｎＮＡｓ、ＡｌＮＡｓ、ＢＮＡｓのいずれか、およびこれらの混晶である。なお、以下の実施形態では、窒素をＶ族元素とし、ＧａをIII族元素とし、ＧａＮ膜を形成する例について説明する。ただし、この例に限定されるものではない。
【００２０】
本実施形態に係る気相成長装置１は、ひとつの成膜室４内で、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）と、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）の両方を実施することができる装置である。基板Ｓ上に一方の成長方法で成膜を行った後、基板Ｓを成膜室４から取り出すことなく連続して他方の成長方法での成膜ができる。そのため、冷却や搬送の時間が不要で、製造効率よく半導体装置などを製造することができる。また、一方の成長方法での成膜を行った後、他方の成長方法での成膜を行うまでの間に基板Ｓ表面に汚染などが生じることが無く、結晶品質に優れた半導体装置などを製造することができる。
【００２１】
第１供給部２は、成膜室４内でハイドライド気相成長（以後、「ＨＶＰＥ」と呼ぶ）を実施するためのガス供給部である。図３は第１供給部２の構造を示す断面図である。第１供給部２は、第１供給管２１と、この第１供給管２１の外側に設けられた加熱手段２７と、加熱手段２７の外側に設けられた遮熱手段２２とを備える。第１供給部２は、第１原料ガスおよび第２原料ガスを基板Ｓに向けて供給するための部分である。ここで、第１原料ガスはハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスであり、たとえばＧａＣｌガスである。第１原料ガスは、III族元素のハロゲン化ガスであることが好ましい。第２原料ガスはＶ族元素を含有する反応性ガスであり、たとえばアンモニアガスである。ＨＶＰＥによる成膜を行う際、第１原料ガスと第２原料ガスとが同時に成膜室４内に供給され、基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜が形成される。なお、第１原料ガスおよび第２原料ガスはそれぞれ、キャリアガスとあわせて供給されうる。
【００２２】
第１供給管２１は、３本の管、すなわち外管２１１、第１内管２１２、および第２内管２１３を含み、三重管構造として構成されている。第１内管２１２は、外管２１１よりも内径が小さく、外管２１１内に挿入されている。第２内管２１３は、第１内管２１２よりも内径が小さく、第１内管２１２内に挿入されている。
【００２３】
第１供給管２１は、その端部で第１供給口２１４、第２供給口２１５および非反応ガス供給口２１６に接続されている。ここで、非反応ガス供給口２１６からは、第１原料ガスとも第２原料ガスとも反応しない、非反応ガスが成膜室４内に供給される。非反応ガスはたとえば水素ガスである。第２原料ガスは、外管２１１の内側かつ第１内管２１２の外側の空間を通り、第２供給口２１５から成膜室４内に供給される。非反応ガスは第１内管２１２の内側かつ第２内管２１３の外側の空間を通り、非反応ガス供給口２１６から成膜室４内に供給される。そして、第１原料ガスは第２内管２１３の内側で生成され、第１供給口２１４から成膜室４内に供給される。
【００２４】
本実施形態に係る第１供給部２では、第１供給口２１４と第２供給口２１５の間に非反応ガス供給口２１６が設けられており、非反応ガスが供給されている。そして、これらの供給口は、サセプタ５１で搬送される基板Ｓのすぐ上に位置するため、第１原料ガスと第２原料ガスとが混ざり合うことなく基板Ｓ上へ供給される。このように、本実施形態に係る気相成長装置１は、第１原料ガスと、第２原料ガスとが、基板Ｓの近傍で初めて混合されるよう構成されているため、供給管内で反応が生じて膜が析出するようなことがなく、基板Ｓ上への良好な膜形成ができる。
【００２５】
ここで、第１原料ガスを生成するための構成について説明する。第２内管２１３の内側には第１原料ガスを生成するための原料ソース、たとえば、III族元素を含む原料２０を収容した原料容器（ソースボート）２４が配置されている。ここで、原料２０はたとえばＧａである。原料容器２４には、配管２５および配管２６が接続されており、第１原料ガスを生成するためのガスが配管２５により原料容器２４内に供給される。ここで、第１原料ガスを生成するためのガスはハロゲン元素を含むガスであり、たとえばＨＣｌガスである。原料容器２４内に供給された第１原料ガスを生成するためのガスが原料２０と反応して第１原料ガスが生成される。原料２０がＧａであり、第１原料ガスを生成するためのガスがＨＣｌである場合、第１原料ガスとしてＧａＣｌが生成される。生成された第１原料ガスは配管２６から排出され、第１供給口２１４から成膜室４内へ供給される。
【００２６】
第１供給管２１の周囲、特に原料容器２４の周囲となる部分には、第１供給管２１の内部を加熱するための加熱手段２７、たとえばヒータが設けられている。この加熱手段２７で第１供給管２１の内部を加熱することで、第１原料ガスが効率良く生成される。
【００２７】
さらに、加熱手段２７の周囲（外周）には、遮熱手段２２が設けられている。本実施形態に係る遮熱手段２２は、第１供給管２１の周囲、特に加熱手段２７の周囲を囲むように設けられた金属部材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重管構造を有する。そして金属部材２２３の周囲には冷却手段２２４を構成する管が配置され、この管の内部を冷却用の流体が通り、加熱手段２７で発生した熱が第１供給部２の外部に伝わるのを防ぐ。なお、図３では金属部材２２３および冷却手段２２４の内部構造は省略して描いている。流体はたとえば水である。このように、加熱手段２７で発生した熱が第１供給部２の外部に伝わるのを防ぐことにより、気相成長装置１における第１供給部２の外部の構成部位に熱の影響が生じることがなく、基板Ｓへの安定した成膜ができると共に、気相成長装置１の設計自由度が上がる。
【００２８】
なお、第１原料ガスを外管２１１の内側かつ第１内管２１２の外側を通して導入し、第２原料ガスを第２内管２１３の内側を通して導入する構成としても良い。その場合、原料容器２４、配管２５、配管２６は外管２１１の内側かつ第１内管２１２の外側の空間に配置する。
【００２９】
次に図１に戻り、第２供給部３の構造を詳細に説明する。第２供給部３は、成膜室４内で有機金属気相成長（以後、「ＭＯＣＶＤ」と呼ぶ）を実施するためのガス供給部である。第２供給部３は、第２供給管３１、シャワーヘッド３２、配管３３、および配管３４を備える。第２供給部３は、第３原料ガスおよび第４原料ガスを基板Ｓに向けて供給するための部分である。ここで、第３原料ガスは有機金属を含むガスであり、たとえばトリメチルガリウムガスである。第３原料ガスは、III族元素を含む有機金属ガスであることが好ましい。第４原料ガスはＶ族元素を含有する反応性ガスであり、たとえばアンモニアガスである。ＭＯＣＶＤによる成膜を行う際、第３原料ガスと第４原料ガスとが同時に成膜室４内に供給され、基板Ｓ上にIII-V族化合物半導体膜が形成される。なお、第３原料ガスおよび第４原料ガスはそれぞれ、キャリアガスとあわせて供給されうる。
【００３０】
第２供給管３１には配管３４と配管３３とが接続されている。第２供給管３１の端部にはシャワーヘッド３２が設けられている。第２供給管３１は二重構造となっており、配管３４から導入されたガスと配管３３から導入されたガスが互いに混ざり合うことなく、シャワーヘッド３２の孔まで導かれるよう構成されている。
【００３１】
第３原料ガスは配管３４および第２供給管３１内の所定の空間を通り、シャワーヘッド３２に設けられた第３供給口３１１から成膜室４内に供給される。第４原料ガスは、配管３３及び第２供給管３１内の、第３原料ガスが通る空間とは異なる空間を通り、シャワーヘッド３２に設けられた第４供給口３１２から成膜室４内に供給される。
【００３２】
ここで、シャワーヘッド３２は、第３供給口３１１である複数の孔および第４供給口３１２である複数の孔を有する。すなわち、第３原料ガスと第４原料ガスとは、シャワーヘッド３２の異なる孔を介して成膜室４内に供給される。そして、これらの供給口は、サセプタ５１で搬送される基板Ｓのすぐ上に位置する。このように、本実施形態に係る気相成長装置１は、第３原料ガスと第４原料ガスとが、基板Ｓの近傍で初めて混合されるよう構成されているため、供給管内で反応が生じるようなことがなく、基板Ｓ上への良好な成膜ができる。
【００３３】
なお、本実施形態に係る第２供給部３は、第１供給部２とは異なり、供給管内の原料ガスを加熱する機構を備えていない。
【００３４】
なお、本実施形態に係る気相成長装置１では、ＨＶＰＥによる成膜を行う間、第３供給口３１１および第４供給口３１２からは水素ガスなどの非反応ガスが供給される。また、ＭＯＣＶＤによる成膜を行う間、第１供給口２１４および第２供給口２１５からは水素ガスなどの非反応ガスが供給される。供給口への原料ガスの流入を防止するためである。
【００３５】
次に、本実施形態に係る搬送手段５について説明する。
【００３６】
本実施形態に係るサセプタ５１は円盤形状をしており、回転軸Ｌは、サセプタ５１の中心を通り、サセプタ５１の上面に垂直であり、第１排気手段６の排気口は、サセプタ５１上の基板Ｓを平面視する方向から見て、サセプタ５１の外縁に沿って設けられている。以下で詳細に説明する。
【００３７】
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は円盤状をしており、一方の面（以後、「上面」と呼ぶ。図１における上側である。）に基板Ｓを保持するための凹部を有している（図示せず）。サセプタ５１の回転駆動の回転軸Ｌは、サセプタ５１の上面と直交する。駆動手段５２は、サセプタ５１の上面と反対側の面（以後、「下面」と呼ぶ）側に接続されている。搬送手段５は、基板Ｓがサセプタ５１の凹部に保持されるとき、基板Ｓの成膜しようとする主面が第１供給部２および第２供給部３の側に向くよう構成されている。言い換えると、搬送手段５は、基板Ｓの主面と第１供給部２および第２供給部３からの原料ガスの供給方向とが直交するように構成されている。以後、「原料ガス」とは、第１原料ガス、第２原料ガス、第３原料ガス、および第４ガスのうちの１つ以上を示す。
【００３８】
サセプタ５１の下面側には、加熱手段５３（たとえばヒータ）が配置されている。この加熱手段５３は、成膜時に基板Ｓを下面側から加熱する。
【００３９】
なお、本実施形態に係るサセプタ５１には、基板Ｓを保持するための凹部が複数設けられており、複数の基板Ｓが保持される。たとえば、回転軸Ｌはサセプタ５１の円盤の中心を通り、これら複数の基板Ｓは、回転軸Ｌを中心とした同一円上に配置される。
【００４０】
駆動手段５２は、サセプタ５１を下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とを備える。モータ５２２が動作することで、軸部５２１が回転軸Ｌを軸として回転する。
【００４１】
図４は、サセプタ５１、基板Ｓ、第１供給部２、第２供給部３、回転軸Ｌ、および第２排気手段７の位置関係を示す図である。ここで本図は、サセプタ５１に保持された基板Ｓを、成膜しようとする主面側から平面視する方向から見た配置関係を示している。すなわち、第１供給部２および第２供給部３の側からサセプタ５１を見た図である。高さの異なる部分や、実際には隠れる部分も全て実線で示している。第１供給部２および第２供給部３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。すなわち、第１供給口２１４、第２供給口２１５、第３供給口３１１、および第４供給口３１２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。
【００４２】
ここで、駆動手段５２によりサセプタ５１は自転する。そのことにより、サセプタ５１に保持された基板Ｓは、回転軸Ｌを中心としたひとつの円周上を移動し、回転軸Ｌを軸として公転することとなる。基板Ｓの公転により、基板Ｓは「第１配置」「第２配置」「第３配置」の配置を順に、繰り返しとることとなる。ここで、第１配置とは、第１供給口２１４および第２供給口２１５と基板Ｓとが対向し、基板Ｓが第１供給口２１４および第２供給口２１５直下の成膜領域内に位置する配置である。第２配置とは、第３供給口３１１および第４供給口３１２と基板Ｓとが対向し、基板Ｓが第３供給口３１１および第４供給口３１２直下の成膜領域内に位置する配置である。第３配置とは、基板Ｓが、第１配置にも第２配置にも位置しない配置である。なお、基板Ｓが円周上を一周する間に、第３配置をとるのは一度に限らない。特に、第３配置は第１配置と第２配置との間にもとりうるため、たとえば基板Ｓは第１配置、第３配置、第２配置、第３配置をこの順に繰り返し移動することとなる。
【００４３】
このように基板Ｓを移動させながら成膜を行い、基板Ｓに原料ガスが供給される時間すなわち第１配置または第２配置をとる時間と、供給されない時間すなわち第３配置をとる時間とを設けることにより、反応種が基板上に到達した後に基板上をマイグレートする時間が存在する。このことで、結晶品質に優れ、安定した膜質が得られる。
【００４４】
なお、第１配置の基板Ｓと第１供給口２１４および第２供給口２１５との距離は十分に近く、第１原料ガスと第２原料ガスが、基板Ｓの近傍で初めて混合されるよう構成されている。また、第２配置の基板Ｓと第３供給口３１１および第４供給口３１２との距離は十分に近く、第２原料ガスと第３原料ガスが、基板Ｓの近傍で初めて混合されるよう構成されている。
【００４５】
また、サセプタ５１上の、第１供給口２１４および第２供給口２１５と対向する領域や、第３供給口３１１および第４供給口３１２と対向する領域は、平面視において、１枚の基板Ｓが収まるような大きさであり、複数の基板Ｓは収まらない大きさである。
【００４６】
本実施形態に係る気相成長装置１では、成膜中にサセプタ５１を回転させることにより、基板Ｓ上に効率良く成膜することができる。以下に理由を説明する。成膜中には、基板Ｓ周辺の温度よりも、第１供給口２１４および第２供給口２１５付近、もしくは第３供給口３１１および第４供給口３１２付近の温度の方が低く、基板Ｓ側からこれらの供給口側に向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、各供給口から基板Ｓへ供給されるガスの流れを妨げることとなる。ここで、成膜中に、サセプタ５１を回転させて、サセプタ５１上のガスに遠心力を与えることで、基板Ｓから供給口側に向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に効率良く成膜することができる。
【００４７】
適切なサセプタ５１の回転速さは、ＨＶＰＥとＭＯＣＶＤとで異なりうるが、１ｒｐｍ以上であることが好ましい。また、適切なサセプタ５１の回転速さは、ＨＶＰＥとＭＯＣＶＤとで異なりうるが、回転機構を簡素に構築できる点から、また基板Ｓから第１供給管２１の供給口側に向かって上昇するようなガスの流れを適切に抑制する観点から、たとえば２０００ｒｐｍ以下であることが好ましく、１００ｒｐｍ以下であることがより好ましい。このような回転速さにすることにより、遠心力が十分に生じず、基板Ｓ上のガス分布にムラができ、ひいては基板Ｓの面内において形成される膜の厚さが不均一となるのを防ぐことができる。また、回転が速すぎないことにより、原料ガスが基板Ｓ上に十分にとどまらせ、膜が十分な速さで形成させることができる。
【００４８】
ここで、サセプタ５１が回転駆動されることによって生じる原料ガスの流れについてさらに説明する。例として、ＭＯＣＶＤによる成膜を行う際について説明する。第３原料ガスおよび第４原料ガスが、成膜室４に供給され、基板Ｓへの成膜がされている間、サセプタ５１が回転駆動される。この回転駆動により、成膜室４内の、特にサセプタ５１の上部や基板Ｓの周囲では、回転軸Ｌからサセプタ５１の外周へ向かうような方向へのガスの流れが生じる。ここでいうガスには、第３原料ガス、第４原料ガスおよび成膜室４内にあるその他の気体が含まれる。回転により、サセプタ５１上部のガスは回転軸Ｌから離れる方向への遠心力を受け、サセプタ５１の外周の方へ向かう。ここで、この遠心力が、回転軸Ｌから離れるほど強く、回転軸Ｌの近辺では弱いと解されることなどから、本発明者は、回転軸Ｌの近辺においてある程度のガスが停滞し、ガスだまりができる場合があることを新たに見出した。このように、特定の領域で停滞したガスを滞留ガスと呼ぶこととする。滞留ガスには、第３原料ガス、第４原料ガス、および非反応ガス、キャリアガスなどが含まれうる。なお、ここではＭＯＣＶＤによる成膜を行う際について説明したが、ＨＶＰＥによる成膜を行う際にも同様のガスの流れがあり、ある程度の滞留ガスが生じる場合があることを見出した。この場合、滞留ガスには、第１原料ガス、第２原料ガス、および非反応ガス、キャリアガスなどが含まれうる。
【００４９】
本実施形態に係る気相成長装置１では、回転軸Ｌと基板Ｓとが十分に近い。そのため、滞留ガスの影響が基板Ｓ上にまで至る。後に説明するように、本実施形態に係る気相成長装置１では、この滞留ガスを排気するよう第２排気手段７が設けられていることにより、基板Ｓ上に均一に成膜ができる。
【００５０】
次に、本実施形態に係る気相成長装置１の、成膜室４からの排気について説明する。成膜室４には成膜室４内のガスを排気するための第２排気手段７および第１排気手段６が接続されている。第２排気手段７の排気口はサセプタ５１の回転中心の上部に位置し、第１排気手段６の排気口はサセプタ５１の外周部に位置している。
【００５１】
第２排気手段７の排気管は、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、第２排気手段７の排気管は成膜室４内において回転軸Ｌ上で延在している。また、第２排気手段７の先端部は、第１供給管２１および第２供給管３１と平行に、上下方向に延在している。第２排気手段７の排気口が、サセプタ５１の回転中心の上部、つまりガスが滞留する領域に位置することにより、第２排気手段７は、サセプタ５１の回転の際に生じる滞留ガスを排気することができる。第２排気手段７は、回転軸Ｌ上で、サセプタ５１の上面近傍の滞留ガスを排気するが、加えて、回転軸Ｌの周囲や、サセプタ５１の上方の滞留ガスを排気してもよい。本実施形態に係る気相成長装置１では、第２排気手段７により滞留ガスを排気することで、基板Ｓ上の原料ガスの濃度が均一となり、面内に均一な厚さで膜が形成される。また、たとえばドーピングガスをさらに供給して成膜を行う場合には、膜のドーピング濃度が面内で均一となる。
【００５２】
理由は定かではないが、滞留ガスの排気によって、回転軸Ｌに向かって基板Ｓ上の原料ガスの濃度が高くなるような不均一性が低減されることや、原料ガスが基板Ｓの表面上を流れる流速の不均一性が面内で低減されることや、原料ガスに含まれるIII族原子やＶ族原子が基板Ｓ表面に留まる時間の不均一性が低減されることなどが、複合的に作用していると推察される。
【００５３】
なお、気相成長装置１がサセプタ５１の下面側の中心に駆動手段５２が位置しないような搬送手段５を備える場合、第２排気手段７の排気管をサセプタ５１の下から延在させ、サセプタ５１を貫通させて上面側の滞留ガスを排気する様に構成しても良い。
【００５４】
第１排気手段６の排気口は、サセプタ５１の外周部の下面側で、成膜室４の底面に設けられている。サセプタ５１の外周側に流されたガスは主に第１排気手段６により成膜室４外に排気される。
【００５５】
ここで、第２排気手段７は、生じる滞留ガスの量に応じた排気流量で排気するように構成することができる。また、第１排気手段６は、第２排気手段７とは独立して、成膜室４内を所定の圧力とするよう排気することができる。
【００５６】
ここで、第２排気手段７の構造の変形例について説明する。具体的には排気管の構造についてである。
図５は、本変形例に係る第２排気手段７２の排気管の構造を示す図である。本図は、第２排気手段７２の排気管の先端部を回転軸Ｌに直交する方向から見た断面図である。また、本図では、成膜室４から排出される滞留ガスの流れる方向を矢印で示している。
本変形例に係る第２排気手段７２の排気管は少なくとも一部に二重管構造を有する点を除いて第２排気手段７と同様である。当該二重構造の外管７１２と内管７１１の間は真空であり、滞留ガスは内管７１１の内側を通って排気される。
【００５７】
成膜時に排気する滞留ガスは、たとえば１０００℃ほどの高温になる。そのような滞留ガスを排気する場合、排気管は高温となるため、排気管の周囲の構造部には耐熱性が求められる。ここで、本変形例に係る第２排気手段７２では、配管が二重管構造を有し、真空部が断熱材として機能することから、排気管の周囲の構造部への影響がない。くわしくは、図５のように、第２排気手段７２の排気口７１３から取り込まれた高温の滞留ガスが内管７１１内を通り、排気される。外管７１２は排気口７１３付近で閉じた構造となっており、外管７１２の内側かつ内管７１１の外側の空間は、真空となっている。この真空部分が断熱効果を有し、内管７１１内を流れる滞留ガスの熱が、外管７１２の外部に伝わるのを抑制することができる。このため、第２排気手段７２の排気管の周囲の構造部には熱による大きな影響は生じず、耐熱性が求められない。よって、安定な成膜が行えるとともに、気相成長装置１の設計自由度を高めることができる。
【００５８】
以下に、本実施形態の別の変形例について説明する。
図６は、本変形例に係る気相成長装置１１の構造を示す図である。そして図７は、気相成長装置１１における主要部の配置関係を示す図である。ここで図７では、気相成長装置１１に取り付けられた基板Ｓを平面視する方向から見た、第１供給部２、第２供給部３、成膜室４、および第２排気手段７３の配置関係を示す。図６は図７のＢ−Ｂ'における断面図である。
【００５９】
本変形例に係る気相成長装置１１は、第２排気手段７の代わりに、Ｌ字型の排気管を備える第２排気手段７３を備える点を除いて、気相成長装置１と同様である。第２排気手段７３の排気口は、Ｌ字型の排気管の先端に設けられている。
【００６０】
本変形例では図６および図７のように、第２排気手段７３の排気管が成膜室４の側面から挿入され、サセプタ５１の上面側を、サセプタ５１の上面と平行に中心まで延在している。第２排気手段７３の排気管はその先端部のみが回転軸Ｌに延在するようにＬ字型に折曲しており、排気口がサセプタ５１側を向いている。このとき、排気管は、成膜室４の側面と、サセプタ５１の中心との間で、第１供給部２や第２供給部３と空間的に干渉しないよう配置されている。また、排気管は、成膜室４の側面と、サセプタ５１の中心との間で、原料ガスの供給に影響を与えないよう配置されている。
【００６１】
本変形例においても、第２排気手段７３の排気口が、サセプタ５１の回転中心の上部、つまりガスが滞留する領域に位置しており、第２排気手段７３は、サセプタ５１の回転の際に生じる滞留ガスを排気することができる。なお、第２排気手段７３の先端部はかならずしも直角に折曲している必要は無く、他の角度で折れ曲がっていても良い。その場合も第２排気手段７３の排気口は回転軸Ｌ上で、サセプタ５１の上面近傍に配されることが好ましい。
【００６２】
次に、本実施形態に係る気相成長装置１の、第２排気手段７および第１排気手段６の制御について説明する。
図８は、第２排気手段７の制御について説明するための図であり、図９は、第１排気手段６の制御について説明するための図である。
【００６３】
本実施形態に係る気相成長装置１は、記憶部９１、適正排気流量算出部９２、排気流量制御部９３、および圧力制御部９５をさらに備える。記憶部９１は、適正排気参照情報をあらかじめ保持している。ここで適正排気参照情報とは、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量と、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量と、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量と、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量と、サセプタ５１の回転速さと、第２排気手段７による滞留ガスの適正排気流量との関係を示す情報である。適正排気流量算出部９２は、記憶部９１から読み出した適正排気参照情報と、前記基板上に膜を形成する際にそれぞれ測定される、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量と、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量と、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量と、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量と、サセプタ５１の回転速さとに基づいて、第２排気手段７による適正な排気流量を算出する。排気流量制御部９３は、適正排気流量算出部９２で算出された、第２排気手段７による適正な排気流量で排気するよう、第２排気手段７を制御する。圧力制御部９５は、成膜室４内を所定の圧力とするよう、第１排気手段６を制御する。以下で詳細に説明する。
【００６４】
本実施形態に係る気相成長装置１は、回転速さ検出部９０１、第１流量検出部９０２、第２流量検出部９０３、第３流量検出部９０４、第４流量検出部９０５、圧力検出部９０７、圧力入力部９４をさらに備える。第２排気手段７および第１排気手段６は排気ポンプを有する（図示せず）。両者の排気ポンプは独立していても良いし、ひとつの排気ポンプを共用しても良い。回転速さ検出部９０１は、駆動手段５２に取り付けられ、基板Ｓの回転速さ、すなわち、サセプタ５１の回転速さを検出する。たとえばタコメータである。
【００６５】
第１流量検出部９０２は第１供給口２１４から供給されるガスの流量を検出する。第２流量検出部９０３は第２供給口２１５から供給されるガスの流量を検出する。第３流量検出部９０４は第３供給口３１１から供給されるガスの流量を検出する。第４流量検出部９０５は第４供給口３１２から供給されるガスの流量を検出する。各流量検出部は、たとえば各供給口から供給されるガスの流量を検出するように第１供給部２または第２供給部３の配管に設けられるフローメータである。本実施形態において、第１供給口２１４から供給されるガスとは、第１原料ガスおよび非反応ガスのいずれかでありうる。第２供給口２１５から供給されるガスとは、第２原料ガスおよび非反応ガスのいずれかでありうる。第３供給口３１１から供給されるガスとは、第３原料ガスおよび非反応ガスのいずれかでありうる。第４供給口３１２から供給されるガスとは、第４原料ガスおよび非反応ガスのいずれかでありうる。具体的には、ＨＶＰＥによる成膜を行う際には、第１供給口２１４から第１原料ガスが、第２供給口２１５から第２原料ガスが、第３供給口３１１および第４供給口３１２から非反応ガスが供給され、それらの流量が検出される。そして、ＭＯＣＶＤによる成膜を行う際には、第１供給口２１４および第２供給口２１５から非反応ガスが、第３供給口３１１から第３原料ガスが、第４供給口３１２から第４原料ガスが供給され、それらの流量が検出される。なお、原料ガスがそれぞれキャリアガスと合わせて供給される場合、検出される各流量は、キャリアガスも合わせた流量である。
【００６６】
圧力検出部９０７は、成膜室４内の圧力を測定する。たとえば成膜室４に取り付けられた真空ゲージである。気相成長装置１の使用者は、圧力入力部９４を介して圧力制御部９５に、成膜室４の圧力として維持すべき所定の値を示す情報を入力する。
【００６７】
まず、図８を用いて第２排気手段７の制御について説明する。記憶部９１は、適正排気参照情報をあらかじめ保持している。第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量と、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量と、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量と、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量と、基板Ｓの回転速さとが分かれば、適正排気参照情報を利用して第２排気手段７による滞留ガスの適正排気流量を導き出すことができる。ここで適正排気参照情報とは、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量と、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量と、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量と、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量と、基板Ｓの回転速さと、第２排気手段７による滞留ガスの適正排気流量との関係を示す情報であり、たとえば数式、係数、テーブルなどである。適正排気参照情報は、流体計算や、流体シミュレーション、もしくは事前実験に基づいて得ることができる。滞留ガスの適正排気流量は、たとえば滞留ガスが生じる量を等しく排出するように定めることができる。もしくは、滞留ガスの適正排気流量は、事前実験に基づいた適正値としたり、理論的に求められた値に条件に応じて重み付けをした値としたりできる。
【００６８】
本実施形態に係る気相成長装置１では、成膜中に、サセプタ５１の回転数を示す情報が、回転速さ検出部９０１から適正排気流量算出部９２に入力され、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量を示す情報が、第１流量検出部９０２から適正排気流量算出部９２に入力され、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量を示す情報が、第２流量検出部９０３から適正排気流量算出部９２に入力され、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量を示す情報が、第３流量検出部９０４から適正排気流量算出部９２に入力され、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量を示す情報が、第４流量検出部９０５から適正排気流量算出部９２に入力される。また、適正排気流量算出部９２は、記憶部９１から、適正排気参照情報を読み出す。そして、適正排気流量算出部９２は、サセプタ５１の回転数を示す情報、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量を示す情報、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量を示す情報、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量を示す情報、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量を示す情報、および適正排気参照情報に基づいて、第２排気手段７による適正な排気流量を算出する。適正排気流量算出部９２で算出された適正な排気流量は、排気流量制御部９３に入力される。排気流量制御部９３は、入力された適正な排気流量で第２排気手段７が成膜室４内のガスを排気するよう、第２排気手段７の排気流量を制御する。
【００６９】
なお、適正排気流量算出部９２では、非反応ガス供給口２１６から供給されるガスの供給流量をさらに加味して第２排気手段７による適正な排気流量を算出するように構成しても良い。その際には、記憶部９１は、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量と、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量と、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量と、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量と、非反応ガス供給口２１６から供給されるガスの供給流量と、基板Ｓの回転速さと、第２排気手段７による滞留ガスの適正排気流量との関係を示す情報を適正排気参照情報としてあらかじめ保持する。
【００７０】
なお、図１０は本実施形態に係る第２排気手段７の制御系統の構成の変形例を示す図である。本図のように気相成長装置１は成膜情報入力部９６をさらに備えても良い。気相成長装置１の使用者は、成膜条件を示す成膜情報を、成膜情報入力部９６を介して適正排気流量算出部９２に入力する。成膜情報は、たとえばＨＶＰＥとＭＯＣＶＤとの、どちらの成膜法を用いて成膜を行うかを示す成膜法に関する情報、いずれのIII-V族化合物半導体材料の膜を形成するかを示す情報、その他の成膜に関する情報である。成膜情報はこれらのうちの１つであっても良いし、複数の情報の組み合わせであっても良い。
【００７１】
記憶部９１は、成膜情報の示す成膜条件ごとに、適正排気参照情報をあらかじめ保持しており、適正排気流量算出部９２は、成膜情報入力部９６から入力された成膜情報に基づいて、記憶部９１から成膜条件に対応する適正排気参照情報を読み出し、上述した方法と同様に、第２排気手段７による適正な排気流量を算出する。
【００７２】
次に、本実施形態に係る第１排気手段６の制御について、図９を用いて説明する。第１排気手段６は、第２排気手段７とは独立して、成膜室４内を所定の圧力とするよう排気する。第１排気手段６の排気すべきガスの量は、成膜室４に供給される各ガスのほか、第２排気手段７による排気流量にも依存する。まず、圧力入力部９４から圧力制御部９５に、維持すべき成膜室４内の圧力を示す目標圧力情報が入力される。そして、成膜中には、圧力検出部９０７で検出された、成膜室４内の圧力を示す検出圧力情報が圧力制御部９５に入力される。圧力制御部９５は、入力された目標圧力情報と、検出圧力情報とに基づいて、第１排気手段６を制御する。具体的には、検出圧力情報に係る圧力値が目標圧力情報に係る圧力値よりも高い場合、第１排気手段６の排気流量を増やし、検出圧力情報に係る圧力値が目標圧力情報に係る圧力値よりも低い場合、第１排気手段６の排気流量を減らす。
【００７３】
このように、本実施形態に係る気相成長装置１は、第２排気手段７と第１排気手段６の、独立した２つの排気手段を有することにより、生じた滞留ガスを適切に排気するとともに、成膜室４内を所望の圧力に維持できる。よって、安定性が高く、均一な膜厚での成膜ができる。
【００７４】
以下に、本実施形態に係る成膜方法について説明する。本実施形態に係る成膜方法では、気相成長装置１を使用して成膜を行う。
本実施形態に係る成膜方法は、成膜室４内に少なくとも１枚の基板Ｓを配置し、成膜室４内を第１排気手段６により排気して真空化する工程と、ＨＶＰＥ工程（ハイドライド気相成長工程）と、ＭＯＣＶＤ工程（有機金属気相成長工程）とを含む。ＨＶＰＥ工程では、第１原料ガスおよび第２原料ガスを成膜室４内に供給し、成膜室４内の少なくとも１枚の基板Ｓ上に膜を形成する。そして、ＭＯＣＶＤ工程では、第３原料ガスおよび第４原料ガスを成膜室４内に供給し、成膜室４内の少なくとも１枚の基板Ｓ上に膜を形成する。ここで、ＨＶＰＥ工程およびＭＯＣＶＤ工程では、回転軸Ｌ周りに回転するサセプタ５１を備える搬送手段５によって、サセプタ５１上に配置した基板Ｓを成膜室４内で搬送する。また、第１排気手段６とは独立した第２排気手段７で、搬送手段５の回転軸Ｌ上、かつ、サセプタ５１の上面近傍に生じる滞留ガスを排気する。
【００７５】
本実施形態に係る成膜方法では、初めにＨＶＰＥによる成膜を行い（ＨＶＰＥ工程）、次にＭＯＣＶＤによる成膜を行う（ＭＯＣＶＤ工程）場合について説明する。ただし、これに限定されるものではなく、先にＭＯＣＶＤによる成膜を行った後、ＨＶＰＥによる成膜を行っても良い。
【００７６】
まず、複数の基板Ｓをサセプタ５１上に設置する。次に、加熱手段５３により基板Ｓを下面側から加熱するとともに、成膜室４内に第２原料ガスと同じガス（たとえばアンモニアガス）を供給し、成膜室４内を第２原料ガス雰囲気とする。基板Ｓの温度は、たとえば１０００℃以上とすることが好ましく、１０４０℃以上とすることがより好ましい。なお、成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば窒素ガス雰囲気）であってもよい。これらのガスはいずれの供給口から供給しても良い。
【００７７】
また、原料容器２４内の原料２０の温度が所定の温度、たとえば８５０℃となるまで加熱する。その後、配管２５により、キャリアガスおよび第１原料ガスを生成するためのガスを原料容器２４内に供給し、第１原料ガスを生成するためのガスと原料容器２４内の原料２０とを反応させ、第１原料ガスを生成する。ここでたとえば、キャリアガスは水素ガスであり、第１原料ガスを生成するためのガスはＨＣｌガスであり、原料２０はＧａであり、第１原料ガスはＧａＣｌガスである。生成された第１原料ガスは、配管２６を介して原料容器２４から排出され、第２内管２１３の内側を通り、第１供給口２１４から成膜室４内に供給される。
【００７８】
また、外管２１１の内側かつ第１内管２１２の外側を通して、第２原料ガスを第２供給口２１５から成膜室４内に供給する。このとき、第１内管２１２の内側かつ第２内管２１３の外側を通して、非反応ガスを非反応ガス供給口２１６から成膜室４内に供給し、第１供給管２１の供給口付近での第１原料ガスと第２原料ガスとの接触を抑制する。
【００７９】
本実施形態に係るＨＶＰＥ工程では、第２供給管３１の供給口、すなわち第３供給口３１１および第４供給口３１２からは、非反応ガス（たとえば水素ガス）を成膜室４に供給する。
【００８０】
ここで、ＨＶＰＥによる成膜中、成膜室４内のサセプタ５１を駆動手段５２により回転駆動する。よって、サセプタ５１上の各基板Ｓはサセプタ５１の回転軸Ｌを中心として公転し、第１供給管２１の供給口すなわち、第１供給口２１４、第２供給口２１５、および非反応ガス供給口２１６に対向する第１配置と、それ以外の配置（第２配置および第３配置）とを交互に繰り返してとることとなる。そして、サセプタ５１上の複数の基板Ｓは、順次、第１配置をとることとなる。
【００８１】
ＨＶＰＥ工程でのサセプタ５１の回転速さは、１ｒｐｍ以上であることが好ましい。また、ＨＶＰＥ工程でのサセプタ５１の回転速さは、２０００ｒｐｍ以下であることが好ましく、１００ｒｐｍ以下であることがより好ましい。基板Ｓから第１供給管２１の供給口側に向かって上昇するようなガスの流れを適切に抑制するためである。
【００８２】
第１供給口２１４から供給された第１原料ガスと、第２供給口２１５から供給された第２原料ガスとは、第１配置をとった基板Ｓ上に供給され、反応して、基板Ｓの主面上に膜が形成される。基板Ｓがサセプタ５１の回転によって繰り返し第１配置をとることで、基板Ｓ上の膜が成長して膜厚が大きくなっていく。ＨＶＰＥ工程において、第１供給管２１の供給口の直下（第１配置）が、主に成膜の進む成膜領域となり、その他の領域（第２配置および第３配置）が非成膜領域となる。ＨＶＰＥ工程では、第１配置をとる基板上で主に膜の成長が進み、基本的には第２配置および第３配置の基板上では成膜が進まない。ただし、基板Ｓ上の膜の成長は、その基板Ｓが第１配置をとっている間にのみ生じるとは限らない。たとえば、第１配置の基板Ｓに供給された第１原料ガスと第２原料ガスとは、その基板Ｓが第１供給管２１の供給口の直下を通り過ぎた後（すなわち第２配置または第３配置をとる間）にも基板Ｓの主面上で反応過程を進行させることがある。また、基板Ｓが第１配置をとっていない間にも、成膜室４内に残存する第１原料ガスや第２原料ガスが基板Ｓの主面上に到達し、膜の成長が進むことがある。
【００８３】
本実施形態に係る成膜方法では、成膜中、サセプタ５１の回転に伴って生じる滞留ガスを第２排気手段７により排気する。ここで、第２排気手段７は上述したとおり排気流量制御部９３により、適切な流量でガスを排出するように制御される。第２排気手段７により、基板Ｓ近傍の滞留ガスを排気することで、面内に均一な厚さで膜を形成することができる。
【００８４】
一方、第１排気手段６は、成膜室４内を所定の圧力とするよう排気する。第１排気手段６は上述したとおり、圧力制御部９５により制御される。本実施形態では、成膜室４内の圧力をたとえば６６０ｈＰａとする。第２排気手段７とは独立して制御される第１排気手段６を設けることで、成膜室４内を所望の圧力に維持することができ、安定して膜品質の良い成膜を行うことができる。
【００８５】
以上のようにして、ＨＶＰＥによる所望の厚さの成膜が完了した後、第１供給管２１からの第１原料ガスおよび第２原料ガスの供給を停止し、加熱手段２７による第１供給管２１の加熱を停止する。
【００８６】
次に、ＭＯＣＶＤ工程を行う。このとき、第１供給部２の第１供給管２１などが冷却されるのを待つことなくＭＯＣＶＤ工程に移ることができる。
【００８７】
まず、必要に応じて加熱手段５３の加熱条件を切り替え、基板ＳがＭＯＣＶＤ工程の所定の温度となるようにする。
【００８８】
第４原料ガスと同じガス（たとえばアンモニアガス）を供給し、成膜室４内を第４原料ガス雰囲気とする。なお、成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば窒素ガス雰囲気）であってもよい。これらのガスはいずれの供給口から供給しても良い。つづいて、成膜室４内に第２供給部３のシャワーヘッド３２を介して第３原料ガスおよび第４原料ガスを成膜室４内に供給し、成膜を行う。第３原料ガスはたとえばトリメチルガリウムガスである。
【００８９】
本実施形態に係るＭＯＣＶＤ工程では、第１供給管２１の供給口、すなわち第１供給口２１４および第２供給口２１５からは、非反応ガス（たとえば水素ガス）を成膜室４内に供給する。
【００９０】
ここで、ＭＯＣＶＤによる成膜中、成膜室４内のサセプタ５１を駆動手段５２により回転駆動する。よって、サセプタ５１上の各基板Ｓはサセプタ５１の回転軸Ｌを中心として公転し、第２供給部３の供給口すなわち、第３供給口３１１および第４供給口３１２に対向する第２配置と、それ以外の配置（第１配置および第３配置）とを交互に繰り返してとることとなる。そして、サセプタ５１上の複数の基板Ｓは、順次、第２配置をとることとなる。
【００９１】
ＭＯＣＶＤ工程でのサセプタ５１の回転速さは、１ｒｐｍ以上であることが好ましい。また、ＭＯＣＶＤ工程でのサセプタ５１の回転速さは、２０００ｒｐｍ以下であることが好ましく、１００ｒｐｍ以下であることがより好ましい。基板Ｓから第２供給管３１の供給口側に向かって上昇するようなガスの流れを適切に抑制するためである。
【００９２】
第３供給口３１１から供給された第３原料ガスと、第４供給口３１２から供給された第４原料ガスとは、第２配置をとった基板Ｓ上に供給され、反応して、基板Ｓの主面上に膜が形成される。基板Ｓがサセプタ５１の回転によって繰り返し第２配置をとることで、基板Ｓ上の膜が成長して膜厚が大きくなっていく。ＭＯＣＶＤ工程において、第２供給管３１の供給口の直下（第２配置）が、主に成膜の進む成膜領域となり、その他の領域（第１配置および第３配置）が非成膜領域となる。ＭＯＣＶＤ工程では、第２配置をとる基板上で主に膜の成長が進み、基本的には第１配置および第３配置の基板上では成膜が進まない。ただし、基板Ｓ上の膜の成長は、その基板Ｓが第２配置をとっている間にのみ生じるとは限らない。たとえば、第２配置の基板Ｓに供給された第３原料ガスと第４原料ガスとは、その基板Ｓが第２供給管３１の供給口の直下を通り過ぎた後（すなわち第１配置または第３配置をとる間）にも基板Ｓの主面上で反応過程を進行させることがある。また、基板Ｓが第２配置をとっていない間にも、成膜室４内に残存する第３原料ガスや第４原料ガスが基板Ｓの主面上に到達し、膜の成長が進むことがある。
【００９３】
本実施形態に係る成膜方法では、成膜中、サセプタ５１の回転に伴って生じる滞留ガスを第２排気手段７により排気する。ここで、第２排気手段７は上述したとおり排気流量制御部９３により、適切な流量でガスを排出するように制御される。第２排気手段７により、基板Ｓ近傍の滞留ガスを排気することで、面内に均一な厚さで膜を形成することができる。
【００９４】
一方、第１排気手段６は、成膜室４内を所定の圧力とするよう排気する。第１排気手段６は上述したとおり、圧力制御部９５により制御される。本実施形態では、成膜室４内の圧力をたとえば６６０ｈＰａとする。第２排気手段７とは独立して制御される第１排気手段６を設けることで、成膜室４内を所望の圧力に維持することができ、安定して膜品質の良い成膜を行うことができる。
【００９５】
以上のようにして、ＭＯＣＶＤによる所望の厚さの成膜が完了した後、第２供給管３１からの第３原料ガスおよび第４原料ガスの供給を停止する。
【００９６】
このように、基板Ｓ上に、たとえばレーザ、発光ダイオードなどの半導体発光素子などの半導体装置を作製することができる。
【００９７】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の気相成長装置１は、サセプタの上部で、回転軸Ｌ近傍に生じる滞留ガスを第２排気手段７によって排気することで、基板Ｓの面内に成膜される膜厚の不均一性を低減し、ひいては、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきを低減することができる。
【００９８】
本実施形態の気相成長装置１は、同一の成膜室４内に、第１供給部２の第１供給管２１と第２供給部３の第２供給管３１とが接続されており、成膜室４内に、第１供給部２と第２供給部３の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、第２供給部３からのガスの供給を停止した状態で、第１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、第１供給部２からのガスの供給を停止し、第１供給部２の冷却を待たずに、第２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。たとえば、ＨＶＰＥ用チャンバーとＭＯＣＶＤ用チャンバーを別々に有するような装置では、一方のチャンバーで成膜を行った後に、基板Ｓを他方のチャンバーに移動させるために２〜３時間の冷却時間を要する。本実施形態に係る気相成長装置１ではこのような冷却時間が不要であり、効率良く成膜できる。
【００９９】
また、本実施形態では、サセプタ５１の上面を平面視する方向から見て、第１供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第２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１供給管２１の供給口、または第２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。
【０１００】
また、本実施形態では、ＨＶＰＥによる成膜中、およびＭＯＣＶＤによる成膜中に、基板Ｓが原料ガスが排出される供給口と対向する位置にある状態と、当該位置にない状態とを交互にとるように、成膜室４内において搬送される。これにより、基板Ｓの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。原料が供給されない工程において、膜の原料となる原子の基板Ｓ上での拡散を促進することができ、結晶性の高いIII-V族化合物半導体を得ることができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、複数の基板Ｓを保持したサセプタ５１を回転させ、各基板Ｓを順次、原料ガスの供給口に対向させながら成膜する。つまり、供給口と基板Ｓとの距離や位置関係が、全ての基板Ｓについて揃う。これにより、形成される膜の膜質や膜厚が、基板Ｓごとに異なってしまうことがない。
【０１０２】
また、本実施形態では、第１供給部２からガスの供給を行う際、第１原料ガスを第２内管２１３から供給するとともに、外管２１１の内側かつ第１内管２１２の外側を通して第２原料ガスを供給し、さらに、第１内管２１２の内側かつ第２内管２１３の外側を通して非反応ガスを供給している。これにより、第１供給管２１の供給口付近での第１原料ガスと第２原料ガスとの接触が抑制される。第１原料ガスと第２原料ガスとは基板Ｓ近傍で初めて混合され、反応するので、基板Ｓ上に効率良く成膜できる。
【０１０３】
また、本実施形態では、第１供給管２１の周囲には、第１供給管２１内を加熱する加熱手段２７が配置され、加熱手段２７の周囲には、加熱手段２７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、第２供給部３以外の構造部や、第２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が冷却手段２２４を有することで、より確実に熱を遮断することができる。
【０１０４】
また、本実施形態では、ＨＶＰＥで成膜処理できる基板Ｓの枚数と、ＭＯＣＶＤ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、ＨＶＰＥ工程で成膜した基板Ｓすべてを、ＭＯＣＶＤ工程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およびＭＯＣＶＤで連続的に成膜処理することができるので、たとえばＨＶＰＥ工程の後、ＭＯＣＶＤ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。
【０１０５】
なお、本実施形態では、III-V族化合物半導体膜としてＧａＮ膜を形成する例について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、別の例として、ＧａＡｌＮ膜を形成する場合には、第１供給部２の第２内管２１３の内部にＧａソースに加えてＡｌソースを配置すればよい。また、第２供給部３では、第３原料ガスとして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。
【０１０６】
なお、気相成長装置１はＨＶＰＥ工程およびＭＯＣＶＤ工程に適した条件に関する各種の情報を記憶部に保持し、使用者が各工程の開始を要求する信号を入力することで自動的に成膜がされるよう構成されていても良い。たとえば、特開２０１３−２２２８８４号公報に記載のように気相成長装置１を構成し、成膜を行うことができる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、排気流量制御部９３が適正排気流量算出部９２から入力される第２排気手段７による適正な排気流量に基づいて、第２排気手段７の排気流量を制御するよう、構成された例について説明したが、これに限定されない。たとえば、排気流量制御部９３は、適正排気流量算出部９２から入力される適正な排気流量の代わりに、使用者により入力される情報に基づいて第２排気手段７を制御するよう構成されてもよい。使用者により入力される情報はたとえば、任意に設定される第２排気手段７で排気すべき流量を示す情報、もしくは第２排気手段７が備える配管内部の圧力がとるべき値を示す情報でありうる。
【０１０８】
なお、本実施形態では、気相成長装置１は、ひとつの第１供給管２１とひとつの第２供給管３１を備えていたが、第一供給管２１および第二供給管３１をそれぞれ複数備えても良い。
【０１０９】
なお、本実施形態では、サセプタ５１の回転により、成膜室４内で基板Ｓを搬送し、回転軸Ｌ近辺に滞留ガスが生じる例について説明したが、これに限定されない。基板Ｓの搬送には、直線駆動なども可能である。その場合、成膜室４内でのガスの供給口の配置、排気口の配置、搬送手段の構成などによりガスだまりができる領域が異なり、第２排気手段７の排気口を配置するべき位置も異なる。ガスだまりができる領域はたとえば流体シミュレーションなどを用いて知ることができる。第２排気手段７は基板Ｓの近傍に生じる滞留ガスを排気するように設ければよい。
【０１１０】
なお、本実施形態では、第１排気手段６の排気口が、サセプタ５１の外周部の下面側で、成膜室４の底面に設けられている例について説明したが、これに限定されない。第２排気手段７による滞留ガスの排気や、基板Ｓへの原料ガスの供給に影響を与えないように設けられれば良い。
【０１１１】
なお、本実施形態に係る気相成長装置１を用いた成膜方法では、第２排気手段７による滞留ガスの排気を、ＨＶＰＥ工程でもＭＯＣＶＤ工程でも行ったが、必ずしも常に行わなくてはならなるわけではない。滞留ガスの排気を行わずとも均一な成膜がされるような条件では、第２排気手段７による排気を適宜省略して成膜できる。
【０１１２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る気相成長装置１は、第５供給管７２２をさらに備える点を除いて、第１の実施形態に係る気相成長装置１と同様の構成である。第５供給管７２２は、非成膜配置の基板Ｓに対してＶ族元素を含む補助ガスを供給する。以下で詳細に説明する。
【０１１３】
図１１は、本実施形態に係る第２排気手段７４の排気管７２１および第５供給管７２２の構造を示す図である。本図は、排気管７２１および第５供給管７２２の先端部を回転軸Ｌに直交する方向から見たひとつの断面図である。また、本図では、成膜室４から排出される滞留ガスと、成膜室４に供給される補助ガスの流れる方向を矢印で示している。第５供給管７２２と、第２排気手段７４の排気管７２１とは、二重管構造を成している。
【０１１４】
図１２は、本実施形態に係る第１供給部２、第２供給部３、サセプタ５１、第２排気手段７４の排気管７２１、第５供給管７２２、供給口７２４、回転軸Ｌ、および基板Ｓの位置関係を示す図である。本図は、サセプタ５１を上面側から平面視する方向から見た位置関係を示している。また、補助ガスが供給口７２４から供給される方向を矢印で示している。高さの異なる部分や、実際には隠れる部分も全て実線で示している。
【０１１５】
本実施形態に係る気相成長装置１の成膜室４には、第５供給管７２２が接続されている。第５供給管７２２は、その先端部が成膜室４内に挿入されている。この第５供給管７２２は、成膜中、原料ガスが供給される供給口に対向していない基板Ｓに対して、Ｖ族元素を含む補助ガスを供給する。ここで、補助ガスは、第２原料ガスおよび第４原料ガスに含まれるＶ族元素を含んでいれば良く、たとえば、アンモニアガス、窒素ガス、ヒドラジンガスのいずれか１種以上のガスが挙げられる。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。
【０１１６】
なお、第２供給口２１５から供給される第２原料ガスに含まれるＶ族元素と、第４供給口３１２から供給される第４原料ガスとに含まれるＶ族元素とが異なる場合には、いずれかその成膜中に供給されている原料ガスに含まれるＶ族元素と同じＶ族元素を含むガスが、第５供給管７２２から成膜室４内に供給される。すなわち、ＨＶＰＥ工程では第２原料ガスに、ＭＯＣＶＤ工程では第４原料ガスに含まれるＶ族元素と同じＶ族元素を含むガスである。
【０１１７】
排気管７２１は第５供給管７２２の内部に挿入されており、排気管７２１を内管、第５供給管７２２を外管とする二重管構造を形成している。この第５供給管７２２および排気管７２１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、第５供給管７２２および排気管７２１は回転軸Ｌ上で延在している。
【０１１８】
図１１に戻り、排気管７２１の先端には、排気口７２３が設けられている。この排気口７２３はサセプタ５１の上面と対向しており、サセプタ５１の回転中心の上部に位置している。そして、サセプタ５１の回転により生じる滞留ガスは排気口７２３を介して排気管７２１の内側を通り、成膜室４外に排気される。
【０１１９】
第５供給管７２２の先端付近には供給口７２４が設けられている。成膜室４内で第５供給管７２２の延在方向の端面は閉じられており、第５供給管７２２の先端付近の側面に、複数の供給口７２４が円周方向に離間して設けられている。そして、補助ガスは第５供給管７２２の内側かつ排気管７２１の外側を通り、複数の供給口７２４から成膜室４内に供給される。第５供給管７２２を通った補助ガスは、サセプタ５１の上面に平行な方向に放出される。また、補助ガスは、サセプタ５１の中心から外周に向かう方向に向けて、図１２のように放射状に供給される。よって、補助ガスは複数の基板Ｓの上部に向けて供給される。なお、供給口７２４とサセプタ５１との距離は、排気口７２３とサセプタ５１との距離よりも長い。
【０１２０】
ここで、補助ガスは、第１供給管２１の供給口にも第２供給管３１の供給口にも対向していない、すなわち第３配置をとる複数の基板Ｓのみに向けて供給される。具体的な構成としては、第１供給管２１の供給口の中心と、第５供給管７２２の中心とを結ぶ直線上、および第２供給管３１の中心と第５供給管７２２の中心とを結ぶ直線上には、供給口７２４が形成されていない。なお、原料ガスが供給されていない基板Ｓの表面に補助ガスが供給されてもよい。すなわち、ＨＶＰＥ工程においては第２配置および第３配置をとる複数の基板Ｓに向けて、ＭＯＣＶＤ工程においては第１配置および第３配置をとる複数の基板Ｓに向けて補助ガスが供給されるよう、切り替え可能に構成されても良い。
【０１２１】
なお、本実施形態では、第５供給管７２２の先端付近の側面に、複数の供給口７２４が円周方向に離間して設けられている例について説明したが、供給口７２４とサセプタ５１との距離は全て同じであっても良く、それぞれ異なっていても良い。ただし、基板Ｓの表面のガスの濃度を配置によらずできるだけ一定に保つ観点からは、当該距離は全ての供給口７２４について同じであることが好ましい。
【０１２２】
次に、補助ガスを供給する流量について説明する。
たとえばＨＶＰＥ工程において、基板Ｓが第１供給管２１の供給口の直下の成膜領域に位置する場合（第１配置）には、基板Ｓの表面のIII族原子濃度およびＶ族原子濃度は高くなる。一方で、基板Ｓが回転軸Ｌ周りを公転する間には、一時的に基板Ｓが成膜領域ではない他の領域に位置することとなり、基板Ｓ表面のIII族原子濃度はおよそゼロとなる。
【０１２３】
ここで、第５供給管７２２からはＶ族元素を含む補助ガスが供給される。第５供給管７２２からの補助ガスの供給流量（単位時間あたりのＶ族原子供給量）は、第２供給口２１５からの第２原料ガスの供給流量（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、第５供給管７２２からの補助ガスの供給流量は、第２供給口２１５からの第２原料ガスの供給流量の１００分の１以上２分の１以下である。このように、第５供給管７２２からＶ族元素を含むガスが供給されるため、成膜領域ではない他の領域に位置する基板Ｓの表面のＶ族原子濃度は、成膜領域に位置する基板Ｓの表面のＶ族原子濃度よりも低くなるものの、ゼロとはならない。このため、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の表面からＶ族原子が離脱してしまうことを防止できる。一方で、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だ良好な結晶膜を得ることができる。
【０１２４】
ここでは例としてＨＶＰＥ工程に関して説明したが、ＭＯＣＶＤ工程においても同様である。なお、最適な補助ガスの供給流量は、ＨＶＰＥ工程とＭＯＣＶＤ工程とで異なりうる。
【０１２５】
なお、本実施形態に係る気相成長装置１の適正排気流量算出部９２では、補助ガスの供給流量をさらに加味して第２排気手段７４による適正な排気流量を算出するように構成しても良い。その際には、記憶部９１は、第１供給口２１４から供給されるガスの供給流量と、第２供給口２１５から供給されるガスの供給流量と、第３供給口３１１から供給されるガスの供給流量と、第４供給口３１２から供給されるガスの供給流量と、補助ガスの供給流量と、基板Ｓの回転速さと、第２排気手段７４による滞留ガスの適正排気流量との関係を示す情報を適正排気参照情報としてあらかじめ保持する。
【０１２６】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、以下の作用および効果が得られる。
【０１２７】
本実施形態に係る気相成長装置１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第５供給管７２２を備えている。この第５供給管７２２からＶ族元素を含有する補助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の表面からＶ族原子が離脱してしまうことを防止できる。特に、第５供給管７２２からの補助ガスの供給流量を、駆動しているガス供給部、すなわち第１供給部２または第２供給部３から供給される第２原料ガスまたは第４原料ガスの供給流量よりも少なくすることで、III族原子の基板Ｓ表面で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、Ｖ族原子が脱離してしまうことを防止できる。よって、結晶品質の良いIII-V族化合物半導体膜を形成することが出来る。
【０１２８】
また、本実施形態に係る第５供給管７２２は、第１供給管２１および第２供給管３１とは別に設けられ、これらの供給管とは異なる独立した管であるため、第１供給管２１および第２供給管３１からのガスの供給量とは別に、独立して補助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族原子の基板Ｓ表面での拡散を促進しつつ、基板Ｓ表面のＶ族原子に最適な圧力を付与することができる。よって、結晶品質の良いIII-V族化合物半導体膜を形成することが出来る。
【０１２９】
また、本実施形態に係る気相成長装置１では、第５供給管７２２から補助ガスを成長領域以外の領域にある基板Ｓ上部に向けて供給する構成であるため、成膜領域以外の領域にある基板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。
【０１３０】
また、本実施形態では、第５供給管７２２は、第１供給管２１および第２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、第５供給管７２２の先端部には供給口７２４形成されているが、この供給口７２４は、回転軸方向からの平面視において、すなわちサセプタ５１を平面視する方向から見て、第１供給管２１の中心と第５供給管７２２の中心とを結ぶ直線上、および、第２供給管３１の中心と第５供給管７２２の中心とを結ぶ直線上には形成されていない。このような構造の第５供給管７２２を使用することで、第１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２供給管３１の供給口から供給される原料ガスの流れが、第５供給管７２２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、第５供給管７２２から供給されるガスにより、第１供給管２１あるいは第２供給管３１から供給されるガスにおけるV/III比（III族原子濃度に対するＶ族原子濃度）の値が変動してしまうことも防止できる。
【０１３１】
また、本実施形態では、ひとつの第５供給管７２２を基板Ｓが描く円周の内側に配置し、この第５供給管７２２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、第５供給管７２２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、第５供給管７２２と基板Ｓとの距離は一定となる。第５供給管７２２から基板Ｓ上部に向けてＶ族元素を含む補助ガスが供給されるが、公転する基板Ｓ上の補助ガスの濃度を比較的一定に保つことができる。
【０１３２】
また、本実施形態に係る気相成長装置１では、第２排気手段７４の排気管７２１と第５供給管７２２とが二重管構造を成して回転軸Ｌ上に配置されているため、サセプタ５１の回転中心の上部における滞留ガスの排気と補助ガスの供給を両立することができる。特に、第２排気手段７４の排気口７２３はサセプタ５１の面に対向して設けられており、第５供給管７２２の供給口７２４は排気管７２１の側面に直交する方向に補助ガスを放出するため、排出される滞留ガスと、供給される補助ガスとの流れが互いに妨げられない。よって、結晶品質の良い膜を、面内方向に均等な膜厚で形成することができる。
【０１３３】
また、本実施形態に係る気相成長装置１では、第２排気手段７４の排気管７２１と第５供給管７２２とが二重管構造を成しているため、遮熱効果が得られる。すなわち、排気管７２１の外周部を補助ガスが流れていることにより、排気管７２１内を通る高温の滞留ガスの熱が第５供給管７２２の外部の構造部に伝わるのを抑制することができる。このため、第５供給管７２２の周囲の構造部には熱による大きな影響が生じず、耐熱性が求められない。よって、設計自由度を高めることができる。また、安定した成膜ができる。
【０１３４】
なお、本実施形態では、第５供給管７２２と第２排気手段７４の排気管７２１が二重管構造を成す場合について説明したが、これに限定されるものではない。第５供給管７２２と排気管７２１は単独の管として設けても良いし、さらにそれぞれ異なる場所に設けても良い。その場合、第５供給管７２２は成長領域にない基板Ｓに補助ガスを供給するように設け、排気管７２１は、滞留ガスを排気するように設ければよい。
【０１３５】
なお、本実施形態では、ひとつの第５供給管７２２から放射状にガスを供給する例について説明したが、これに限られるものではない。たとえば、複数の第５供給管７２２を設けてもよい。その場合、各第５供給管７２２は、公転する基板Ｓの描く円周上に位置しており、第３配置の基板Ｓと対向する構成とすることができる。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。
【０１３６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【０１３７】
（実施例１）
第２の実施形態に記載したような気相成長装置を用いて、ＭＯＣＶＤによるサファイア基板上への窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の形成を行った。サファイア基板をサセプタ上に配置し、チャンバー（成膜室４）内を真空にするよう排気した。成膜中にサセプタの回転駆動の回転速さを３０ｒｐｍとした。また、成膜中にサセプタの中心の上部に配置した二重配管の周囲（第５供給管７２２の供給口７２４）からアンモニア（ＮＨ３）ガスを２Ｌ／ｍｉｎで供給し、同じ二重配管の中心管（第２排気手段７４の排気管７２１）から排気を行った。中心管は、ニードルバルブを介して排気ポンプへ接続した。原料ガスとして、まず、第３供給口３１１からトリメチルガリウムガスを４．８ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給し、第４供給口３１２からアンモニアガスを８Ｌ／ｍｉｎの流量で供給して、基板温度５００℃にて５分間、成膜を行った。次に第３供給口３１１から供給するトリメチルガリウムガスの流量を１０ｃｃ／ｍｉｎに切り替え、第４供給口３１２から供給するアンモニアガスの流量を１２Ｌ／ｍｉｎに切り替えて、基板温度１０００℃にて１５分間、成膜を行った。中心管からの排気流量は、ニードルバルブ直前で６００ｈＰａとなるよう圧力に基づいて制御した。また、チャンバー内の圧力が６６６ｈＰａとなるよう排気手段（第１排気手段６）によってチャンバー内を排気した。
【０１３８】
図１３は、本実施例に係るＧａＮ膜の膜厚分布を示す図である。膜厚分布は光学式非接触膜厚測定装置により測定した。なお、本図は一度に成膜を行った３枚の基板（図中異なるマーカーで示す）による測定結果を合わせて示している。本図において、横軸はサセプタの中心（回転軸Ｌ）からの距離を示し、縦軸は形成したＧａＮ膜の膜厚を示す。本図から、均一な膜厚で成膜されたことが分かる。また、繰り返し同じ成膜を行った場合や、異なる複数の条件で同様に成膜を行った場合でも、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきが抑えられた。そして歩留まりの向上も確認できた。
【０１３９】
（実施例２）
第２の実施形態に記載したような気相成長装置を用いて、ＨＶＰＥによるＧａＮテンプレート上への窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の形成を行った。ＧａＮテンプレートをサセプタ上に配置し、チャンバー（成膜室４）内を真空にするよう排気した。成膜中にサセプタの回転駆動の回転速さを５ｒｐｍとした。また、成膜中にサセプタの中心の上部に配置した二重配管の周囲（第５供給管７２２の供給口７２４）からアンモニア（ＮＨ３）ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎで供給した。ここで、同じ二重配管の中心管（第２排気手段７４の排気管７２１）からの排気流量は、ニードルバルブ直前で６００ｈＰａとなるよう圧力に基づいて制御した。また、チャンバー内の圧力が６６６ｈＰａとなるよう排気手段（第１排気手段６）によってチャンバー内を排気した。原料ガスとして、第１供給口２１４からＧａＣｌガスを３００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給し、第２供給口２１５からアンモニアガスを６Ｌ／ｍｉｎの流量で供給して、基板温度１０００℃にて５分間、成膜を行った。
【０１４０】
図１４は、本実施例に係るＧａＮ膜の膜厚分布を示す図である。本図において、横軸はサセプタの中心（回転軸Ｌ）からの距離を示し、縦軸は形成したＧａＮ膜の膜厚を示す。本図から、ＨＶＰＥでは中心管からの排気を行わずに、均一な膜厚での成膜されたことが分かる。
【０１４１】
なお、ＨＶＰＥによる成膜では、中心管からの排気を行わない場合にも、均一な膜厚での成膜ができることがあった。一方で、特に、原料ガス流量を増やし、膜の成長速度を速めた場合には、中心管からの排気なしでは不均一な膜厚分布となる傾向が高かった。中心管からの排気を行うことで、原料ガス流量を増やした場合にも安定して均一な膜厚での成膜ができた。
また、中心管からの排気を行うことで、繰り返し同じ成膜を行った場合や、異なる複数の条件で同様に成膜を行った場合でも、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきが抑えられた。そして歩留まりの向上も確認できた。
【０１４２】
（比較例）
第２の実施形態に記載したような気相成長装置を用いて、ＭＯＣＶＤによるサファイア基板上への窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の形成を行った。サファイア基板をサセプタ上に配置し、チャンバー（成膜室４）内を真空にするよう排気した。成膜中にサセプタの回転駆動の回転速さを５ｒｐｍとした。また、成膜中にサセプタの中心の上部に配置した二重配管の周囲（第５供給管７２２の供給口７２４）からアンモニアガスを２Ｌ／ｍｉｎで供給した。ここで、同じ二重配管の中心管（第２排気手段７４の排気管７２１）から、排気は行わなかった。原料ガスとして、まず、第３供給口３１１からトリメチルガリウムガスを４．８ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給し、第４供給口３１２からアンモニアガスを８Ｌ／ｍｉｎの流量で供給して、基板温度５００℃にて５分間、成膜を行った。次に第３供給口３１１から供給するトリメチルガリウムガスの流量を１０ｃｃ／ｍｉｎに切り替え、第４供給口３１２から供給するアンモニアガスの流量を１２Ｌ／ｍｉｎに切り替えて、基板温度１０００℃にて１５分間、成膜を行った。第１排気手段６により、チャンバー内の圧力が６６０ｈＰａとなるよう制御した。
【０１４３】
図１５は、本比較例に係るＧａＮ膜の膜厚分布を示す図である。本図において、横軸はサセプタの中心（回転軸Ｌ）からの距離を示し、縦軸は形成したＧａＮ膜の膜厚を示す。なお、本図は一度に成膜を行った３枚の基板（図中異なるマーカーで示す）による測定結果を合わせて示している。本図から、基板上に形成されたＧａＮ膜の膜厚は不均一であり、サセプタの中心（回転軸Ｌ）に近いほど厚いことが分かる。また、繰り返し同じ成膜を行った場合や、異なる複数の条件で同様に成膜を行った場合、面内膜厚の不均一性の、バッチ間ばらつきが大きかった。
【符号の説明】
【０１４４】
１，１１  気相成長装置
２  第１供給部
３  第２供給部
４  成膜室
５  搬送手段
６  第１排気手段
２０  原料
２１  第１供給管
２２  遮熱手段
２４  原料容器
２５，２６  配管
２７  加熱手段
３１  第２供給管
３２  シャワーヘッド
３３，３４  配管
５１  サセプタ
５２  駆動手段
５３  加熱手段
７，７２，７３，７４  第２排気手段
９１  記憶部
９２  適正排気流量算出部
９３  排気流量制御部
９４  圧力入力部
９５  圧力制御部
９６  成膜情報入力部
２１１  外管
２１２  第１内管
２１３  第２内管
２１４  第１供給口
２１５  第２供給口
２１６  非反応ガス供給口
２２３  金属部材
２２４  冷却手段
３１１  第３供給口
３１２  第４供給口
５２１  軸部
５２２  モータ
７１１  内管
７１２  外管
７１３  排気口
７２１  排気管
７２２  第５供給管
７２３  排気口
７２４  供給口
９０１  回転速さ検出部
９０２  第１流量検出部
９０３  第２流量検出部
９０４  第３流量検出部
９０５  第４流量検出部
９０７  圧力検出部
Ｌ  回転軸
Ｓ  基板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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