(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１原料ガス及び第２原料ガスを、それぞれ独立に吐出する複数の第１原料ガス吐出孔及び複数の第２原料ガス吐出孔を配設したシャワープレートを介して被成膜基板を収容する成長室内に供給し、上記成長室内で混合して上記被成膜基板を成膜する気相成長装置において、
シャワープレート上に、上記第２原料ガスと第１原料ガスとのそれぞれを充満させる互いに隔離された第２原料ガス中間室と第１原料ガス中間室とがこの順に積層され、
上記第２原料ガス中間室には、上記第１原料ガス中間室から上記シャワープレートの複数の第１原料ガス吐出孔に連通する複数の第１原料ガス管が貫通して設けられていると共に、
上記第１原料ガス中間室には、複数の柱が、上記複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に設けられていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱を加熱する柱加熱手段が設けられてい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】
前記複数の柱が加熱される第１原料ガス中間室は、前記シャワープレートから最も遠い層に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、熱伝導性材料で構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、前記第２原料ガス中間室とは反対側が熱伝導性の良い材料で構成されていると共に、第２原料ガス中間室側が該第２原料ガス中間室とは反対側よりも熱伝導性の悪い材料で構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、第２原料ガス中間室との境界板との間に隙間を有して設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、第２原料ガス中間室との境界板側が先細りとなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、前記複数の第１原料ガス吐出孔と同じ平面位置にも、第２原料ガス中間室との境界板との間に隙間を有して設けられていると共に、
前記第２原料ガス中間室には、前記複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に第２原料ガス中間室におけるシャワープレートとの間、又はシャワープレート側の境界板との間に隙間を有して複数の柱が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、立設方向に垂直な断面形状が多角形となっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、フィンを有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記第１原料ガスは、Ｖ族系ガスであると共に、
前記第２原料ガスは、III族系ガスであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記Ｖ族系ガスは、アンモニアを含むガスであることを特徴とする請求項１１に記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記複数の第１原料ガス吐出孔及び複数の第２原料ガス吐出孔は、シャワープレートの周辺部では中央部よりも各孔径が小さいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１４】
前記シャワープレートには、第１原料ガス吐出孔と第２原料ガス吐出孔との間に不活性ガス吐出孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の気相成長装置を用いて、半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等の気相成長装置及び半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード及び半導体レーザ等のデバイスにおいては、ＧａＡｓやＩｎＧａＰ等のIII−Ｖ族半導体結晶の薄膜が用いられている。最近では、特に、III−Ｖナイトライド（nitride）系と呼ばれるＩｎＧａＮやＩｎＧａＮＡｓが注目されている。上記III−Ｖナイトライド（nitride）系と呼ばれるＩｎＧａＮやＩｎＧａＮＡｓは、該ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ等のIII−Ｖナイトライド（nitride）系以外の半導体結晶にはない、０．８〜１．０ｅＶのバンドギャップを持つため、高効率の発光、受光が可能となる。また、ドープされるナイトライド（nitride）の組成により、バンドギャップを変える技術も報告されており、良質なナイトライド（nitride）系の半導体結晶は、応用が期待されている。特に、近年、高効率化が切望されている太陽電池の分野おいて期待が高まっている。
【０００３】
これらの半導体結晶の製造に際して、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相堆積）法が広く知られている。
【０００４】
ＭＯＣＶＤ法は、上記の原料ガスを不活性ガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。
【０００５】
つまり、原料ガスからどれだけ多くの結晶を成膜できたかを示す成膜効率が高い方が望ましい。また、良好なデバイスとして活用するには、膜厚及び組成比が均一であることが望まれる。
【０００６】
図１６に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。
【０００７】
このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１における内部の成長室１１１の上部には該成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。
【０００８】
また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、この回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられている。上記サセプタ１０８の下部には該サセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。
【０００９】
さらに、反応炉１０１の下部には、該反応炉１０１における内部の成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。
【００１０】
上記のような構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、サセプタ１０８に基板１０７が設置され、その後、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８が回転させられる。そして、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７が所定の温度に加熱され、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスが導入される。
【００１１】
複数の反応ガスを供給して基板１０７上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレート１１０に多数設けられているガス吐出口から基板１０７に反応ガスを吹き出させる方法がとられていた。
【００１２】
近年では、複数の供給ガスそれぞれに、バッファエリアを設け、このバッファエリアからそれぞれの反応ガスをシャワープレート１１０のガス吐出孔を通して、分離した状態で成長室へ供給する方法が一般的によく用いられる。これは、シャワーヘッド内で気相反応が生ずるのを避けるためである。上記III族系ガス吐出孔とＶ族系ガス吐出孔とは交互に近接配置されるため、例えば、図１７に示す特許文献１に開示された反応容器２００のように、III族系ガスのバッファエリア２０１とＶ族系ガスのバッファエリア２０２とを２層上下に配置し、それぞれのガスが成長室２０３以外で混合しないように、ガス流路が分離された積層構造がよく用いられている。
【特許文献１】特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開）
【特許文献２】特開平２００２−１５１４８８号公報（２００２年２月２４日公開）
【特許文献３】特開２００２−８９９５号公報（２００２年１月１１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の特許文献１に開示された気相成長装置では、III族系ガスのバッファエリア２０１とＶ族系ガスのバッファエリア２０２とのいずれかに、ガスが通過するパスが設置される。このため、両ガスのバッファエリア２０１・２０２では、ガスフローが異なる。この結果、ガス吐出孔から成長室２０３へ供給されるガスフローが両ガス間で不均一となる恐れがあるという問題点を有している。このため、成膜厚や組成比も不均一となる。また、成膜条件が安定せず、最適な条件で成膜できないため、成膜効率も悪くなる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、シャワープレートを用いて少なくとも２種類の反応ガスを成長室内に供給する場合に、ガス吐出孔から成長室へ供給されるガスフローを均一化することができる気相成長装置及び半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、第１原料ガス及び第２原料ガスを、それぞれ独立に吐出する複数の第１原料ガス吐出孔及び複数の第２原料ガス吐出孔を配設したシャワープレートを介して被成膜基板を収容する成長室内に供給し、上記成長室内で混合して上記被成膜基板を成膜する気相成長装置において、シャワープレート上に、上記第２原料ガスと第１原料ガスとのそれぞれを充満させる互いに隔離された第２原料ガス中間室と第１原料ガス中間室とがこの順に積層され、上記第２原料ガス中間室には、上記第１原料ガス中間室から上記シャワープレートの複数の第１原料ガス吐出孔に連通する複数の第１原料ガス管が貫通して設けられていると共に、上記第１原料ガス中間室には、複数の柱が、上記複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に設けられていることを特徴としている。
【００１６】
上記発明によれば、シャワープレート上には、第２原料ガスと第１原料ガスとのそれぞれを充満させる互いに隔離された第２原料ガス中間室と第１原料ガス中間室とがこの順に積層されている。そして、第２原料ガス中間室には、第１原料ガス中間室からシャワープレートの複数の第１原料ガス吐出孔に連通する複数の第１原料ガス管が貫通して設けられている。
【００１７】
したがって、第１原料ガスは、第１原料ガス中間室に充満された後、複数の第１原料ガス管及びシャワープレートの複数の第１原料ガス吐出孔から、被成膜基板を収容する成長室内に供給される。一方、第２原料ガスは、第２原料ガス中間室に充満された後、シャワープレートの複数の第２原料ガス吐出孔から、被成膜基板を収容する成長室内に供給される。
【００１８】
この結果、第２原料ガス中間室の第２原料ガスは、該第２原料ガス中間室に林立した複数の第１原料ガス管の間を通って、シャワープレートの複数の第２原料ガス吐出孔から吐出される。
【００１９】
これに対して、第１原料ガス中間室の第１原料ガスは、複数の柱が存在しない場合には、広い空間である第１原料ガス中間室から複数の第１原料ガス管を通してシャワープレートの複数の第１原料ガス吐出孔から吐出される。
【００２０】
したがって、第１原料ガス中間室と第２原料ガス中間室との空間の構造上の違いにより、第１原料ガス吐出孔及び第２原料ガス吐出孔から吐出される各ガスフローが両ガス間で不均一となる恐れがある。
【００２１】
そこで、本発明では、第１原料ガス中間室には、複数の柱が、複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に設けられている。ここで、複数の第１原料ガス吐出孔及び複数の第２原料ガス吐出孔はシャワープレートに配設されているので、第２原料ガス中間室に林立された第１原料ガス管と同じ配列構造で、第１原料ガス中間室に複数の柱が林立されていることになる。
【００２２】
この結果、第１原料ガス中間室の空間構造と第２原料ガス中間室の空間構造とが同じになるので、第１原料ガス中間室のガスフロー及び第１原料ガス中間室のガスフローが同じになり、これにより、第１原料ガス中間室を通して第１原料ガス吐出孔から吐出されるガスフローと、第２原料ガス中間室を通して第２原料ガス吐出孔から吐出されるガスフローとが同じになる。
【００２３】
したがって、シャワープレートを用いて少なくとも２種類の反応ガスを成長室内に供給する場合に、ガス吐出孔から成長室へ供給されるガスフローを均一化することができる。これにより、被成膜基板の成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。また、成膜条件が安定するため、最適な条件での成膜が可能となるため、成膜効率も向上できる。
【００２４】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱を加熱する柱加熱手段が設けられていることが好ましい。
【００２５】
これにより、柱加熱手段によって、第１原料ガス中間室に分散して配置されている複数の柱が加熱されるので、第１原料ガス中間室内の第１原料ガスが均一に加熱される。その結果、加熱により第１原料ガスが活性化され、成膜時のドープを促進することができる。
【００２６】
この結果、活性化されない第１原料ガスによる成膜時よりも、成膜効率が向上する。さらに、所望の膜厚及び組成比を得ることが可能である。また、均一に活性化された第１原料ガスが供給されるため、成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。
【００２７】
また、本発明の気相成長装置では、前記複数の柱が加熱される第１原料ガス中間室は、前記シャワープレートから最も遠い層に設けられていることが好ましい。
【００２８】
すなわち、加熱を望まない原料ガスの層とシャワープレートとの間に加熱される層を配置する場合には、隣接する加熱を望まない層への柱加熱手段からの直接的熱伝導防止策が両隣接層に必要となる。
【００２９】
しかし、本発明では、前記複数の柱が加熱される第１原料ガス中間室は、前記シャワープレートから最も遠い層に設けられているので、熱伝導防止策は片側の隣接層で足りる。
【００３０】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、熱伝導性材料で構成されていることが好ましい。
【００３１】
これにより、第１原料ガス中間室における複数の柱が短時間で加熱されるので、第１原料ガス中間室内における第１原料ガスの加熱を高効率で行うことができる。
【００３２】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、前記第２原料ガス中間室とは反対側が熱伝導性の良い材料で構成されていると共に、第２原料ガス中間室側が該第２原料ガス中間室とは反対側よりも熱伝導性の悪い材料で構成されていることが好ましい。
【００３３】
これにより、第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板への熱伝導性が悪くなるので、第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板への伝熱による、第２原料ガス中間室に充満される第２原料ガスへの局所的加熱の影響を防止することができる。また、複数の柱から第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板へ熱が逃げるのを低減できるので、第１原料ガス中間室に充満される第１原料ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【００３４】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、第２原料ガス中間室との境界板との間に隙間を有して設けられていることが好ましい。
【００３５】
これにより、整流機能を確保しながら、複数の柱が第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板に接触しないので、複数の柱から第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板への熱伝導性が悪くなる。この結果、第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板への伝熱による、第２原料ガス中間室に充満される第２原料ガスへの局所的加熱の影響を防止することができる。また、複数の柱から第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板へ熱が逃げるのを低減できるので、第１原料ガス中間室に充満される第１原料ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【００３６】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、第２原料ガス中間室との境界板側が先細りとなっていることが好ましい。
【００３７】
これにより、整流機能を確保しながら、第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板との接触面積が小さくなり、かつ複数の柱から第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板への熱伝導性が悪くなる。この結果、第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板への伝熱による、第２原料ガス中間室に充満される第２原料ガスへの局所的加熱の影響を防止することができる。また、複数の柱から第１原料ガス中間室における第２原料ガス中間室との境界板へ熱が逃げるのを低減できるので、第１原料ガス中間室に充満される第１原料ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【００３８】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、前記複数の第１原料ガス吐出孔と同じ平面位置にも、第２原料ガス中間室との境界板との間に隙間を有して設けられていると共に、前記第２原料ガス中間室には、前記複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に第２原料ガス中間室におけるシャワープレートとの間、又はシャワープレート側の境界板との間に隙間を有して複数の柱が設けられていることが好ましい。
【００３９】
これにより、第１原料ガス中間室における柱の数が増すので、第１原料ガス中間室における第１原料ガスがより短時間で加熱される。したがって、第１原料ガス中間室内における第１原料ガスの加熱をより高効率で行うことができる。
【００４０】
この場合、第１原料ガス中間室における柱の数を増すことによって、第１原料ガスと第２原料ガスとの各ガスフローが変化することになる。この点、本発明では、第２原料ガス中間室には、複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に第２原料ガス中間室における床面との間に隙間を有して複数の柱が設けられている。
【００４１】
したがって、第１原料ガス中間室と第２原料ガス中間室との各空間の構造上の同一性は確保されるので、第１原料ガスと第２原料ガスとの各ガスフローが変化することはない。
【００４２】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、立設方向に垂直な断面形状が多角形となっていることが好ましい。
【００４３】
これにより、柱の表面積が円に比べて増加するので、第１原料ガス中間室内における第１原料ガスの加熱をより高効率で行うことができる。
【００４４】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス中間室における複数の柱は、フィンを有していることが好ましい。
【００４５】
これにより、柱の表面積が増加するので、第１原料ガス中間室内における第１原料ガスの加熱をより高効率で行うことができる。
【００４６】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガスは、Ｖ族系ガスであると共に、前記第２原料ガスは、III族系ガスであることが好ましい。
【００４７】
これにより、第１原料ガス中間室であるＶ族系ガスの空間構造と第２原料ガス中間室であるIII族系ガスの空間構造とが同じになるので、第１原料ガス中間室のガスフロー及び第１原料ガス中間室のガスフローが同じになり、これにより、第１原料ガス中間室を通して第１原料ガス吐出孔から吐出されるＶ族系ガスのガスフローと、第２原料ガス中間室を通してから第２原料ガス吐出孔から吐出されるIII族系ガスのガスフローとが同じになる。
【００４８】
したがって、シャワープレートを用いて少なくともIII族系ガスとＶ族系ガスとの２種類の反応ガスを成長室内に供給する場合に、ガス吐出孔から成長室へ供給されるガスフローを均一化することができる。これにより、被成膜基板の成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。また、成膜条件が安定するため、最適な条件での成膜が可能となるため、成膜効率も向上できる。
【００４９】
また、本発明の気相成長装置では、前記Ｖ族系ガスは、アンモニアを含むガスであることが好ましい。
【００５０】
これにより、III−Ｖ族の例えばナイトライド（nitride）系の結晶成長において、より、成膜厚・組成比の均一化及び成膜効率の向上が可能となる。すなわち、例えば、III−Ｖ族ナイトライド（nitride）系であるＩｎＧａＮやＩｎＧａＮＡｓ等の結晶成長を行う場合では、被成膜基板以外での反応や熱分解及び成長膜のホール発生等が生じるため、６００℃以下の低温成長が行われる。この場合、６００℃以下の低温では、アンモニア分子が活性化されず、Ｎ原子が成長膜にドープされ難い。
【００５１】
しかし、本発明によれば、アンモニアを含むＶ族系ガスのみを８００℃に加熱し、活性化したガスを成長室に供給できる。この結果、活性化されないＶ族系ガスによる成膜時よりも、成膜効率が格段に向上する。さらに、所望の膜厚及び組成比を得ることが可能である。また、均一に活性化されたIII族系ガス及びＶ族系ガスが供給されるため、成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。
【００５２】
また、本発明の気相成長装置では、前記複数の第１原料ガス吐出孔及び複数の第２原料ガス吐出孔は、シャワープレートの周辺部では中央部よりも各孔径が小さいことが好ましい。
【００５３】
これにより、シャワープレートの周辺部に多くの第１原料ガス及び第２原料ガスが吐出されることによる、被成膜基板以外での反応や熱分解及び成長膜のホール発生等が生じるのを防止することができる。
【００５４】
また、本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートには、第１原料ガス吐出孔と第２原料ガス吐出孔との間に不活性ガス吐出孔が設けられていることが好ましい。
【００５５】
これにより、シャワープレートにおける第１原料ガス吐出孔及び第２原料ガス吐出孔の目詰まりを防止することができる。
【００５６】
本発明の半導体素子の製造方法は、上記課題を解決するために、上記記載の気相成長装置を用いて、半導体素子を製造することを特徴としている。
【００５７】
上記発明によれば、シャワープレートを用いて少なくとも２種類の反応ガスを成長室内に供給する場合に、被成膜基板上のガス濃度分布を均一化することができる気相成長装置を用いた半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明の気相成長装置は、以上のように、シャワープレート上に、上記第２原料ガスと第１原料ガスとのそれぞれを充満させる互いに隔離された第２原料ガス中間室と第１原料ガス中間室とがこの順に積層され、上記第２原料ガス中間室には、上記第１原料ガス中間室から上記シャワープレートの複数の第１原料ガス吐出孔に連通する複数の第１原料ガス管が貫通して設けられていると共に、上記第１原料ガス中間室には、複数の柱が、上記複数の第２原料ガス吐出孔と同じ平面位置に設けられているものである。
【００５９】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、以上のように、上記記載の気相成長装置を用いて、半導体素子を製造する方法である。
【００６０】
それゆえ、シャワープレートを用いて少なくとも２種類の反応ガスを成長室内に供給する場合に、ガス吐出孔から成長室へ供給されるガスフローを均一化することができる気相成長装置及び半導体素子の製造方法を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明の一実施形態について図１ないし図１５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
（装置の基本構成）
図２に、本発明の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相堆積）装置の一例である縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１０の模式的な構成の一例を示す。
【００６２】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図２に示すように、中空部である成長室１を有する反応炉２と、被成膜基板３を載置するサセプタ４と、上記サセプタ４に対向しかつ底面にシャワープレート２１を持つシャワーヘッド２０とを含んでいる。
【００６３】
上記サセプタ４の下側には被成膜基板３を加熱するヒータ５及び支持台６が設けられており、支持台６に取り付けた回転軸７が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、上記サセプタ４及びヒータ５が、サセプタ４の上面（シャワープレート２１側の面）が対向するシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転するようになっている。上記サセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７の周囲には、ヒータカバーである被覆板８が、これらサセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７を取り囲むように設けられている。
【００６４】
また、ＭＯＣＶＤ装置１０は、成長室１の内部のガスを外部に排出するためのガス排出部１１と、このガス排出部１１に接続されたパージライン１２と、このパージライン１２に接続された排ガス処理装置１３とを有している。これにより、成長室１の内部に導入されたガスはガス排出部１１を通して成長室１の外部に排出され、排出されたガスはパージライン１２を通って排ガス処理装置１３に導入され、排ガス処理装置１３において無害化される。
【００６５】
さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０は、III族元素を含む第２原料ガスとしてのIII族系ガスの供給源となるIII族系ガス供給源３１と、このIII族系ガス供給源３１から供給されたIII族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのIII族系ガス配管３２と、III族系ガス供給源３１から供給されるIII族系ガスの供給量を調節することができるIII族系ガス供給量調節部としてのマスフローコントローラ３３とを有している。上記III族系ガス供給源３１は、III族系ガス配管３２によって、マスフローコントローラ３３を介して、シャワーヘッド２０のIII族系ガス供給部２３に接続されている。
【００６６】
なお、本実施の形態において、III族元素としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）又はＩｎ（インジウム）等があり、III族元素を含むIII族系ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスの１種類以上を用いることができる。
【００６７】
また、このＭＯＣＶＤ装置１０は、Ｖ族元素を含む第１原料ガスとしてのＶ族系ガスの供給源となるＶ族系ガス供給源３４と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されたＶ族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのＶ族系ガス配管３５と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されるＶ族系ガスの供給量を調節することができるＶ族系ガス供給量調節部であるマスフローコントローラ３６とを有している。上記Ｖ族系ガス供給源３４は、Ｖ族系ガス配管３５によって、マスフローコントローラ３６を介してシャワーヘッド２０のＶ族系ガス供給部２４に接続されている。
【００６８】
なお、本実施の形態において、Ｖ族元素としては、例えば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）又はＡｓ（ヒ素）等があり、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）等の水素化合物ガスの１種類以上を用いることができる。
【００６９】
上記マスフローコントローラ３３・３６は図示しない制御部にて制御されるようになっている。
【００７０】
また、冷水供給部２２には、冷水系配管３７により水冷装置３８から冷水が供給されるようになっている。なお、本実施の形態では、冷水供給部２２は冷却水を供給するようになっているが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。
（シャワーヘッドの構成）
〈基本構成の説明〉
図１を用いてシャワーヘッド２０の構成を説明する。
【００７１】
シャワーヘッド２０は、図１に示すように、下から順番に、シャワープレート２１、冷水供給部２２、III族系ガス供給部２３、Ｖ族系ガス供給部２４、及び柱加熱手段としての温度調整機構２５が積層されて構成されている。
【００７２】
上記シャワープレート２１、冷水供給部２２、III族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４は積層配置であるため、本実施の形態では、Ｖ族系ガス供給部２４における第１原料ガス中間室としてのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、III族系ガスバッファエリア２３ｂ及び冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられた第１原料ガス管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃを通してシャワープレート２１の第１原料ガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出される。
【００７３】
また、III族系ガス供給部２３における第２原料ガス中間室としてのIII族系ガスバッファエリア２３ｂのIII族系ガスは、冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられたIII族系ガス供給管２３ｃを通してシャワープレート２１の第２原料ガス吐出孔としてのIII族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【００７４】
以下、それぞれの説明を行う。
〈シャワープレートの説明〉
図３（ａ）に、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１０に用いられるシャワープレート２１の一例の模式的な平面図を示す。
【００７５】
シャワープレート２１には、成長室１にIII族系ガスを供給するためのIII族系ガス吐出孔Ｈ３、及びＶ族系ガスを供給するためのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ複数形成されている。そして、シャワープレート２１の面内（前記サセプタ４に向かい合っている表面内）において、III族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とが交互に配列されている。図３（ａ）に示す例においては、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配列方向は、水平方向及び垂直方向となっている。つまり、格子状となっている。ただし、この格子は正方格子に限らず、菱形の格子等でもよい。上記シャワープレート２１における、III族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。
【００７６】
なお、図３（ｂ）に示すように、III族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とがそれぞれ放射状に設けられかつそれらが回転方向に交互に配列されていてもよい。また、図４に示すように、III族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とがそれぞれ複数単位で交互に配列されていてもよい（同図４においては３個毎に交互に配設されている。）。さらに、図５（ａ）に示すように、上記図３（ａ）に示す格子状配列において、III族系ガス及びＶ族系ガスとは別の他の原料ガス又は不活性ガスにおける他原料ガス吐出孔又は不活性ガス吐出孔が付加されていてもよい。他原料ガス吐出孔が存在する場合には、整流作用及び熱分解作用を促進することができる。また、不活性ガス吐出孔が存在する場合には、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の目詰まりを防止する効果がある。このIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の目詰まりを防止する観点からすると、図５（ｂ）（ｃ）に示す配列がさらに効果がある。
【００７７】
すなわち、これらの関係から分かるように、シャワープレート２１において、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５が、他の原料ガスの他原料ガス吐出孔又は不活性ガスの不活性ガス吐出孔の存在の如何に関わらず、それぞれ一個毎に交互に又は複数毎に交互に分布して配設されていることが分かる。
【００７８】
次に、上記図３（ａ）（ｂ）、図４、及び図５（ａ）（ｂ）（ｃ）におけるIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５のシャワープレート２１における配列においては、シャワープレート２１の中央部と周辺部との違いによって、III族系ガス吐出孔Ｈ３の孔径とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の孔径とを変更することが好ましい。
【００７９】
例えば、図６においては、図３（ａ）に示すIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５のシャワープレート２１における格子状配列において、シャワープレート２１の中央部２１ａと周辺部２１ｂとの違いによって、III族系ガス吐出孔Ｈ３の孔径とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の孔径とを変更した場合のシャワープレート２１を示している。具体的には、中央部２１ａで孔径を大きくし、周辺部２１ｂで孔径を小さくしている。これにより、周辺部２１ｂでのガスの流量を抑制することができる。
【００８０】
なお、図６に示すように、周辺部２１ｂでIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の孔径を小さくした場合においても、III族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。勿論、中央部２１ａにおいても、III族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。
〈冷水供給部の説明〉
冷水供給部２２は、図１に示すシャワープレート２１を一定の温度以下に冷却することによって、シャワープレート２１への反応生成物の付着を抑制し、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の目詰まりを防止する。冷水供給部２２は、シャワープレート２１上に設けられた冷水系バッファエリア２２ｂを有しており、この冷水系バッファエリア２２ｂには、例えば、シャワーヘッド２０の側方から冷却水が流入し、シャワーヘッド２０の反対側の側方から流出するようになっている。
〈ガス供給部の説明〉
図１に示すように、III族系ガス供給部２３は、シャワーヘッド２０の例えば周辺部から供給されたIII族系ガスを均一にIII族系ガス吐出孔Ｈ３に導くため、III族系ガス外環流路２３ａと、第２原料ガス中間室としてのIII族系ガスバッファエリア２３ｂと、このIII族系ガスバッファエリア２３ｂから成長室１に連通するIII族系ガス供給管２３ｃとにより構成されている。なお、III族系ガス供給管２３ｃの断面は、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。また、本発明では、冷水供給部２２が無い場合には、III族系ガス供給管２３ｃはなくても良い。その場合には、III族系ガスバッファエリア２３ｂのIII族系ガスはIII族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出される。
【００８１】
一方、同様に、Ｖ族系ガス供給部２４は、シャワーヘッド２０の周辺部より供給された反応ガスを均一にＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に導くため、Ｖ族系ガス外環流路２４ａと、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂと、Ｖ族系ガス供給管２４ｃとにより構成されている。なお、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの断面についても、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。
【００８２】
ここで、図７は、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの斜視図である（III族系ガス外環流路２３ａも構造は同じであるため説明は省略する。）。
【００８３】
例えば、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの横方向から供給されたＶ族系ガスは、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの内周側に均等配置された複数の開口Ｈを有する開口付き仕切り２４ｄを介して、周方向に均一にＶ族系ガスバッファエリア２４ｂへ供給される。そして、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、前記複数のＶ族系ガス供給管２４ｃを通って、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ供給される。
【００８４】
すなわち、図１に示すように、III族系ガスバッファエリア２３ｂ内には、Ｖ族系ガス供給管２４ｃが、それぞれのガスが混合しないよう分離されて配置されている。つまり、III族系ガスバッファエリア２３ｂの平面においては、III族系ガス吐出孔Ｈ３の位置には、III族系ガスバッファエリア２３ｂからIII族系ガス吐出孔Ｈ３へ連通されるIII族系ガス供給管２３ｃが配置されていると共に、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の位置には、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂからＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に連通されるＶ族系ガス供給管２４ｃが柱のように林立していることになる。
【００８５】
また、本実施の形態では、図１に示すように、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに、III族系ガス吐出孔Ｈ３と同じ平面位置に柱としてのダミー柱２５ｃが配置されている。つまり、ダミー柱２５ｃは、III族系ガス供給管２３ｃと同じ平面上の配置位置に設けられていると共に、その平面形状もIII族系ガス供給管２３ｃと同じ平面形状を有している。
【００８６】
これにより、III族系ガスバッファエリア２３ｂとＶ族系ガスバッファエリア２４ｂとにおけるガス流れを同じにすることができ、III族系ガスとＶ族系ガスとにおいて、成長室１に供給されるガスの分布を同等にすることができるという整流機能を有することとなっている。
【００８７】
ところで、結晶成長においては、気相反応を行う温度にも考慮する必要がある。
【００８８】
すなわち、III−Ｖ族半導体結晶の成長においては、一般的に、III族系ガスは金属ガスが用いられ、Ｖ族系ガスは有機ガスが用いられることが多い。
【００８９】
ここで、気相反応における温度が高すぎると、金属ガスが処理室の壁面等の成長基板以外で反応し、成膜効率の低下に繋がる。また、バッファエリアから処理室への連通部分であるガス吐出孔にて反応してしまうと、ガス吐出孔が目詰まりする恐れもある。ガス吐出孔が目詰まりすると、ガス吐出孔の径が変わり、ガスフローの条件が変わってしまうため、所望の膜質及び成長レートを得ることができなくなる。また、成長膜の再蒸発や成長膜でのホールの発生等により、膜質及び成長レートの劣化の恐れがある。
【００９０】
一方、気相反応における温度が低すぎると、反応が進行し難く、成長レートが劣化する恐れがある。また、分子が分解して成長膜にドープされない、或いは分子のままドープされてホールを形成してしまう等、膜質及び成長レートの劣化の恐れがある。
【００９１】
いずれの場合も、デバイスに使用するには不都合が生じる。このため、気相反応は最適温度で行われることが望まれる。
【００９２】
例えばＩｎＧａＮやＩｎＧａＮＡｓ等の結晶成長を行う場合、６００℃以上の高温にすると、成長した結晶が熱分解し、成長膜にホールが発生する。このため、著しく導電率が劣化し、デバイスとして使用できない。また、５００〜６００℃では、ナイトライド（nitride）系の材料ガスとしてよく用いられるアンモニア分子が分解せず、Ｎ原子が成長膜にドープされ難く、デバイスとして使用するに至らない。
【００９３】
そこで、Ｖ族系ガスを予め成膜域以外で加熱し、活性化されたガスを成膜域に供給することにより、基板温度をIII族系ガスが熱分解しない程度の温度を保ったまま、気相反応を進行させる手法が知られている。
【００９４】
例えば、特許文献２では、図１８に示すように、成膜域の上流のガス配管流路３０１でガスを予熱機３０２にて予備加熱する手法が提案されている。
【００９５】
また、特許文献３では、図１９に示すように、成膜域へガスを供給するガス吐出口付近を、ヒータ４０１にて加熱することによって、成膜域に活性化したガスを供給する手法が提案されている。
【００９６】
しかしながら、特許文献２及び特許文献３では、熱分布は均一ではないため、必ずしも均一に活性化されたガスが、Ｖ族系ガス吐出孔から成長室へ供給されているわけではない。
【００９７】
例えば特許文献２では、予備加熱を行ったガス配管流路３０１のガスと加熱されていないガス配管流路３０３のガスとが、シャワーヘッド３０４よりも上流側で混合されており、成長室３０５に達する前に反応が起こるため、成膜効率が低下することが予想される。
【００９８】
また、加熱されたガス配管流路３０１のガスは、ガス配管流路３０３の配管及びシャワーヘッド３０４を通過する間に冷却され、十分に活性化されたガスが成長室３０５に供給されない恐れがある。さらに、通過距離や経路の影響を受けるため、活性化されたガスの分布が不均一となり易い。
【００９９】
また、例えば特許文献３では、シャワープレート４０２或いはガス吐出孔４０３・４０４の周囲を加熱している。シャワープレート４０２全体が加熱されると、ガス露出面にて成長膜が形成され、成長レートが低下してしまう恐れがある。さらに、ガス吐出孔４０３・４０４付近に成長膜が形成されると、ガス吐出孔４０３・４０４が目詰まりする恐れがある。目詰まりすることによって、ガス吐出孔４０３・４０４の径が変わり、ガスフローの条件が変わってしまうため、所望の膜質及び成長レートを得ることができなくなる。
【０１００】
さらに、加熱温度を、一方のガスが反応せず、かつ他方のガスが分解する温度に設定する必要がある。しかし、上記のように、Ｖ族系ガスとしてアンモニアを用いる場合、アンモニアが活性化される温度において、反応しないようなIII族系ガスを用いる必要があるため、材料が制限される。少なくとも、ＩｎＮ系の結晶は再分解してしまうため、特許文献３の方法による成膜は難しい。
【０１０１】
そこで、本実施の形態では、図示しないヒータを内蔵した温度調整機構２５を設けることによって、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内のＶ族系ガスを加熱すると共に、加熱温度を調整することも可能となっている。
【０１０２】
また、上記ダミー柱２５ｃは、温度調整機構２５から垂下して設けられており、温度調整機構２５が加熱されることにより、熱伝導の良い材料からなるダミー柱２５ｃに熱伝導されるようになっている。その結果、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスが、この温度調整機構２５の底面及びダミー柱２５ｃの表面に接触することによって、加熱されるようになっている。
【０１０３】
この結果、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスの加熱を効率よく行うことができるものとなっている。
【０１０４】
ここで、本実施の形態では、ダミー柱２５ｃは、図１に示すように、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面に接触して設けられている。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図８に示すように、ダミー柱２５ｃがＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面である境界板４１と僅かに離れている構成とすることが可能である。
【０１０５】
この理由は、ダミー柱２５ｃは、整流機能を確保しながら、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂとIII族系ガスバッファエリア２３ｂとの境界板４１に接していないため、境界板４１の伝熱によるIII族系ガスバッファエリア２３ｂに充満されるIII族系ガスに対する局所的加熱の影響を防止するためである。また、ダミー柱２５ｃから境界板４１への熱の逃げを低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満されるＶ族系ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【０１０６】
また、ダミー柱２５ｃは、図９に示すように、下方に向かって先細りとなるように形成することが可能であると共に、その先端に、例えば、熱伝導が悪い部材４２を付与することが可能である。
【０１０７】
これによって、整流機能を確保しながら、境界板４１との接触面積が小さくなり、かつ境界板４１への熱伝導性が悪くなるので、境界板４１の伝熱によるIII族系ガスバッファエリア２３ｂに充満されるIII族系ガスに対する局所的加熱の影響を防止することができる。また、ダミー柱２５ｃから境界板４１への熱の逃げを低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満されるＶ族系ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【０１０８】
さらに、ダミー柱２５ｃは、図８の構成に加えて、図１０に示すように、さらに、ダミー柱４３をＶ族系ガス供給管２４ｃと同心かつ僅かに離れさせて設け、かつダミー柱４４をIII族系ガス供給管２３ｃと同心かつ僅かに離れさせて設けることが可能である。
【０１０９】
これにより、ダミー柱２５ｃは、整流機能を確保しながら、境界板４１に接していないため、境界板４１の伝熱によるIII族系ガスバッファエリア２３ｂに充満されるIII族系ガスに対する局所的加熱の影響を防止することができる。また、ダミー柱２５ｃから境界板４１への熱の逃げを低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満されるＶ族系ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【０１１０】
さらに、ダミー柱２５ｃがＶ族系ガス供給管２４ｃと同一平面の配置となるため、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるＶ族系ガスのガス流れと、III族系ガスバッファエリア２３ｂにおけるIII族系ガスのガス流れとを同一にすることができる。
【０１１１】
また、ダミー柱２５ｃが、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂからＶ族系ガス供給管２４ｃへ流れ込む開口部の直上に位置するため、Ｖ族系ガスが加熱されたダミー柱２５ｃの近傍を通ってＶ族系ガス供給管２４ｃに流れ込むことになる。したがって、Ｖ族系ガスを加熱が確実に行われるので、Ｖ族系ガスの活性化を確実に行うことができる。
【０１１２】
なお、原料ガスとして、III族系ガス及びＶ族系ガスだけでなく、他の原料ガス又は不活性ガスを使用する場合には、シャワーヘッド２０も多段になる。そして、その場合には、ダミー柱２５ｃ等の配設方法は、以下のようにすることが可能である。
【０１１３】
例えば、前記図５（ａ）に示すIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設方法では、図１１（ａ）に示すように、例えば、第２層が他の原料ガス又は不活性ガスの他ガスバッファエリア２６ｂとすることができる。この場合には、図１０の構成に加えて、他ガスバッファエリア２６ｂには、他ガス供給管２６ｃと同心かつ僅かに離れさせてダミー柱４５を設けると共に、第１層であるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおいてもダミー柱４５と同心かつ境界板４１から僅かに離れさせてダミー柱４６を設ける。また、他ガスバッファエリア２６ｂにおいては、さらに、III族系ガス供給管２３ｃと同心かつ境界板４１ａから僅かに離れさせてダミー柱４７を設ける。
【０１１４】
一方、例えば、前記図５（ｂ）に示すIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設方法では、図１１（ｂ）に示すように、例えば、第２層が他の原料ガス又は不活性ガスの他ガスバッファエリア２６ｂとすることができる。この場合には、図１０の構成に加えて、他ガスバッファエリア２６ｂには、他ガス供給管２６ｃと同心かつ僅かに離れさせてダミー柱４５を設けると共に、第１層であるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおいてもダミー柱４５と同心かつ境界板４１から僅かに離れさせてダミー柱４６を設ける。また、他ガスバッファエリア２６ｂにおいては、さらに、III族系ガス供給管２３ｃと同心かつ境界板４１ａから僅かに離れさせてダミー柱４８を設ける。
【０１１５】
なお、上述の図１１（ａ）（ｂ）に示す例では、第２層が他の原料ガス又は不活性ガスの他ガスバッファエリア２６ｂとしたが、必ずしもこれに限らず、第３層が他の原料ガス又は不活性ガスの他ガスバッファエリアとすることができる。この場合、例えば、図１１（ａ）に対応する例では、図１２に示すように、第２層のIII族系ガスバッファエリア２３ｂには、III族系ガス供給管２３ｃと同心かつ僅かに離れさせてダミー柱４４を設ける。そして、第１層であるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおいてもダミー柱４４と同心かつ境界板４１から僅かに離れさせてダミー柱４６を設けると共に、Ｖ族系ガス供給管２４ｃと同心かつ僅かに離れさせてダミー柱４３を設けることが可能である。なお、第３層が不活性ガスの場合には、他ガスバッファエリア２７ｂにダミー柱はなくてもよい。
【０１１６】
なお、上記ダミー柱２５ｃは、中実であっても中空であってもよい。中空の場合には、例えば、温度調整機構２５として加熱流体を還流させることも可能である。
【０１１７】
また、上記ダミー柱２５ｃの平面形状は、円形に限らず、例えば、図１３（ａ）〜（ｃ）に示す多角形の形状等とすることができると共に、図１３（ｄ）に示すように、複数本にて構成することが可能である。これらの形状とすることにより、III族系ガス供給管２３ｃと同様の整流機能を確保しながら、ダミー柱２５ｃの表面積が広くなるので、Ｖ族系ガスへの伝熱性が良くなり、Ｖ族系ガスの活性化を効率的に行うことができる。
【０１１８】
また、ダミー柱２５ｃは、図１４に示すように、複数のフィン４９を設けることが可能である。この構成によっても、フィン４９によりダミー柱２５ｃの表面積が広くなるので、Ｖ族系ガスへの伝熱性が良くなり、Ｖ族系ガスの活性化を効率的に行うことができる。
（成長方法の説明）
次に、図１及び図２に基づいて、III−Ｖ族化合物半導体結晶を本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いたＭＯＣＶＤ法により成長させてIII−Ｖ族化合物半導体を製造する方法を説明する。
【０１１９】
図２に示す構成の本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、III−Ｖ族化合物半導体結晶をＭＯＣＶＤ法により成長させる際には、まず、サセプタ４上に下地となる被成膜基板３が設置される。その後、回転軸７の回転により、サセプタ４の上面に設置された被成膜基板３の表面がシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転し、ヒータ５の加熱により、サセプタ４を介して被成膜基板３が所定の温度に加熱される。そして、シャワープレート２１に形成されているIII族系ガス吐出孔Ｈ３からIII族系ガスが成長室１に、被成膜基板３の表面に対して垂直方向に導入されると共に、シャワープレート２１に形成されているＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からＶ族系ガスが成長室１に、被成膜基板３の表面に対して垂直方向に導入される。これにより、被成膜基板３の表面上にIII−Ｖ族化合物半導体結晶が成長することになる。なお、ここでは、III族系ガスの供給量及びＶ族系ガスの供給量は、図示しない制御部によってマスフローコントローラ３３・３６にて制御され、III族系ガス及びＶ族系ガスのそれぞれが成長室１に供給されることになる。
【０１２０】
III族系ガス及びＶ族系ガスは、シャワープレート２１に交互に配列されたIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からそれぞれ供給されていることから、被成膜基板３の表面上方におけるIII族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５との分布の偏りを低減することができる。
【０１２１】
III族系ガスとＶ族系ガスとが混合し濃度分布が均一となり、ヒータ５による被成膜基板３の加熱と相俟ってIII族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応が被成膜基板３の表面近傍において進行する。
【０１２２】
ここで、ヒータ５による加熱は所定の温度に設定される。以下、理由を説明する。
【０１２３】
まず、気相反応における温度が高すぎると、III族系ガスが成長室１の壁面等、被成膜基板３以外で反応し、成膜効率の低下に繋がる。また、各III族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂから成長室１へ導入されるIII族系ガス及びＶ族系ガスがIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５にて反応してしまうと、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５が目詰まりする恐れもある。目詰まりすると、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の径が変わり、ガスフローの条件が変わってしまうため、所望の膜質及び成長レートを得ることができなくなる。また、成長膜の再蒸発や、成長膜でのホールの発生等により、膜質や成長レートの劣化の恐れがある。
【０１２４】
次に、温度が低すぎると、反応が進行し難く成長レートが劣化する恐れがある。また、分子が分解して成長膜にドープされない、或いは分子のままドープされてホールを形成してしまう等、膜質や成長レートの劣化の恐れがある。いずれの場合も、デバイスに使用するには不都合が生じる。
【０１２５】
例えばＩｎＧａＮやＩｎＧａＮＡｓ等の結晶成長を行う場合、６００℃以上の高温にすると、成長した結晶が熱分解し、成長膜にホールが発生するため、著しく導電率が劣化しデバイスとして使用できない。また、５００〜６００℃では、ナイトライド（nitride）系の材料ガスとしてよく用いられるアンモニア分子が分解せず、Ｎ原子が成長膜にドープされ難く、デバイスとして使用するに至らない。
【０１２６】
これらから、気相反応は最適温度で行うことが望ましい。
【０１２７】
本実施の形態では、上記ヒータ５の温度制御に加えて、図１に示すように、シャワーヘッド２０の天板部分に設けられた温度調節機構６５によりダミー柱２５ｃを加熱し、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内を所望の温度となるように設定している。なお、温度調整機構２５には加熱機構及び温度制御部、さらにＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ内の温度を測定するために、温度センサーを含む。本実施の形態では、例えば、熱電対を壁面に取付け、測定している。
【０１２８】
ダミー柱２５ｃは、供給するガスに対する熱伝導率、耐腐食性、耐熱性、及び耐久性等を考え、装置の仕様を満たすものであればよい。熱伝導率の良いものであれば、効率よく加熱できる。本実施の形態では、上記の観点より、例えばＭｏを用いている。その他、耐腐食性、耐熱性等に優れているタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）等でも良い。仕様に合わせて適宜選択すれば良い。
【０１２９】
ここで、本実施の形態では、Ｖ族系ガスのみ加熱されるため、III族系ガスの被成膜基板３以外での反応を考慮する必要がなく、所望の温度に設定することができる。さらに、ダミー柱２５ｃは、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ全体に林立して配置されている。ダミー柱２５ｃに均等に熱を付与することによって、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内のＶ族系ガスを均一に加熱することができる。加えて、III族系ガスバッファエリア２３ｂとＶ族系ガスバッファエリア２４ｂとにおけるガスフローを同等に保ったまま、均一に加熱される。
【０１３０】
なお、上記においては、III族系ガス、Ｖ族系ガスを導入する場合について説明したが、本実施の形態においては、III族系ガス及びＶ族系ガスと共に、不活性ガスやドーパント源となるガス等を成長室１に供給してもよい。
【０１３１】
また、一般的に、III族系ガスは比較的低温が好ましく、かつＶ族系ガスは比較的高温が好ましいとされているため、上記のようにＶ族系ガスのみを加熱している。しかし、供給ガスによって結晶成長に最適な温度が異なる場合であれば、本発明を適用できる。つまり、高い温度に設定したいガスのバッファエリアにダミー柱２５ｃを配置すれば良い。
【０１３２】
また、上記においては、III族系ガス吐出孔Ｈ３、及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ円形である場合について説明したが、本発明においては、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の形状は特に限定されず、例えば、多角形又は楕円形等の形状にすることができる。
【０１３３】
また、上記においては、被成膜基板３を１枚設置した場合について説明したが、本発明においては、被成膜基板３は１枚だけでなく複数枚設置してもよい。
【０１３４】
さらに、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置１０を構成する反応炉２、シャワープレート２１及びその他の部材の形状が、図２に示す形状に限定されないことは言うまでもない。例えば、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、被成膜基板３が上側を向いたいわゆるフェイスアップの構成となっているが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、被成膜基板３を落ちないように爪等にて支持することにより、被成膜基板３が下側を向いたいわゆるフェイスダウンの構成とすることも可能である。
【０１３５】
最後に、上述したＭＯＣＶＤ装置１０を用いた具体的な例えば半導体レーザ素子の製造方法について、図１５に基づいて説明する。図１５は、ＧａＮ系の半導体レーザ素子５０を複式的に図解した断面図である。なお、半導体素子は、必ずしも半導体レーザ素子に限らず、ＬＥＤ素子等の半導体素子でもよい。
【０１３６】
上記半導体レーザ素子５０の作製に際しては、図１５に示すように、まず、厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮ基板５１を、上記ＭＯＣＶＤ装置１０内に搬入する。次に、キャリアガス（Ｈ２）を流しながらＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３、及びＳｉＨ４を導入し、ｎ型ＧａＮ基板５１に約１１２５℃の基板温度の下でＳｉドープｎ型ＧａＮ下部コンタクト層５２を厚さ４μｍに成長させる。続いて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を所定流量で導入し、同じ基板温度の下で厚さ０．９５μｍのｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ下部クラッド層５３を形成する。この後、ＴＭＡの供給を停止し、同じ基板温度の下でＳｉドープｎ型ＧａＮ下部ガイド層５４を厚さ０．１μｍに成長させる。
【０１３７】
その後、ＴＭＧ及びＳｉＨ４の供給を停止し、キャリアガスをＨ２からＮ２に代えて基板温度を約７２５℃まで下げた後に、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びＴＭＧを導入し、ＩｎＶＧａ１−ＶＮ（０≦Ｖ≦１）障壁層を成長させる。続いて、ＴＭＩの供給を所定量にまで増加させ、ＩｎＷＧａ１−ＷＮ（０≦Ｗ≦１）井戸層を成長させる。ＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との形成を繰り返して交互積層構造（障壁層／井戸層／・・・井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸を含む活性層５５を形成する。ＩｎＧａＮの混晶からなる障壁層と井戸層との組成比及び厚さは、発光波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲内になるように設計され、井戸層の数は例えば３層とすることができる。
【０１３８】
活性層５５の形成後、ＴＭＩ及びＴＭＧの供給を停止して、活性層５５よりも下のＧａＮ系半導体層５２〜５４の成長温度よりも低い約１０５０℃まで基板温度を高める。ここで、キャリアガスをＮ２からＨ２に代えて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びｐ型ドーピング剤のビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を導入し、例えば厚さ１８ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ蒸発防止層５６を形成する。
【０１３９】
次に、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を調整して、同じ基板温度で例えば厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ上部ガイド層５７を形成する。続いて、ＴＭＡを所定流量で導入してＴＭＧの流量を調整し、同じ基板温度で例えば厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ上部クラッド層５８を形成する。そして、ＴＭＡの供給を停止してＴＭＧの供給量を調整し、同じ基板温度で例えば厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ上部コンタクト層５９を形成し、これによってエビタキシャル結晶成長を終了する。結晶成長終了後、ＴＭＧ及びＣｐ２Ｍｇの供給を停止して基板温度を下げ、室温にてウェハをＭＯＣＶＤ装置１０から取り出す。
【０１４０】
得られたエビタキシャルウェハは、複数のレーザ素子チップに加工される。まず、ｐ型用電極部分の形成に際して、幅２μｍのストライプ状のレジストをＭｇドープｐ型ＧａＮ上部コンタクト層５９上に形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってリッジストライプ部６０を形成する。そして、電流狭窄のためのＳｉ０２誘電体膜６１を蒸着によって形成する。次いで、レジストを剥離してＭｇドープｐ型ＧａＮ上部コンタクト層５９を露出させ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着してｐ型用電極６２を形成する。
【０１４１】
その後、ｎ型ＧａＮ基板５１の第二主面を研磨等で削ることにより、ウェハ厚さを１４０μｍにし、ウェハを分割し易いようにする。そして、ｎ型ＧａＮ基板５１の第二生面上にＴｉ／Ａ１の順序で蒸着してｎ型用電極６３を形成する。ｎ型用電極まで形成されたウェハは、劈開してバー状に分割され、劈開面からなる共振器端面が形成される。このとき、共振器長は、例えば５００μｍに設定される。その後、各バーをリッジストライプと平行にダイシングして分割し、複数のレーザ素子チップを得る。
【０１４２】
以上のプロセスにより、図１５に示すＧａＮ系の半導体レーザ素子５０が得られる。
【０１４３】
このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、第１原料ガスとしてのＶ族系ガス及び第２原料ガスとしてのIII族系ガスを、それぞれ独立に吐出する複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５及び複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３を配設したシャワープレート２１を介して被成膜基板３を収容する成長室１内に供給し、この成長室１内で混合して被成膜基板３を成膜する。
【０１４４】
そして、シャワープレート２１上に、III族系ガスとＶ族系ガスとのそれぞれを充満させる互いに隔離されたIII族系ガスバッファエリア２３ｂとＶ族系ガスバッファエリア２４ｂとがこの順に積層され、III族系ガスバッファエリア２３ｂにはＶ族系ガスバッファエリア２４ｂからシャワープレート２１の複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に連通する複数のＶ族系ガス供給管２４ｃが貫通して設けられている。
【０１４５】
したがって、Ｖ族系ガスは、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満された後、複数のＶ族系ガス供給管２４ｃ及びシャワープレート２１の複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から、被成膜基板３を収容する成長室１内に供給される。一方、III族系ガスは、III族系ガスバッファエリア２３ｂに充満された後、シャワープレート２１の複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３から、被成膜基板３を収容する成長室１内に供給される。
【０１４６】
この結果、III族系ガスバッファエリア２３ｂのIII族系ガスは、III族系ガスバッファエリア２３ｂに林立した複数のＶ族系ガス供給管２４ｃの間を通って、III族系ガス供給管２３ｃを通してシャワープレート２１の複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出される。
【０１４７】
これに対して、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、複数のダミー柱２５ｃが存在しない場合には、広い空間であるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂから複数のＶ族系ガス供給管２４ｃを通してシャワープレート２１の複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から吐出される。
【０１４８】
したがって、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂとIII族系ガスバッファエリア２３ｂとの空間の構造上の違いにより、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５及びIII族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出される各ガスフローが両ガス間で不均一となる恐れがある。
【０１４９】
そこで、本実施の形態では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂには、複数のダミー柱２５ｃが、複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３と同じ平面位置に設けられている。ここで、複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５及び複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３はシャワープレート２１に配設されているので、III族系ガスバッファエリア２３ｂに林立されたＶ族系ガス供給管２４ｃと同じ配列構造で、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに複数のダミー柱２５ｃが林立されていることになる。
【０１５０】
この結果、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの空間構造とIII族系ガスバッファエリア２３ｂの空間構造とが同じになるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのガスフロー及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂのガスフローが同じになり、これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂを通してＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から吐出されるガスフローと、III族系ガスバッファエリア２３ｂを通してIII族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出されるガスフローとが同じになる。
【０１５１】
したがって、シャワープレート２１を用いてIII族系ガスとＶ族系ガスとの少なくとも２種類の反応ガスを成長室１内に供給する場合に、シャワープレート２１のIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ供給されるガスフローを均一化することができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。これにより、被成膜基板３の成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。また、成膜条件が安定するため、最適な条件での成膜が可能となるため、成膜効率も向上できる。
【０１５２】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃを加熱する温度調整機構２５が設けられている。
【０１５３】
これにより、温度調整機構２５によって、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに分散して配置されている複数のダミー柱２５ｃが加熱されるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内のＶ族系ガスが均一に加熱される。その結果、加熱によりＶ族系ガスが活性化され、成膜時のドープを促進することができる。
【０１５４】
この結果、活性化されないＶ族系ガスによる成膜時よりも、成膜効率が向上する。さらに、所望の膜厚及び組成比を得ることが可能である。また、均一に活性化されたＶ族系ガスが供給されるため、成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。
【０１５５】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、複数のダミー柱２５ｃが加熱されるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂは、シャワープレート２１から最も遠い層に設けられていることが好ましい。
【０１５６】
すなわち、加熱を望まない例えばIII族系ガス等の原料ガスの層とシャワープレート２１との間に、加熱される層であるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂを配置する場合には、隣接する加熱を望まない層であるIII族系ガスバッファエリア２３ｂへの柱加熱手段からの直接的熱伝導防止策が両隣接層に必要となる。
【０１５７】
しかし、本実施の形態では、複数のダミー柱２５ｃが加熱されるＶ族系ガスバッファエリア２４ｂは、シャワープレート２１から最も遠い層に設けられているので、熱伝導防止策は片側の隣接層で足りる。例えば、本実施の形態のように、温度調整機構２５を隣接する層のない側に設けると、加熱を望まない隣接する層であるIII族系ガスバッファエリア２３ｂへの温度調整機構２５からの直接的熱伝導防止策が不要である。この場合、対策不十分の場合は、熱効率が悪くなる。
【０１５８】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃは、熱伝導性材料で構成されている。これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃが短時間で加熱されるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内におけるＶ族系ガスの加熱を高効率で行うことができる。
【０１５９】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃは、III族系ガスバッファエリア２３ｂとは反対側である天井側が熱伝導性の良い材料で構成されていると共に、III族系ガスバッファエリア２３ｂ側である床面側が該III族系ガスバッファエリア２３ｂとは反対側である上記天井側よりも熱伝導性の悪い材料で構成されているとすることができる。
【０１６０】
これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面への熱伝導性が悪くなるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面への伝熱による、III族系ガスバッファエリア２３ｂに充満されるIII族系ガスへの局所的加熱の影響を防止することができる。また、複数のダミー柱２５ｃからＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面へ熱が逃げるのを低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満されるＶ族系ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【０１６１】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃは、III族系ガスバッファエリア２３ｂとの境界板４１つまりＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面との間に隙間を有して設けられているとすることができる。
【０１６２】
これにより、整流機能を確保しながら、複数のダミー柱２５ｃがＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面に接触しないので、複数のダミー柱２５ｃからＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面への熱伝導性が悪くなる。この結果、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面への伝熱による、III族系ガスバッファエリア２３ｂに充満されるIII族系ガスへの局所的加熱の影響を防止することができる。また、複数のダミー柱２５ｃからＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面へ熱が逃げるのを低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満されるＶ族系ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【０１６３】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃは、床面側つまりIII族系ガスバッファエリア２３ｂとの境界板４１側が先細りとなっていることが好ましい。
【０１６４】
これにより、整流機能を確保しながら、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面との接触面積が小さくなり、かつ複数のダミー柱２５ｃからＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面への熱伝導性が悪くなる。この結果、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面への伝熱による、III族系ガスバッファエリア２３ｂに充満されるIII族系ガスへの局所的加熱の影響を防止することができる。また、複数のダミー柱２５ｃからＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの床面へ熱が逃げるのを低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂに充満されるＶ族系ガスの活性化を効率的に行うことができ、省エネとなる。
【０１６５】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５と同じ平面位置にも、III族系ガスバッファエリア２３ｂとの境界板４１である、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける床面との間に隙間を有してＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱４３が設けられていると共に、III族系ガスバッファエリア２３ｂには、複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３と同じ平面位置にIII族系ガスバッファエリア２３ｂにおける床面であるシャワープレート２１側の境界板との間に隙間を有して複数のダミー柱４４が設けられているとすることができる。
【０１６６】
これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるダミー柱２５ｃ及びダミー柱４４の数が増すので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるＶ族系ガスがより短時間で加熱される。したがって、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるＶ族系ガスの加熱をより高効率で行うことができる。
【０１６７】
この場合、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるダミー柱２５ｃ及びダミー柱４４の数を増すことによって、Ｖ族系ガスとIII族系ガスとの各ガスフローが変化することになる。この点、本実施の形態では、III族系ガスバッファエリア２３ｂには、複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３と同じ平面位置にIII族系ガスバッファエリア２３ｂにおける床面との間に隙間を有して複数のダミー柱４４が設けられている。
【０１６８】
したがって、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂとIII族系ガスバッファエリア２３ｂとの各空間の構造上の同一性は確保されるので、Ｖ族系ガスとIII族系ガスとの各ガスフローが変化することはない。
【０１６９】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃは、立設方向に垂直な断面形状が多角形となっていることが好ましい。
【０１７０】
これにより、ダミー柱２５ｃの表面積が円に比べて増加するので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内におけるＶ族系ガスの加熱をより高効率で行うことができる。
【０１７１】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける複数のダミー柱２５ｃは、フィン４９を有していることが好ましい。
【０１７２】
これにより、ダミー柱２５ｃの表面積が増加するので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ内におけるＶ族系ガスの加熱をより高効率で行うことができる。
【０１７３】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、第１原料ガスは、Ｖ族系ガスであると共に、第２原料ガスは、III族系ガスであることが好ましい。
【０１７４】
これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂであるＶ族系ガスの空間構造とIII族系ガスバッファエリア２３ｂであるIII族系ガスの空間構造とが同じになるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのガスフロー及びIII族系ガスバッファエリア２３ｂのガスフローが同じになり、これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂを通してＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から吐出されるＶ族系ガスのガスフローと、III族系ガスバッファエリア２３ｂを通してからIII族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出されるIII族系ガスのガスフローとが同じになる。
【０１７５】
したがって、シャワープレート２１を用いて少なくともIII族系ガスとＶ族系ガスとの２種類の反応ガスを成長室１内に供給する場合に、シャワープレート２１のIII族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ供給されるガスフローを均一化することができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。これにより、被成膜基板３の成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。また、成膜条件が安定するため、最適な条件での成膜が可能となるため、成膜効率も向上できる。
【０１７６】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、Ｖ族系ガスは、アンモニアを含むガスである。
【０１７７】
これにより、III−Ｖ族の例えばナイトライド（nitride）系の結晶成長において、より、成膜厚・組成比の均一化及び成膜効率の向上が可能となる。すなわち、例えば、III−Ｖ族ナイトライド（nitride）系であるＩｎＧａＮやＩｎＧａＮＡｓ等の結晶成長を行う場合では、被成膜基板３以外での反応や熱分解及び成長膜のホール発生等が生じるため、６００℃以下の低温成長が行われる。この場合、６００℃以下の低温では、アンモニア分子が活性化されず、Ｎ原子が成長膜にドープされ難い。
【０１７８】
しかし、本実施の形態によれば、アンモニアを含むＶ族系ガスのみを８００℃に加熱し、活性化したガスを成長室１に供給できる。この結果、活性化されないＶ族系ガスによる成膜時よりも、成膜効率が格段に向上する。さらに、所望の膜厚及び組成比を得ることが可能である。また、均一に活性化されたIII族系ガス及びＶ族系ガスが供給されるため、成膜厚・組成比の均一性が向上し、高品質な結晶成長が可能となる。
【０１７９】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５及び複数のIII族系ガス吐出孔Ｈ３は、シャワープレート２１の周辺部２１ｂでは中央部２１ａよりも各孔径が小さいことが好ましい。
【０１８０】
これにより、シャワープレート２１の周辺部に多くのＶ族系ガス及びIII族系ガスが吐出されることによる、被成膜基板３以外での反応や熱分解及び成長膜のホール発生等が生じるのを防止することができる。
【０１８１】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１には、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５とIII族系ガス吐出孔Ｈ３との間に不活性ガス吐出孔が設けられていることが好ましい。
【０１８２】
これにより、シャワープレート２１におけるＶ族系ガス吐出孔Ｈ５及びIII族系ガス吐出孔Ｈ３の目詰まりを防止することができる。
【０１８３】
本実施の形態の半導体レーザ素子５０の製造方法は、上記記載のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、半導体レーザ素子５０を製造する。
【０１８４】
したがって、シャワープレート２１を用いて少なくとも２種類の反応ガスを成長室１内に供給する場合に、被成膜基板３上のガス濃度分布を均一化することができるＭＯＣＶＤ装置１０を用いた半導体レーザ素子５０の製造方法を提供することができる。
【０１８５】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に反応ガスを供給するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置及び半導体素子の製造方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであり、シャワーヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】上記気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】（ａ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの他の構成を示す平面図である。
【図４】上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートのさらに他の構成を示す平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、III族系ガス及びＶ族系ガスに加えて、他の原料ガス又は不活性ガスを付加供給する場合の上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの構成を示す平面図である。
【図６】図３（ａ）に示すシャワーヘッドにおけるシャワープレートの変形例の構成を示す平面図である。
【図７】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のＶ族系外環流路の構成を示す斜視図である。
【図８】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部の他のダミー柱の構成を示す断面図である。
【図９】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のさらに他のダミー柱の構成を示す断面図である。
【図１０】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のさらに他のダミー柱の構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は図５（ａ）に対応する上記シャワーヘッドにおけるダミー柱の構成を示す断面図であり、（ｂ）は図５（ｂ）に対応する上記シャワーヘッドにおけるダミー柱の構成を示す断面図である。
【図１２】上記シャワーヘッドにおける第３層に不活性ガスの他ガスバッファエリアを設けた場合のダミー柱の構成を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、上記ダミー柱の平面形状を示す断面図である。
【図１４】上記ダミー柱の形状を示す縦方向の断面図である。
【図１５】上記気相成長装置にて製造される半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１６】従来の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１７】従来の他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１８】従来のさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図１９】従来のさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置におけるシャワーヘッドの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１      成長室
２      反応炉
３      被成膜基板
４      サセプタ
５      ヒータ
７      回転軸
１０      ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
１１      ガス排出部
１２      パージライン
２０      シャワーヘッド
２１      シャワープレート
２１ａ    中央部
２１ｂ    周辺部
２２      冷水供給部
２２ｂ    冷水系バッファエリア
２３      III族系ガス供給部
２３ａ    III族系ガス外環流路
２３ｂ    III族系ガスバッファエリア（第２原料ガス中間室）
２３ｃ    III族系ガス供給管
２４      Ｖ族系ガス供給部
２４ａ    Ｖ族系ガス外環流路
２４ｂ    Ｖ族系ガスバッファエリア（第１原料ガス中間室）
２４ｃ    Ｖ族系ガス供給管（第１原料ガス管）
２４ｄ    開口付き仕切り
２５      温度調整機構（柱加熱手段）
２５ｃ    ダミー柱（柱）
２６ｂ    他ガスバッファエリア
２６ｃ    他ガス供給管
２７ｂ    他ガスバッファエリア
４１      境界板
４１ａ    境界板
４２      熱伝導が悪い部材
４３      ダミー柱
４４      ダミー柱
４５      ダミー柱
４６      ダミー柱
４７      ダミー柱
４８      ダミー柱
４９      フィン
５０      半導体レーザ素子
Ｈ      開口
Ｈ３    III族系ガス吐出孔
Ｈ５    Ｖ族系ガス吐出孔
【図１】
0004865672.tif 000002
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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