(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアガスを含む原料ガスを反応室内に供給し、該反応室内で窒化物を含む薄膜半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置において、前記アンモニアガスを反応室内に供給するアンモニアガス供給経路は、前記反応室のアンモニアガス入口経路に設けた水分計と、該水分計の上流側でアンモニアガス入口経路に合流する複数のアンモニアガス供給系統とを有し、該複数のアンモニアガス供給系統は、アンモニアガス供給源と、該アンモニアガス供給源と前記アンモニアガス入口経路とを接続する供給配管と、該供給配管における前記アンモニアガス入口経路との接続部の上流側に設けられた供給弁と、該供給弁の上流側から分岐した排気経路と、該排気経路に設けられた排気弁とをそれぞれ備えるとともに、前記水分計の測定値に基づいて前記複数のアンモニアガス供給系統における前記供給弁と排気弁とを開閉し、複数のアンモニアガス供給系統の内の一つの系統の供給弁を開、排気弁を閉として一つのアンモニアガス供給系統から前記反応室へのアンモニアガスの供給を行い、他のアンモニアガス供給系統の供給弁を閉、排気弁を開として他のアンモニアガス供給系統では前記アンモニアガス供給源からのアンモニアガスを前記排気経路に排出するパージ操作を行うアンモニアガス供給制御部を備えていることを特徴とする化合物薄膜半導体製造装置。
【請求項２】
アンモニアガスを含む原料ガスを使用して窒化物を含む薄膜半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置に前記アンモニアガスを供給するアンモニアガス供給装置において、前記化合物薄膜半導体製造装置のアンモニアガス入口経路に設けた水分計と、該水分計の上流側でアンモニアガス入口経路に合流する複数のアンモニアガス供給系統とを有し、該複数のアンモニアガス供給系統は、アンモニアガス供給源と、該アンモニアガス供給源と前記アンモニアガス入口経路とを接続する供給配管と、該供給配管における前記アンモニアガス入口経路との接続部の上流側に設けられた供給弁と、該供給弁の上流側から分岐した排気経路と、該排気経路に設けられた排気弁とをそれぞれ備えるとともに、前記水分計の測定値に基づいて前記複数のアンモニアガス供給系統における前記供給弁と排気弁とを開閉し、複数のアンモニアガス供給系統の内の一つの系統の供給弁を開、排気弁を閉として一つのアンモニアガス供給系統から前記反応室へのアンモニアガスの供給を行い、他のアンモニアガス供給系統の供給弁を閉、排気弁を開として他のアンモニアガス供給系統では前記アンモニアガス供給源からのアンモニアガスを前記排気経路に排出するパージ操作を行うアンモニアガス供給制御部を備えていることを特徴とするアンモニアガス供給装置。
【請求項３】
アンモニアガスを含む原料ガスを使用して窒化物を含む薄膜半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置にアンモニアガスを供給する方法において、前記化合物薄膜半導体製造装置へアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系統を複数系統設け、該複数系統のアンモニアガス供給系統の内の一つの系統から化合物薄膜半導体製造装置へアンモニアガスを供給しているときに、他のアンモニアガス供給系統では、供給配管中にアンモニアガスを流して系統外に排出するパージ操作を行い、前記化合物薄膜半導体製造装置に供給しているアンモニアガス中の水分濃度を測定し、測定した水分濃度があらかじめ設定された上限水分濃度に上昇したときに、該化合物薄膜半導体製造装置にアンモニアガスを供給しているアンモニアガス供給系統からのアンモニアガスの供給を停止するとともに、前記パージ操作を行っている他のアンモニアガス供給系統からのアンモニアガスの供給を開始することを特徴とするアンモニアガス供給方法。
【請求項４】
前記アンモニアガスによるパージ操作は、パージガスを使用したパージ操作を行った後に開始することを特徴とする請求項３記載のアンモニアガスの供給方法。
【請求項５】
前記上限水分濃度が５０ｐｐｂであることを特徴とする請求項３又は４に記載のアンモニアガスの供給方法。
【請求項６】
前記他のアンモニアガス供給系統のアンモニアガスによるパージ操作は、前記化合物薄膜半導体製造装置に供給しているアンモニアガス中の水分濃度が上昇し始めてあらかじめ設定された中間水分濃度に上昇したときに、開始することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載のアンモニアガスの供給方法。
【請求項７】
前記中間水分濃度が３０ｐｐｂであることを特徴とする請求項６記載のアンモニアガスの供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物薄膜半導体製造装置並びにアンモニアガスの供給装置及び方法に関し、詳しくは、アンモニアガスを含む原料ガスを反応室内に供給し、該反応室内で窒化物を含む薄膜半導体、例えばＧａＮ系薄膜化合物半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置に原料ガスの一つであるアンモニアガスを、水分濃度が十分に低い状態で供給するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度な青色発光ダイオード(Light Emitted Diode;以下ＬＥＤという)の製造においては、一般に、ＧａＮ系薄膜化合物半導体が利用されている。ＧａＮ系薄膜化合物半導体の製造は、アンモニア及び揮発性の有機ガリウム化合物、例えばトリメリルガリウム等を原料として使用した気相成長（ＭＯＣＶＤ）により製造される。ＧａＮ半導体薄膜製造における原料ガスであるアンモニアの純度と製造されるＬＥＤの輝度とには密接な関係があり、特にアンモニア中の水分は製造されるＬＥＤの輝度低下を引き起こす。このため、特定の製造方法で製造した水分量１ｐｐｍ以下の高純度のアンモニアを原料として使用することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
アンモニアを原料ガスとして用いる場合、通常、アンモニアを充填した高圧ガス容器を供給源として使用している。アンモニアの２５℃における蒸気圧は約０．９ＭＰａ（絶対圧力）であり、この高圧ガス容器内では一部が液化した液化高圧ガスとして高圧ガス容器内に充填されている。前記高圧ガス容器から化合物薄膜半導体製造装置へのアンモニアの供給は、耐食性、耐圧性に優れたステンレス配管が一般に使用されている。化合物薄膜半導体製造装置では、アンモニアガスの使用圧力が大気圧乃至減圧であるため、供給系には圧力調整器が使用され、製造工程では多層の薄膜を成長させ、その工程に適した流量に調整する必要があるためマスフローコントローラー等が使用される。その他、アンモニアガスの供給状態を適宜確認するために圧力計を設置したり、安全上の設備や部品が設置される場合が多く、高圧ガス容器から化合物薄膜半導体製造装置までの配管長は非常に長く、数〜数十ｍに及んでいる。
【０００４】
また、高圧ガス容器を交換する工程では、アンモニアガスの毒性を鑑み、配管から高圧ガス容器を取り外す前に、窒素等の不活性ガスによるパージ操作を行う。このパージ操作は、アンモニアガス供給系の配管内に残留したアンモニアを取り除き、毒性の無い不活性ガスに置換するために行われる。さらに、高圧ガス容器を取り付けるときには、配管内に空気を取り込んでしまうため、配管内に侵入した空気成分や空気中の水分を取り除くため、取り外し時と同様に不活性ガスでパージ作業を行っている。なお、高圧ガス容器の交換に限らず、供給系の不具合、部品交換等、供給系配管に接続された部分を開放する際には、その前後に不活性ガスによるパージ操作を必ず行っている。
【特許文献１】特許第３８１８０５１号公報（請求項２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようにして高純度のアンモニアを原料として使用する際、本発明者は、アンモニアガスを供給する配管を、水分濃度が０．１〜１ｐｐｂの乾燥窒素でパージした後にアンモニアガスを供給したとき、供給するアンモニアガスを貯蔵している高圧ガス容器内の水分濃度が１０ｐｐｂ以下であるにも関わらず、水分濃度が急激に上昇することを見出した。この水分濃度の急上昇は、供給するアンモニアガス及びパージ操作に使用した不活性ガス中の水分濃度よりもはるかに高く、アンモニア、窒素、水、それぞれのステンレス配管表面への吸着特性の差異によるものであると推測される。この現象が生じるため、例えば、使用するアンモニア中の水分濃度が極低濃度であったとしても、供給初期に高濃度の水分が化合物薄膜半導体製造装置に混入することになる。
【０００６】
さらに、前述のとおり、高圧ガス容器に充填されて用いられるアンモニアは、常温で容器内の一部が液化したものであり、アンモニア中の水分は、その液相部と気相部とで濃度が異なる。水はアンモニアと比較して沸点が高いため、気相部の水分濃度は液相部に比較して十分に低い。このため、気相部を容器から導出する場合、水分濃度は低く抑えられるが、液相部の水分濃度が上昇するという濃縮現象が生じることから、液相部の水分濃度上昇に伴って気相部の水分濃度も徐々に増加することが知られている。また、高圧ガス容器からガスを導出する際、液化アンモニアが蒸発するときの蒸発潜熱に相当する分の熱量が液相の温度を低下させる。このため、高圧ガス容器内の液相部分の温度が低下し、高圧ガス容器内で突沸が生じ、水分濃度の高い液相部分が放出されてしまう。
【０００７】
高圧ガス容器内の液相部分の温度は、供給量が多いほど、時間当たりの蒸発に必要な熱量が多いため、温度低下が大きい。また、高圧ガス容器内のアンモニアの残量が少なくなると、熱伝導率の大きい液相部の体積が相対的に小さくなるため、温度低下が大きくなる。このため、高圧ガス容器内のアンモニアの温度変化は、導出流量や残量、環境温度に大きく依存することになる。
【０００８】
このようなことから、高純度のアンモニアを充填した高圧ガス容器をＭＯＣＶＤにおける原料ガス供給源として用いた場合、アンモニアガス中の水分濃度が極低濃度であった場合でも、不活性ガスでパージを行った後にアンモニアの供給を開始すると、供給初期に水分濃度が急上昇するという問題とともに、高圧ガス容器からのアンモニアの導出流量や高圧ガス容器内の液相残量、容器内の温度、パージ操作における不活性ガスの使用量、パージ操作終了からアンモニアガス供給開始までの時間、環境温度等によって供給時のアンモニア中の水分濃度が変化するという問題があった。
【０００９】
したがって、原料ガス供給源となる高圧ガス容器に充填するアンモニアを高純度とし、水分濃度を極限まで低下させたとしても、化合物薄膜半導体製造装置に高濃度の水分が混入するおそれがあり、製造する化合物薄膜半導体の品質や性能に悪影響を及ぼすことになる。
【００１０】
そこで本発明は、アンモニアガスを原料ガスの一つとして使用する化合物薄膜半導体製造装置への水分の混入を十分に低く抑えることができ、安定した状態で高品質、高性能な化合物薄膜半導体を製造することができる化合物薄膜半導体製造装置並びにアンモニアガスの供給装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の化合物薄膜半導体製造装置は、アンモニアガスを含む原料ガスを反応室内に供給し、該反応室内で窒化物を含む薄膜半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置において、前記アンモニアガスを反応室内に供給するアンモニアガス供給経路は、前記反応室のアンモニアガス入口経路に設けた水分計と、該水分計の上流側でアンモニアガス入口経路に合流する複数のアンモニアガス供給系統とを有し、該複数のアンモニアガス供給系統は、アンモニアガス供給源と、該アンモニアガス供給源と前記アンモニアガス入口経路とを接続する供給配管と、該供給配管における前記アンモニアガス入口経路との接続部の上流側に設けられた供給弁と、該供給弁の上流側から分岐した排気経路と、該排気経路に設けられた排気弁とをそれぞれ備えるとともに、前記水分計の測定値に基づいて前記複数のアンモニアガス供給系統における前記供給弁と排気弁とを開閉し、複数のアンモニアガス供給系統の内の一つの系統の供給弁を開、排気弁を閉として一つのアンモニアガス供給系統から前記反応室へのアンモニアガスの供給を行い、他のアンモニアガス供給系統の供給弁を閉、排気弁を開として他のアンモニアガス供給系統では前記アンモニアガス供給源からのアンモニアガスを前記排気経路に排出するパージ操作を行うアンモニアガス供給制御部を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のアンモニアガス供給装置は、アンモニアガスを含む原料ガスを使用して窒化物を含む薄膜半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置に前記アンモニアガスを供給するアンモニアガス供給装置において、前記化合物薄膜半導体製造装置のアンモニアガス入口経路に設けた水分計と、該水分計の上流側でアンモニアガス入口経路に合流する複数のアンモニアガス供給系統とを有し、該複数のアンモニアガス供給系統は、アンモニアガス供給源と、該アンモニアガス供給源と前記アンモニアガス入口経路とを接続する供給配管と、該供給配管における前記アンモニアガス入口経路との接続部の上流側に設けられた供給弁と、該供給弁の上流側から分岐した排気経路と、該排気経路に設けられた排気弁とをそれぞれ備えるとともに、前記水分計の測定値に基づいて前記複数のアンモニアガス供給系統における前記供給弁と排気弁とを開閉し、複数のアンモニアガス供給系統の内の一つの系統の供給弁を開、排気弁を閉として一つのアンモニアガス供給系統から前記反応室へのアンモニアガスの供給を行い、他のアンモニアガス供給系統の供給弁を閉、排気弁を開として他のアンモニアガス供給系統では前記アンモニアガス供給源からのアンモニアガスを前記排気経路に排出するパージ操作を行うアンモニアガス供給制御部を備えていることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明のアンモニアガス供給方法は、アンモニアガスを含む原料ガスを使用して窒化物を含む薄膜半導体を成膜する化合物薄膜半導体製造装置にアンモニアガスを供給する方法において、前記化合物薄膜半導体製造装置へアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系統を複数系統設け、該複数系統のアンモニアガス供給系統の内の一つの系統から化合物薄膜半導体製造装置へアンモニアガスを供給しているときに、他のアンモニアガス供給系統では、供給配管中にアンモニアガスを流して系統外に排出するパージ操作を行い、前記化合物薄膜半導体製造装置に供給しているアンモニアガス中の水分濃度を測定し、測定した水分濃度があらかじめ設定された上限水分濃度に上昇したときに、該化合物薄膜半導体製造装置にアンモニアガスを供給しているアンモニアガス供給系統からのアンモニアガスの供給を停止するとともに、前記パージ操作を行っている他のアンモニアガス供給系統からのアンモニアガスの供給を開始することを特徴としている。
【００１５】
さらに、本発明のアンモニアガス供給方法は、前記構成において、前記アンモニアガスによるパージ操作を、パージガスを使用したパージ操作を行った後に開始すること、前記上限水分濃度が５０ｐｐｂであることを特徴とし、また、前記他のアンモニアガス供給系統のアンモニアガスによるパージ操作は、前記化合物薄膜半導体製造装置に供給しているアンモニアガス中の水分濃度が上昇し始めてあらかじめ設定された中間水分濃度に上昇したとき、好ましくは中間水分濃度が３０ｐｐｂに上昇したときに開始することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、化合物薄膜半導体製造装置へのアンモニアガスの供給を開始する前に、供給配管中をアンモニアガスでパージしてアンモニアガスの供給開始時に水分濃度が上昇したガスを系外に排出するようにしているので、化合物薄膜半導体製造装置に水分濃度の高いアンモニアガスが流入することがなく、安定した状態で高品質、高性能な化合物薄膜半導体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明のアンモニアガス供給装置を組み込んだ本発明の化合物薄膜半導体製造装置の一形態例を示す要部の系統図である。化合物薄膜半導体製造装置に組み込んだアンモニアガス供給装置は、化合物薄膜半導体製造装置の反応室（チャンバー）１１に水分濃度が十分に低い高純度アンモニアガスを供給するためのものであって、反応室１１の原料ガス入口部に接続した一つのアンモニアガス入口経路１２に対して二つのアンモニアガス供給系統２１，３１を備えるとともに、アンモニアガス供給系統２１，３１を切り換え使用するためのアンモニアガス供給制御部４１を備えている。なお、図１では、他の原料ガスやパージガスを反応室１１に供給する系統の図示は省略している。
【００１８】
アンモニアガス入口経路１２には、該経路内を流れるアンモニアガス中の水分量を測定する水分計１３と、アンモニアガス中の水分を除去する精製器１４とが設けられている。精製器１４の前後には、精製入口弁１５ａ及び精製出口弁１５ｂが設けられるとともに、精製器１４を通さずにアンモニアガスを直接反応室１１に供給するためのバイパス弁１６が設けられている。
【００１９】
各アンモニアガス供給系統２１，３１は、アンモニアガス供給源２２，３２と、該アンモニアガス供給源２２，３２と前記アンモニアガス入口経路１２とを接続する供給配管２３，３３と、該供給配管２３，３３における前記アンモニアガス入口経路１２との接続部（アンモニアガス供給系統２１，３１の合流部）１２ａの上流側に設けられた供給弁２４，３４と、該供給弁２４，３４の上流側から分岐した排気経路２５，３５と、該排気経路２５，３５に設けられた排気弁２６，３６と、アンモニアガス供給源２２，３２の出口部に設けられた供給元弁２７，３７と、供給配管２２，３２内のパージ操作を行うためのパージガス導入経路２８，３８及び該パージガス導入経路２８，３８に設けられたパージ弁２９，３９とをそれぞれ備えている。
【００２０】
アンモニアガス供給源２２，３２には、水分濃度が十分に低い高純度アンモニアを高圧充填した高圧ガス容器が用いられており、周知のシリンダーキャビネットに装着された状態でアンモニアガスを供給するようにしている。高圧ガス容器を周知のシリンダーキャビネットに装着している場合、残量が少なくなった高圧ガス容器の交換は、供給元弁２７，３７の上流側において周知のガス置換やパージを含む交換手順により行われる。
【００２１】
前記アンモニアガス供給制御部４１は、前記水分計１３で測定したアンモニアガス中の水分濃度に応じて前記供給弁２４，３４及び排気弁２６，３６を切り換え開閉することにより、反応室１１に供給するアンモニアガスの供給系統を前記アンモニアガス供給系統２１，３１のいずれかに切り換える系統切替操作と、パージガス導入経路２８，３８からのパージガスを供給配管２３，３３内に導入して排気するパージガスによるパージ操作と、アンモニアガス供給源２２，３２からのアンモニアガスを供給配管２３，３３内に導入して排気するアンモニアガスによるアンモニアパージ操作とを制御するものであって、このアンモニアガス供給制御部４１には、前記各操作を開始するための設定値として上限水分濃度及び中間水分濃度があらかじめ設定されている。
【００２２】
水分計１３には、前記特許文献１に記載されたものを使用することも可能であるが、ガスセルの容量が大きいために測定時間が長く掛かり、供給中のアンモニアガス中に含まれる水分濃度の経時的変化を捉えることは困難である。したがって、アンモニアガス中の水分濃度を短時間で測定することができ、水分濃度の経時的変化を的確に捉えることができるキャビティーリングダウン分光法（ＣＲＤＳ）を利用した分析装置を使用することが好ましい。また、精製器１４には、アンモニアガス中の水分を除去可能な市販の各種精製器を使用することができる。
【００２３】
なお、本発明のアンモニアガス供給装置は、化合物薄膜半導体製造装置に組み込むほか、他の装置に高純度アンモニアガスを供給する用途にも使用可能である。また、前記精製器１４は必須なものではなく、精製入口弁１５ａ、精製出口弁１５ｂ、バイパス弁１６を含めて精製器１４を省略することができる。
【実施例１】
【００２４】
図１に示した構成のアンモニアガス供給装置を組み込んだ化合物薄膜半導体製造装置を使用してＧａＮ系薄膜化合物半導体を成膜する実験を行った。まず、一方のアンモニアガス供給系統２１を使用し、不活性ガスである窒素（乾燥高純度窒素ガス）をパージガスとして用いた窒素パージ操作と、アンモニアガス供給源２２からのアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給操作とを繰り返し、アンモニアガス入口経路１２を流れるガス（窒素、アンモニア）中の水分濃度の変化を水分計１３にて測定した。その結果を図２に示す。
【００２５】
この結果から、窒素パージ操作からアンモニアガス供給操作に切り換えたときに、水分計１３で測定した水分濃度が急上昇していることがわかる。したがって、化合物薄膜半導体製造装置における成膜操作において、窒素パージ操作で各経路内を十分にパージし、水分濃度を４ｐｐｂ程度に低減してからアンモニアガス供給操作に切り換える従来の一般的なアンモニアガス供給方法では、アンモニアガス供給源２２から供給するアンモニアガス中の水分濃度を十分に低くしたとしても、窒素パージ操作からアンモニアガス供給操作に切り換えたときに高濃度の水分が反応室１１内に入り込んでしまい、成膜するＧａＮ系薄膜化合物半導体の性能低下を引き起こすおそれのあることがわかる。
【００２６】
次に、体積４７リットルのマンガン鋼容器に高純度のアンモニアを２５ｋｇ充填したものをアンモニアガス供給源２２とし、毎分１リットルでアンモニアガスを連続供給したときの水分濃度の変化を測定した。その結果を図３に示す。この結果から、容器内のアンモニアの残量が５００ｇ以下になると水分濃度が上昇し始め、残量が３００ｇ程度になると急上昇することがわかる。残量が３００ｇになったときの液相部分の温度は室温より４℃低下していた。
【００２７】
また、上記同様の容器からアンモニアの残量が５ｋｇになるまで毎分１リットルで連続的にアンモニアガスを供給した後、流量を毎分５リットル、毎分１０リットル、毎分１リットルに変化させて水分濃度の変化を測定した。その結果を図４に示す。この結果から、供給する流量によってアンモニアガス中の水分濃度が変化することがわかる。
【００２８】
これらのことから、アンモニアガス供給源２２におけるアンモニアガス中の水分濃度を厳密に管理しても、化合物薄膜半導体製造装置の反応室１１に供給されるアンモニアガス中の水分濃度を十分に管理できないことがわかる。
【００２９】
一方、反応室１１に供給するアンモニアガスに水分を添加して水分濃度を５段階に変化させ、図５に示す構造のＧａＮ系薄膜化合物半導体を成膜し、高輝度青色ＬＥＤを製造してそれぞれの輝度を測定した。アンモニアガス中の水分濃度と高輝度青色ＬＥＤの輝度（水分濃度１０ｐｐｂ未満のときの輝度を１００とした相対値）との関係を表１に示す。なお、水分濃度の調整は、前記精製器１４とは別の精製器を通して水分濃度を一定としたアンモニアガス中に所定量の水分を添加することにより行い、成膜中は、水分計１３にて水分濃度を連続的に確認した。
【表１】
0004933414.tif 000002
【００３０】
表１に示す結果から、アンモニアガス中の水分濃度が高くなると、輝度が低下することがわかる。
【００３１】
また、同じように水分を添加したアンモニアガスを、アンモニアガス入口経路１２に設けた前記精製器１４を通して反応室１１に供給し、同じＧａＮ系薄膜化合物半導体を成膜して高輝度青色ＬＥＤを製造した。精製前のアンモニアガス中の水分濃度と高輝度青色ＬＥＤの輝度（精製前水分濃度１０ｐｐｂ未満のときの輝度を１００とした相対値）との関係を表２に示す。
【表２】
0004933414.tif 000003
【００３２】
表２に示す結果から、アンモニアガス供給源２２から供給されるアンモニアガス中の水分濃度が変化しても、精製器を通して水分濃度を十分に低くすることにより、同一輝度の高輝度青色ＬＥＤが得られることがわかる。
【００３３】
また、前記同様の体積４７リットルのマンガン鋼容器内のアンモニア量が２５ｋｇのもので、液相中の水分濃度がそれぞれ１００ｐｐｂ及び１０００ｐｐｂのものと、アンモニア量が３ｋｇで液相中の水分濃度がそれぞれ１００ｐｐｂ及び１０００ｐｐｂのものとを用意し、これらを反応室１１に供給して前記同様のＧａＮ系薄膜化合物半導体を成膜して高輝度青色ＬＥＤを製造した。容器内のアンモニア量、水分濃度及び輝度（容器内重量２５ｋｇ、液相中水分濃度１００ｐｐｂのときの輝度を１００とした相対値）の関係を表３に示す
【表３】
0004933414.tif 000004
【００３４】
表３の結果から、容器内のアンモニアにおける液相中の水分濃度は青色ＬＥＤの輝度に影響を与えることはほとんどないが、容器内のアンモニアの重量（残量）減少が青色ＬＥＤの輝度に影響を与えることがわかる。
【００３５】
次に、両アンモニアガス供給系統２１，３１に前記同様の体積４７リットルのマンガン鋼容器にアンモニアを２５ｋｇ充填したものを取り付けてアンモニアガス供給源２２，３２としたアンモニアガス供給装置を使用し、最初に、一方のアンモニアガス供給系統（以下、第１アンモニアガス供給系統）２１から大気圧状態の反応室１１にアンモニアガスを毎分５リットルの流量で連続供給し、そのときの水分濃度の変化を測定した。アンモニアガスの供給は、まず、すべての弁が閉じられている状態から排気弁２６及びパージ弁２９を開き、パージガス導入経路２８から供給配管２３内に水分濃度５ｐｐｂ以下の窒素を導入して排気経路２５から系統外に排出する窒素パージ操作を行い、供給配管２３内の大気成分や水分を窒素で十分にパージした後、排気弁２６及びパージ弁２９を閉じるとともに、供給元弁２７、供給弁２４及びバイパス弁１６を開き、アンモニアガス供給源２２から供給配管２３、アンモニアガス入口経路１２を介してアンモニアガスを反応室１１に供給した。このときに水分計１３で測定した水分濃度の経時変化を図６に示す。なお、他方のアンモニアガス供給系統（以下、第２アンモニアガス供給系統）３１では、排気弁３６及びパージ弁３９を開いて窒素パージを継続した。
【００３６】
図６から明らかなように、窒素ガスによるパージ操作からアンモニアガス供給操作に切り換えた直後に水分濃度が急上昇し、その後、水分濃度が低下して数ｐｐｂで安定した状態になり、供給時間の経過に伴って容器内のアンモニアの残量が少なくなってきたときに水分濃度が上昇してくることがわかる。したがって、窒素ガスによるパージ操作からアンモニアガス供給操作に切り換えた直後には、パージ弁２９を閉じるとともに供給元弁２７を開き、アンモニアガス供給源２２から供給元弁２７を経て供給配管２３に流入したアンモニアガスを排気経路２５から系統外に排出するアンモニアガスによるパージ操作を行い、所定時間経過後、あるいは、排気経路２５に水分計を設置した場合は、該水分計で測定した水分濃度が所定濃度以下に低下した後、排気弁２６を閉じて供給弁２４を開くことにより反応室１１へのアンモニアガスの供給を開始し、また、前記水分計で測定した水分濃度があらかじめ設定した上限濃度に上昇したときに反応室１１へのアンモニアガスの供給を停止することにより、反応室１１内への水分の持ち込みを防止することができる。しかし、このようにして反応室１１へのアンモニアガスの供給を停止すると、成膜操作が中断するという問題が生じる。
【００３７】
そこでアンモニアガス供給制御部４１に上限水分濃度として５０ｐｐｂを、中間水分濃度として３０ｐｐｂをそれぞれ設定し、アンモニアガス供給制御部４１により各弁を開閉制御して反応室１１へアンモニアガスの供給を行った。このとき前記水分計１３で測定したアンモニアガス中の水分濃度の経時変化を図７に示す。図７において、（Ａ）は第１アンモニアガス供給系統２１から大気圧状態の反応室１１にアンモニアガスを毎分５リットルの流量で連続供給している状態を示している。このときの各弁の状態は、アンモニアガス入口経路１２のバイパス弁１６、第１アンモニアガス供給系統２１の供給元弁２７及び供給弁２４、第２アンモニアガス供給系統３１の排気弁３６及びパージ弁３９がそれぞれ開状態、他の各弁が閉状態となっており、第２アンモニアガス供給系統３１では、窒素パージ操作が行われている。
【００３８】
前記図６と同様に、アンモニアガス供給操作に切り換えた直後に急上昇した水分濃度は、時間の経過に伴って低下し、低濃度で安定した後、容器内のアンモニア残量の減少によって水分濃度が上昇し始める。水分計１３で測定した水分濃度が前記中間水分濃度である３０ｐｐｂに上昇すると、アンモニアガス供給制御部４１が第２アンモニアガス供給系統３１のパージ弁３９を閉じて供給元弁３７を開き、第２アンモニアガス供給系統３１において、アンモニアガス供給源３２から供給元弁３７を経て供給配管３３に流入したアンモニアガスを排気経路３５から系統外に排出するアンモニアガスによるパージ操作を開始する。このとき、図７の（Ｂ）に示すように、水分計１３で測定した水分濃度は上昇を続けるが、第２アンモニアガス供給系統３１から系統外に排出されているアンモニアガス中の水分濃度は、図７に破線で示すように、急上昇した後に次第に低下している状態となっている。
【００３９】
そして、水分計１３で測定した水分濃度が前記上限水分濃度である５０ｐｐｂに上昇すると、アンモニアガス供給制御部４１が作動して反応室１１にアンモニアガスを供給する系統を第１アンモニアガス供給系統２１から第２アンモニアガス供給系統３１に切り換える。すなわち、第１アンモニアガス供給系統２１では供給元弁２７及び供給弁２４が閉じ、第２アンモニアガス供給系統３１では排気弁３６が閉じて供給弁３４が開く。これにより、反応室１１には、第２アンモニアガス供給系統３１のアンモニアガス供給源３２から供給配管３３及びアンモニアガス入口経路１２を経たアンモニアガスが供給される状態になり、図７の（Ｃ）に示すように、水分計１３で測定した水分濃度は次第に低下して低濃度で安定した状態になっていく。
【００４０】
このように、水分計１３で測定した水分濃度に応じてアンモニアガス供給制御部４１で各弁を開閉制御することにより、反応室１１へのアンモニアガスの供給を中断することなく、精製器を使用せずに水分濃度が５０ｐｐｂ以下のアンモニアガスを連続供給することができる。
【００４１】
なお、上限水分濃度や中間水分濃度の設定値は、供給開始時の水分濃度の上昇状態、その後の低下状態、容器内残量低下による上昇状態、アンモニアガス入口経路１２及び供給配管２３，３３の長さや径、供給流量や圧力、供給中の流量変化や圧力変化、成膜操作で許容される最大水分濃度、その他の条件に応じて設定されるものであり、本実施例に示す設定値に限定されるものではない。また、アンモニアガスの供給量が多い場合には、アンモニアガス供給系統を３系統以上設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のアンモニアガス供給装置を組み込んだ本発明の化合物薄膜半導体製造装置の一形態例を示す要部の系統図である。
【図２】窒素パージ操作とアンモニアガス供給操作とを繰り返したときの水分濃度の変化を示す図である。
【図３】アンモニアガスを連続供給したときの容器内の残ガス重量と水分濃度との関係を示す図である。
【図４】流量を変化させたときの水分濃度の変化を示す図である。
【図５】成膜したＧａＮ系薄膜化合物半導体の構造を示す図である。
【図６】アンモニアガスを反応室に連続供給したときの水分濃度の経時変化を示す図である。
【図７】アンモニアガス供給制御部を作動させたときの水分濃度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１…反応室、１２…アンモニアガス入口経路、１２ａ…接続部、１３…水分計、１４…精製器、１５ａ…精製入口弁、１５ｂ…精製出口弁、１６…バイパス弁、２１，３１…アンモニアガス供給系統、２２，３２…アンモニアガス供給源、２３，３３…供給配管、２４，３４…供給弁、２５，３５…排気経路、２６，３６…排気弁、２７，３７…供給元弁、２８，３８…パージガス導入経路、２９，３９…パージ弁、４１…アンモニアガス供給制御部
【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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