(57)【要約】【課題】基板面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置、及び半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】反応室２の中央部から導入され、反応室２の高さ方向に各層の第１ガス導入経路３ａ、第２ガス導入経路３ｂ、第３ガス導入経路３ｃを形成する複数種類のガスにおける各ガス経路の間を仕切る複数のガイド板１３ａ・１３ｂを備えている。少なくとも１つの第２ガス導入経路３ｂにおけるガイド板１３ａ・１３ｂは閉塞されている。閉塞されたガイド板１３ａには隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへガスを基板１の手前にて混入させる複数の拡散孔１４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平中空円柱状に形成された反応室に設けられた円形の基板保持台における円周部に配置された複数の基板に向けて該反応室の中央部からガスを導入して外周方向に向けて上記基板表面に平行に供給することにより、加熱された該基板に膜を成長させる気相成長装置において、
上記反応室の中央部から導入され、かつ反応室の高さ方向に各層のガス経路を形成する複数種類のガスにおける各ガス経路の間を仕切る複数のガイド板を備えていると共に、
少なくとも１つの上記ガス経路におけるガイド板は閉塞されており、かつ該閉塞されたガイド板には隣接する底面側のガス経路へ該ガスを基板の手前にて混入させる複数の開口が形成されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記円形の基板保持台の中央部には、基板保持台の円周部に配置された複数の基板表面よりも低い底面を有する凹部が形成されていると共に、
前記複数の開口が形成されたガイド板は、上記凹部内に配設されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記隣接する底面側のガス経路へガスを混入させるガス経路における両側のガイド板の先端には、該両側のガイド板を閉塞するガイド板閉塞壁が該ガイド板に垂直に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記ガス経路を閉塞させるガイド板閉塞壁には、複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記隣接する底面側のガス経路へガスを混入させるガス経路における両側のガイド板における一方の底面側のガイド板は、ガス経路の層間隔が狭まるように、他方のガイド板に向けて傾斜部を有して上記ガス経路を閉塞していると共に、
前記複数の開口は、上記傾斜部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記隣接する底面側のガス経路へガスを混入させる複数の開口が形成されたガイド板は、凹部の底面側から数えて最初のガイド板であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記底面側のガイド板に設けられた複数の開口は、該ガイド板における１つの円周上又は複数の円周上に等間隔に設けられた複数の孔であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記底面側のガイド板に設けられた複数の開口は、１つの円周上又は複数の円周上に設けられたスリットであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記閉塞されたガイド板における少なくとも１つのガス経路には、III族の材料ガスが供給される一方、上記少なくとも１つのガス経路に隣接する底面側のガス経路には、Ｖ族の材料ガスが供給され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】
前記閉塞されたガイド板における少なくとも１つのガス経路には、材料ガスとしてのトリメチルアルミニウム、又はトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムとの混合ガスが供給され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】
前記反応室の中央部に設けられた凹部には、導入される複数種類のガスを冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記反応室の中央部に設けられた凹部と前記加熱された基板との間には断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２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、気相成長装置に関し、詳しくは、同一円周上に配置した複数の基板上に同時に半導体膜を成長させるための気相成長装置、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】
ＭＯＣＶＤ(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)は、化合物半導体の代表的気相成膜法の一つである。このＭＯＣＶＤは、膜厚及び組成の制御が可能であり、かつ生産性にも優れていることから、代表的なIII−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓの結晶成長等に広く用いられている。
【０００３】
III−Ｖ族化合物半導体をＭＯＣＶＤにて結晶成長させる場合、一般に、Ｖ族材料ガスが過剰に供給された雰囲気において結晶成長が行われることが多い。そして、この場合の結晶の成長速度は、III族材料ガスの供給量に比例する。
【０００４】
また、III−Ｖ族の中で、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物半導体は短波長発光素子として研究されている材料系であり、ＮＨ３、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を材料に使ったＭＯＣＶＤによる研究例が多く報告されている。
【０００５】
上記ＭＯＣＶＤにて結晶成長させるための気相成長装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
【０００６】
上記特許文献１に開示された気相成長装置は、縦型の気相成長装置であり、図１５に示すように、円形の上板と下板とによって偏平中空円柱状に形成した反応室１０２の中央部にガス導入部であるガス導入管１１２を配設すると共に、反応室１０２内の同一円周上に複数の基板１０１を配置し、加熱手段であるヒータ１２５で基板１０１を所定温度に加熱してガス導入管１１２から材料ガスを反応室１０２内に導入することにより、同時に複数の基板１０１上に薄膜を成長させるものである。
【０００７】
さらに、上記特許文献１に開示された気相成長装置では、各基板１０１を保持する基板ホルダ１２３を回転（自転、公転又は自公転）させることにより、複数の基板１０１上に成長させる薄膜の均一化を図ることも行われている。
【０００８】
以下に、上記特許文献１に開示された、同時に複数の基板上に半導体薄膜を成長させるための量産用気相成長装置の詳細について、図１５に基づいて説明する。
【０００９】
上記気相成長装置には、図１５に示すように、平面形状が円形の隔壁１１１と基板保持台であるサセプタ１２０とによって偏平中空円柱状に形成した反応室１０２内に、基板保持部である基板ホルダ１２３と、この基板ホルダ１２３の上面に載置された基板１０１とが配設されている。
【００１０】
基板ホルダ１２３及び基板１０１はヒータ１２５によって加熱されると共に、反応室中心部のガス導入管１１２から流入される有機金属化合物を含む材料ガスと混合・反応することにより基板１０１上に所望の半導体薄膜が形成される。また、材料ガスの残りはガス排出部１０４から排出される。
【００１１】
上記基板１０１及び基板ホルダ１２３は、通常、同心円上に複数配置され、基板１０１上に形成される半導体薄膜の成長面は上向きとなっている。
【００１２】
また、図１５において白抜き矢印で示すように、材料ガスは反応室中心から周囲へ向かって流されると共に、基板ホルダ１２３及び基板１０１は、サセプタ１２０の回転に合わせて各々回転する。
【特許文献１】特開２００６−２５３２４４号公報（２００６．９．２１公開）
【特許文献２】特開平６−７７１３６号公報（１９９４．３．１８公開）
【特許文献３】特開平６−２１６０３０号公報（１９９４．８．５公開）
【特許文献４】特開平６−３３８４６６号公報（１９９４．１２．６公開）
【特許文献５】特開２００２−１１０５６４号公報（２００２．４．１２公開）
【特許文献６】特開２０００−５８４５８号公報（２０００．２．２５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、上記従来の中央放射方式の縦型の気相成長装置では、使用ガス流量が多く、ガス流速も非常に大きくなり、III族材料ガスとＶ族材料ガスとの混合が十分に行われることなく基板１０１面上に到達し、不均一なガスの組成比状態で成膜が行われ、基板１０１面内の組成及び膜厚の均一性が悪い。これにより、半導体レーザの特性が均一にならず、歩留まりが悪いという問題点を有している。
【００１４】
なお、材料ガスの均一性を改善するための技術として、例えば、特許文献２〜５が開示されているが、いずれも基板の上方で材料ガスの混合を行うものである。したがって、材料ガスの混合が十分とはいえない。また、特許文献６は、基板の手前で材料ガスの混合を行っているが、２種の材料ガスが並行流となっているので、特許文献１と同様に混合が十分とはいえない。また、横型の気相成長装置と縦型の気相成長装置とでは、ガスの流れが異なり、両者に対して同じ考え方を適用することはできない。例えば、横型の気相成長装置ではガスは平行流であるが、縦型の気相成長装置では偏平中空円柱の中心から外周に向かってガスが放射され層流にはなっていないためである。
【００１５】
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、基板面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置、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】
【００１６】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、扁平中空円柱状に形成された反応室に設けられた円形の基板保持台における円周部に配置された複数の基板に向けて該反応室の中央部からガスを導入して外周方向に向けて上記基板表面に平行に供給することにより、加熱された該基板に膜を成長させる気相成長装置において、上記反応室の中央部から導入され、かつ反応室の高さ方向に各層のガス経路を形成する複数種類のガスにおける各ガス経路の間を仕切る複数のガイド板を備えていると共に、少なくとも１つの上記ガス経路におけるガイド板は閉塞されており、かつ該閉塞されたガイド板には隣接する底面側のガス経路へ該ガスを基板の手前にて混入させる複数の開口が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の発明によれば、気相成長装置は、反応室の中央部から導入され、かつ反応室の高さ方向に各層のガス経路を形成する複数種類のガスにおける各ガス経路の間を仕切る複数のガイド板を備えている。また、少なくとも１つの上記ガス経路におけるガイド板は閉塞されており、かつ該閉塞されたガイド板には隣接する底面側のガス経路へ該ガスを基板の手前にて混入させる複数の開口が形成されている。
【００１８】
したがって、少なくとも１つのガス経路を流れるガスは、ガイド板の開口を通して隣接する底面側のガス経路へ混入する。このとき、ガス経路におけるガイド板は閉塞されているので、複数の開口を通して勢いよく底面側のガス経路へ混入される。この結果、混合が充分に行われる。
【００１９】
そして、このガスの混入は基板の手前にて行われる。このため、基板の上での混入であれば、基板の加熱により、ガスが互いに反応するということが起こり得るが、本発明では、そのようなことがなく、混合状態を維持して基板の表面に平行に供給される。この結果、均一なガスの組成比状態で成膜が行われる。
【００２０】
したがって、基板面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の気相成長装置では、前記円形の基板保持台の中央部には、基板保持台の円周部に配置された複数の基板表面よりも低い底面を有する凹部が形成されていると共に、前記複数の開口が形成されたガイド板は、上記凹部内に配設されていることが好ましい。
【００２２】
これにより、複数の開口が形成されたガイド板は、凹部内に配設されているので、ガイド板の開口を通して隣接する底面側のガス経路へのガスの混入は、凹部内で行われる。この結果、ガスの混入は、基板表面よりも下側で行われることになり、その混入されたガスは、凹部内から表面へ移動して基板表面に平行に供給される。したがって、ガスの混入から基板表面までの距離が長くなり、かつ下から上へのガス移動という複雑な搬送経路となるので、混合がより充分に行われる。また、凹部での混入においては、加熱された基板からの熱輻射も受け難いものとなる。
【００２３】
また、本発明の気相成長装置では、前記隣接する底面側のガス経路へガスを混入させるガス経路における両側のガイド板の先端には、該両側のガイド板を閉塞するガイド板閉塞壁が該ガイド板に垂直に設けられていることが好ましい。
【００２４】
これにより、少なくとも１つの上記ガス経路におけるガイド板を閉塞させる構造として、両側のガイド板の先端に形成され、かつ該ガイド板に垂直に設けられているガイド板閉塞壁にて構成するので、閉塞させるための構造が簡単である。
【００２５】
また、本発明の気相成長装置では、前記ガス経路を閉塞させるガイド板閉塞壁には、複数の開口が形成されていることが好ましい。
【００２６】
これにより、ガイド板の隣接する底面側のガス経路への複数の開口に加えて、少なくとも１つの上記ガス経路におけるガイド板における立設されたガイド板閉塞壁の開口からガスを混入させることにより、より複雑なガス拡散が得られ、下向き開口のみでは得られない、下流域での基板の成膜に効果がある。
【００２７】
また、本発明の気相成長装置では、前記隣接する底面側のガス経路へガスを混入させるガス経路における両側のガイド板における一方の底面側のガイド板は、ガス経路の層間隔が狭まるように、他方のガイド板に向けて傾斜部を有して上記ガス経路を閉塞していると共に、前記複数の開口は、上記傾斜部に形成されていることが好ましい。
【００２８】
これにより、ガイド板の傾斜部における開口からの隣接する底面側のガス経路への混入は、斜め下側に向かって行われる。したがって、分散混合がバランスよく行われ、下流域での基板の成膜に効果がある。
【００２９】
また、本発明の気相成長装置では、前記隣接する底面側のガス経路へガスを混入させる複数の開口が形成されたガイド板は、凹部の底面側から数えて最初のガイド板であることが好ましい。
【００３０】
これにより、ガイド板の開口からの隣接する底面側のガス経路へのガスの混入は、凹部の一番深いところで行われることになる。したがって、ガスの混入から基板表面までの距離が長くなり、かつ凹部の一番下から上へのガス移動という複雑な搬送経路となるので、混合がより充分に行われる。また、凹部の最下位置での混入においては、加熱された基板からの熱輻射も最も受け難いものとなる。
【００３１】
また、本発明の気相成長装置では、前記底面側のガイド板に設けられた複数の開口は、該ガイド板における１つの円周上又は複数の円周上に等間隔に設けられた複数の孔であることが好ましい。
【００３２】
これにより、円形の基板保持台における円周部に配置された複数の基板に向けて、ガイド板における１つの円周上又は複数の円周上に等間隔に設けられた複数の孔から外周方向に向けて放射状かつ均一に上記基板表面に平行に供給することができる。
【００３３】
また、本発明の気相成長装置では、前記底面側のガイド板に設けられた複数の開口は、１つの円周上又は複数の円周上に設けられたスリットであることが好ましい。
【００３４】
これにより、複数の孔に限らず、スリットであっても、円形の基板保持台における円周部に配置された複数の基板に向けて、ガイド板における１つの円周上又は複数の円周上に等間隔に設けられた複数のスリットから外周方向に向けて放射状かつ均一に上記基板表面に平行に供給することができる。
【００３５】
また、本発明の気相成長装置では、前記閉塞されたガイド板における少なくとも１つのガス経路には、III族の材料ガスが供給される一方、上記少なくとも１つのガス経路に隣接する底面側のガス経路には、Ｖ族の材料ガスが供給されることが好ましい。
【００３６】
従来、中央放射方式の縦型の気相成長装置においては、使用ガス流量が多く、ガス流速も非常に大きくなり、特に、III族材料ガスとＶ族材料ガスとの混合が十分に行われることなく基板面上に到達し、不均一なガスの組成比状態で成膜が行われ、基板面内の組成及び膜厚の均一性が悪く、これにより、例えば半導体の特性が均一にならず、歩留まりが悪いという問題点を有していた。
【００３７】
しかし、本発明においては、III族の材料ガスとＶ族の材料ガスとを使用する例えば半導体の成膜において、III族の材料ガスとＶ族の材料ガスとを基板の手前で積極的に混合させることによって、III族の材料ガスとＶ族の材料ガスとの均一拡散を行った後に、基板表面に供給する。
【００３８】
したがって、III族の材料ガスとＶ族の材料ガスとを均一分散させ、基板に成膜される組成比・膜厚が均一となり、例えば半導体の特性が均一となり、再現性及び歩留まりが悪いという問題点を解消できる。
【００３９】
また、本発明の気相成長装置では、前記閉塞されたガイド板における少なくとも１つのガス経路には、材料ガスとしてのトリメチルアルミニウム、又はトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムとの混合ガスが供給されていることが好ましい。
【００４０】
すなわち、III族の材料ガスであるトリメチルアルミニウム、又はトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムとの混合ガスを用いる場合には、特に、基板面内の組成及び膜厚の不均一性が発生し易い。
【００４１】
しかじ、本発明では、これらの材料ガスを用いる場合においても、基板面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置を提供することができる。
【００４２】
また、本発明の気相成長装置では、前記反応室の中央部に設けられた凹部には、導入される複数種類のガスを冷却する冷却手段が設けられていることが好ましい。
【００４３】
これにより、反応室の中央部に設けられた凹部において、冷却手段にて、基板からの輻射熱により温度が上昇するのを抑制することができる。
【００４４】
また、本発明の気相成長装置では、前記反応室の中央部に設けられた凹部と前記加熱された基板との間には断熱部材が設けられていることが好ましい。
【００４５】
これにより、反応室の中央部に設けられた凹部において、断熱部材にて、基板からの熱伝導により温度が上昇するのを抑制することができる。
【００４６】
また、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。
【００４７】
これにより、基板面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る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】
【００４８】
本発明の気相成長装置は、以上のように、反応室の中央部から導入され、かつ反応室の高さ方向に各層のガス経路を形成する複数種類のガスにおける各ガス経路の間を仕切る複数のガイド板を備えていると共に、少なくとも１つの上記ガス経路におけるガイド板は閉塞されており、かつ該閉塞されたガイド板には隣接する底面側のガス経路へ該ガスを基板の手前にて混入させる複数の開口が形成されているものである。
【００４９】
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。
【００５０】
それゆえ、基板面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置、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】
【００５１】
本発明の一実施形態について図１ないし図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５２】
本実施の形態の気相成長装置は、ＭＯＣＶＤ(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)にて例えば半導体に結晶成長させるために用いられるものであり、その基本構成について、図１〜図４に基づいて説明する。図１は上記気相成長装置の構成を示す概略断面図、図２（ａ）（ｂ）は基板面の平面図、図３は上記気相成長装置の構成を示す一部拡大断面図、及び図４はガイド板の底面図である。
【００５３】
本実施の形態の気相成長装置１０は、図１に示すように、縦型の気相成長装置であり、円盤状の基板保持台としてのサセプタ２０と円盤状の隔壁１１とを互いに水平方向に所定間隔で対向配置することにより、サセプタ２０と円盤状の隔壁１１との間に偏平中空円柱状の反応室２を形成したものである。
【００５４】
上記隔壁１１の中央部には、ガス導入管１２を接続したガス導入部３が設けられ、反応室２の外周にはガス排出部４が設けられている。また、隔壁１１の外周はサセプタ２０の周囲を囲むように屈曲しており、サセプタ２０と隔壁外周壁１１ａとの間に下方に向かう排気通路が形成されている。したがって、図１において白抜き矢印で示すように、材料ガスは反応室２の中心から周囲へ向かって放射状に流される。このため、基板１上に形成される半導体薄膜の成長面は上向きとなっている。
【００５５】
上記サセプタ２０の中央部分には、冷却手段としての冷却部２１を配設するための円形の凹部として形成された冷却部カバー２２が設けられている。上記冷却部２１は、円形の冷却部カバー２２の表面を２００℃以下に保持するようになっている。２００℃以下という温度は、材料ガスが分解しない温度として設定されている。したがって、上記冷却部カバー２２は、反応室２内の円周部に配置された複数の後述する基板１の表面よりも低い底面を有する本発明の凹部として機能している。
【００５６】
サセプタ２０には、図２（ａ）に示すように、基板１を保持する基板保持部である基板ホルダ２３が同一円周上に複数個、等間隔で配置されている。サセプタ２０は、鉛直線を回転軸として上記冷却部２１と一体に、又は別体に回転するように形成されていると共に、基板ホルダ２３は、サセプタ２０に装着された状態で回転するように形成されている。
【００５７】
すなわち、円盤状のサセプタ２０は、図２（ａ）において矢印で示すように、図示しない駆動装置により鉛直線を回転軸として回転可能である。また、筒状の各基板ホルダ２３は、サセプタ２０に対して周方向に沿って等間隔で形成された複数の取付穴のそれぞれに回転自在に保持されており、それぞれの外周に形成された図示しない歯が、反応室２内に固定形成された図示しない歯部と噛み合っている。これらのことにより、サセプタ２０の回転に伴って、基板ホルダ２３がその軸心廻りに回転し、その結果、基板ホルダ２３及びその内部に設置された基板１はサセプタ２０の軸心周りを自転しつつ公転する。なお、図２（ｂ）に示すように、基板ホルダ２３上には基板１が複数枚配設されていてもよい。
【００５８】
また、基板ホルダ２３の下方には、図１に示すように、基板１を加熱するための加熱手段として、反射板であるリフレクター２４に収納された複数のヒータ２５がリング状に配設されている。
【００５９】
さらに、サセプタ２０の上面は、図１に示すように、基板ホルダ２３を装着する部分の内外周において内周部カバー２６ｂ及び外周部カバー２６ａで覆われており、基板ホルダ２３の上面は、基板１を保持するための中央開口を設けた保持部カバー２７で覆われている。さらに、冷却部２１の上面も、前述した冷却部カバー２２によって覆われている。なお、外周部カバー２６ａの下方には自転させるためのギヤがあるため、公転時において外周部カバー２６ａは固定されて動かない。これに対して、内周部カバー２６ｂは下方の部材が公転によって動く。したがって、内周部カバー２６ｂ及び外周部カバー２６ａの２つは一体でなく分割されている。
【００６０】
これらの外周部カバー２６ａ、内周部カバー２６ｂ、保持部カバー２７及び冷却部カバー２２は、石英ガラス、アルミナ、サファイア、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭素等で形成され、着脱が容易に行えるように設けられている。なお、外周部カバー２６ａ、内周部カバー２６ｂ、保持部カバー２７及び冷却部カバー２２は、主としてサセプタ２０等を保護し、上面に反応生成物が付着したときの清掃作業を容易にするために設けられるものであって、省略することも可能である。
【００６１】
次に、上記ガス導入管１２は、小径管１２ａ、中径管１２ｂ及び大径管１２ｃを同心上に配置した三重管構造を有している。そして、小径管１２ａの内部に第１ガス導入経路３ａが形成され、小径管１２ａと中径管１２ｂとの間に第２ガス導入経路３ｂが形成され、中径管１２ｂと大径管１２ｃとの間に第３ガス導入経路３ｃが形成されている。
【００６２】
上記大径管１２ｃは、ガス導入管１２の最外周に位置しており、外部に露出していると共に、先端が隔壁１１に接続した状態となっている。また、この大径管１２ｃを除く小径管１２ａ及び中径管１２ｂにおける反応室２内の各先端部には、各第１ガス導入経路３ａ、第２ガス導入経路３ｂ及び第３ガス導入経路３ｃを通ってそれぞれ導入されるガスを反応室２の外周方向に向けて均等にガイドするための外周が平面形状円形にてなるガイド板１３ａ・１３ｂがそれぞれ設けられている。
【００６３】
すなわち、ガイド板１３ａ・１３ｂは、反応室２の中央部から導入され、かつ反応室２の高さ方向に各層の第１ガス導入経路３ａ、第２ガス導入経路３ｂ及び第３ガス導入経路３ｃを形成する複数種類のガスにおける各ガス経路の間を仕切る複数のガイド板となっている。
【００６４】
上記第２ガス導入経路３ｂにおける底面側のガイド板１３ａの外周部には、図３に示すように、同一円周上に複数の開口としての拡散孔１４が設けられていると共に、ガイド板１３ａとガイド板１３ｂとは、外周部端部でガイド板閉塞壁１３ｃにて連結されている。
【００６５】
上記拡散孔１４は、図４に示すように、ガイド板１３ａにおける１つの円周上又は複数の同心円周上に等間隔に配置された複数の円形の孔となっている。ただし、孔の形状及び配置はこの例に限定されるものではない。例えば、孔の形状は、円のみならず、三、四、五…角形等の多角形や楕円でもよい。また、図５に示すように、ガイド板１３ａにおける１つの円周上又は複数の同心円周上に等間隔に設けられた複数のスリット１４ａであってもよい。すなわち、III族系材料ガスがＶ族系材料ガスと十分に混合できる開口の形状及び配置であればよい。
【００６６】
なお、上記の説明では、ガイド板１３ａ・１３ｂを塞ぐガイド板閉塞壁１３ｃは、完全にガイド板１３ａ・１３ｂを各先端部で塞ぐものとして形成されているが、必ずしもこれに限らない。例えば、図６〜図８に示すように、上記ガイド板１３ａとガイド板１３ｂとの間を閉塞するガイド板閉塞壁１３ｃにも複数の開口としての拡散孔１５又はスリットを設けることが可能である。これにより、ガスの混合状態がさらに改善されるものとなる。
【００６７】
また、ガイド板１３ａ・１３ｂの閉塞部は、上記ガイド板１３ａ・１３ｂを各先端部で塞ぐための、ガイド板１３ａから垂直に立ち上がる上記ガイド板閉塞壁１３ｃに限らない。例えば、図９及び図１０に示すように、両側のガイド板１３ａ・１３ｂにおける一方の底面側のガイド板１３ａが、ガス経路の層間隔が狭まるように、他方のガイド板１３ｂに向けて傾斜部１３ａ１を有してガス経路を閉塞してもよい。この場合には、ガイド板１３ａの傾斜部１３ａ１に拡散孔１４が形成されることになる。なお、底面側のガイド板１３ａのみが傾斜部１３ａ１を有しているのではなく、底面側のガイド板１３ａとは反対側のガイド板１３ｂのみがガス経路の層間隔が狭まるように傾斜部を有していても良い。また、底面側のガイド板１３ａに傾斜部１３ａ１が形成されていると共に、ガイド板１３ｂにも傾斜部が形成されていてもよい。
【００６８】
次に、上記構成の気相成長装置１０における第１ガス導入経路３ａ、第２ガス導入経路３ｂ、及び第３ガス導入経路３ｃに流れるガスについて、図１に基づいて説明する。
【００６９】
図１に示すように、三重管構造のガス導入管１２における最も外側の大径管１２ｃと中径管１２ｂとの間の第３ガス導入経路３ｃは、直角に屈曲されて隔壁１１とガイド板１３ｂとの間に連通している。このため、第３ガス導入経路３ｃのガスは、ガス導入部３を出た後、基板１の上方においてこの基板１の表面に平行に供給される。
【００７０】
この結果、第３ガス導入経路３ｃは、基板１に到達する前に、基板１等からの熱輻射や対流伝熱によって温度上昇し易い隔壁１１の直下を通る。このため、第３ガス導入経路３ｃには、キャリーガスが供給される。
【００７１】
一方、三重管構造のガス導入管１２における最も内側の小径管１２ａ内の第１ガス導入経路３ａは、直角に屈曲されてガイド板１３ａと冷却部カバー２２との間に連通している。このため、第１ガス導入経路３ａのガスは、第１ガス導入経路３ａを出た後、凹部の底面から基板１の表面と同一面にまで上昇し、以降、基板１の表面に平行に供給される。このように、第１ガス導入経路３ａは高温過熱される基板１の隣接部分を通過するので、この第１ガス導入経路３ａには、熱分解し難いＶ族ガスのアンモニアが供給される。
【００７２】
この結果、第２ガス導入経路３ｂには、上記Ｖ族ガスと混合させるためのIII族系材料ガスが供給されるようになっている。
【００７３】
また、ガス導入部３に対向させて冷却部２１を設けておくことにより、ガス導入管１２及びガイド板１３ａ・１３ｂを冷却することができるので、ガイド板１３ａ・１３ｂ等の温度上昇をより確実に防止できる。さらに、サセプタ２０と冷却部カバー２２との間に、断熱部材２８を設けておくことが好ましい。これにより、ガイド板１３ａ・１３ｂ等の温度上昇をさらにより確実に防止できる。
【００７４】
冷却部２１は、要求される冷却能力に応じて任意の構造で形成することができるが、少なくともその外周縁が各基板１から等距離となるように、円形とすることが望ましい。上記冷却部２１としては、例えば、内部を空洞とした円柱状容器に、適宜、冷却媒体を流通させる構造を採用することができ、ガイド板１３ａ・１３ｂの周縁を冷却するためのリング状に形成することもできる。
【００７５】
このような冷却部２１で使用する冷却媒体は、要求される冷却能力に応じて、適宜、気体や液体を使用可能であり、冷却媒体の温度も任意に設定することができ、必要に応じてガイド板１３ａ・１３ｂの上面部分に対応する隔壁１１を冷却するようにしてもよい。
【００７６】
次に、上述した気相成長装置１０の化合物半導体の製造時における各ガスの導入方法等について、例えば図６に基づいて説明する。
【００７７】
まず、図６に示すように、反応室２内の基板ホルダ２３のそれぞれに基板１を設置し、反応室２内を、ガス排出部４を通して所定の真空度に排気する。次いで、サセプタ２０を回転させることにより、基板ホルダ２３及び基板１を自転・公転運動させながら、基板ホルダ２３内の基板１をヒータ２５によって均一に加熱する。
【００７８】
次いで、冷却部２１を作動させて冷却状態とし、基板１が所定温度（例えば７５０℃）まで昇温した後、その状態で、ガス導入管１２の小径管１２ａ、中径管１２ｂ及び大径管１２ｃを通して各第１ガス導入経路３ａ、第２ガス導入経路３ｂ及び、第３ガス導入経路３ｃに所定のガスを供給する。
【００７９】
上記第１ガス導入経路３ａには、Ｖ族系材料ガス、例えば、水素又は窒素、アンモニア（ＮＨ３）と水素との混合ガス、アンモニア（ＮＨ３）と窒素との混合ガス、アンモニア（ＮＨ３）と水素と窒素との混合ガスを供給する。
【００８０】
また、第２ガス導入経路３ｂには、III族系材料ガス、例えば、有機金属化合物と水素との混合ガス、有機金属化合物と窒素との混合ガス、又は有機金属化合物と窒素と水素との混合ガスを供給する。上記原料ガスであるIII族系原料としては、具体的には、メチル基と結合したトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と称す）、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と称す）、又はトリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と称す）等のアルキル化合物を用いることができる。なお、III族系原料は通常、液体状態で反応室２外に設置されており、キャリアガスと呼ばれる水素ガスや窒素ガスを該液体中に通しバブリング状態にすることにより、これらのキャリアガスと共に配管を介して反応室２まで供給される。
【００８１】
さらに、第３ガス導入経路３ｃには、サブフローガス、例えば、アンモニアと窒素との混合ガス、アンモニアと水素との混合ガス、アンモニアと窒素と水素との混合ガスをそれぞれ供給する。上記Ｖ族系材料ガス、III族系材料ガス及びサブフローガスの供給により、反応室２内を所定のガス圧に維持する。
【００８２】
ところで、気相成長装置１０によって、成膜される例えば発光素子の構造は、一般に、バンドギャップ制御のため、組成や構成元素が異なる多層膜構造を有しているが、各層の層厚のばらつきや組成のばらつきにより、光学特性がばらつき、場合によっては特性を大きく劣化させてしまう恐れがある。したがって、ＭＯＣＶＤによる結晶成長の場合、原料ガスの流し方や、基板の温度均一性が非常に重要な因子となる。
【００８３】
例えば、発光素子を形成する多層膜の構成の中には、アルミニウム−ガリウム−窒素からなる層（以下、「ＡｌＧａＮ層」と称す）があり、主に発光素子のクラッド層として用いられる層がある。これは、ＴＭＡとＮＨ３との反応で得られる窒化アルミニウム（以下、「ＡｌＮ」と称す）と、ＴＭＧとＮＨ３との反応で得られる窒化ガリウム（以下、「ＧａＮ」と称す）の固溶体で形成された混晶層である。
【００８４】
したがって、この層を結晶成長させる際には、反応室にＴＭＧとＴＭＡとＮＨ３とを原料ガスとして導入することになる。形成されたＡｌＸＧａ１-Ｘ混晶のｘ値は混晶比と呼ばれ、素子特性上重要な因子であり、混晶形成時のＡｌとＧａとの濃度比の制御、又は均一性が非常に重要となる。
【００８５】
上記ＴＭＧ及びＴＭＡは同じIII族原料ではあるが、それぞれ拡散速度や反応性が異なるため、同様に反応室２に導入した場合であってもその反応様態は異なることが一般に知られている。ＴＭＡは、ＴＭＧに比較して反応性が高く、温度が高い場合には、ＮＨ３と混合された時点で、空間ですぐに中間反応が始まり中間生成物を形成する。この中間生成物は、その後、熱分解が進行しＡｌＮを形成し、基板１上で結晶を形成する場合もあるが、気流の状態や加熱状態により基板以外の反応室２の壁面に形成されたり、又はそのまま排気されたりする場合もある。
【００８６】
したがって、導入されたＴＭＡの反応室２内でのガスの流れ方向の熱分解の進行具合は、装置形状やそのときの環境に非常に影響を受け易く、制御できていない場合には基板１上での形成度合の不均一を招き、混晶比のばらつきを発生させる原因となる。
【００８７】
一方、Ｖ族原料に用いられるＮＨ３については熱分解し難い性質であることが一般に知られている。すなわち、ＮＨ３ガスの分解が不十分な状態で基板１に到達した場合、反応に寄与する割合、すなわち材料使用効率が低いという課題がある。
【００８８】
本実施の形態では、上記小径管１２ａから出たＶ族系材料ガスは、水平方向に設けられた冷却部カバー２２に衝突した後にガイド板１３ａに沿うように基板ホルダ２３側へ流れ、その一方で中径管１２ｂから出たIII族系材料ガスは、水平方向に設けられたガイド板１３ａに衝突した後にガイド板１３ａに沿うように基板ホルダ２３側へ流れ、拡散孔１４・１５から勢い良く噴出する。これにより、Ｖ族系材料ガスとIII族系材料ガスとが強制的に混合される。
【００８９】
この強制的な混合により、各成分比（特に成膜に重要なＡｌ成分比等）が均一化された状態で基板１面へ混合ガスが供給される。
【００９０】
そして、これらの均一化された材料ガスが、基板ホルダ２３に保持されてヒータ２５で加熱されている基板１上に供給され、基板１の表面は、気相成長により膜厚や混晶比のばらつきなく薄膜される。基板１以外の領域ではこのような成膜条件は整わないので、基板ホルダ２３及びそれに対向する隔壁１１の内面には薄膜は形成されない。基板１上を通過したガスは、反応室２外周のガス排出部４に向かって流れ、排気通路を通って装置下方に排出される。
【００９１】
この結果、本実施の形態の気相成長装置１０では、反応室２へのガス導入部３において、III族系材料ガスをガイド板１３ａに設けた拡散孔１４及びガイド板閉塞壁１３ｃの拡散孔１５等から導入し、Ｖ族材料ガスと十分に混合させることにより、基板１面上での材料の成分比を均一にでき、基板１面上に成膜する組成・膜厚の均一性に優れ、しかも再現性にも優れる気相成長を得ることができる。これにより、光学特性のばらつきを低減し、歩留まりが向上した半導体レーザ素子又は発光（ＬＥＤ）素子等の半導体素子を提供することができる。
【００９２】
次に、上述した気相成長装置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１１に基づいて説明する。図１１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。
【００９３】
上記半導体レーザ素子５０の作製に際しては、図１１に示すように、まず、厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮ基板５１を、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）装置である上記気相成長装置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ドーブｎ型ＧａＮ下部ガイド層５４を厚さ０．１μｍに成長させる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、室温にてウェハを気相成長装置１０から取り出す。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
以上のプロセスにより、図１１に示すＧａＮ系の半導体レーザ素子５０が得られる。
【０１００】
上記構成の気相成長装置１０による気相成長の効果について、図１２（ａ）（ｂ）及び図１３に基づいて説明する。図１２（ａ）（ｂ）は、基板１面上（上流側マイナス、下流側プラス表記）のＡｌＧａＮ膜成長時のＡｌＮ及びＧａＮの成長レートの分布を示す。なお、図１２（ａ）において太線実線は本実施の形態のＡｌＮ成長速度を示し、太線破線は本実施の形態のＧａＮ成長速度を示す。また、図１２（ａ）において、細線実線は従来のＡｌＮ成長速度を示し、細線破線は従来のＧａＮ成長速度を示す。また、図１３は、基板面上（上流側マイナス、下流側プラス表記）におけるＡｌＧａＮ膜成長時のＡｌの成分比の分布を示す。
【０１０１】
さらに、図１２（ａ）（ｂ）及び図１３に示す従来結果は、図１５に示す従来装置による構成の場合の結果である一方、本実施の形態の結果は、図６に示す気相成長装置１０の場合の結果である。また、図１２（ａ）（ｂ）及び図１３の結果は、基板１が自転していない場合のシミュレーション結果である。
【０１０２】
本実施の形態の気相成長装置１０では、図６に示すように、III族系ガスを拡散孔１４・１５から供給させる。このため、図１２（ａ）（ｂ）から分かるように、Ｖ族系ガスとIII族系ガスとを十分混合させることができ、組成比ばらつきのない混合ガスを安定して基板１上に供給できるので、基板１上での成長レートも均一化される。
【０１０３】
したがって、基板１面内での膜厚ばらつきが良好になる。また、基板１面上での成長レートに従来例のような傾きがないため、仮に基板位置がわずかにずれたとしても成長レートが変化することが無く、再現性に優れている。
【０１０４】
また、図１３に示すように、図１２（ａ）（ｂ）に示すＡｌＮ及びＧａＮの成長レートの分布と同様に、従来結果に比べて、基板１上でのＡｌ組成比の分布が均一化される。したがって、基板１内の組成比ばらつきが良好になる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、材料ガスを種類別に２分割して反応室２に導入するものとして説明したが、必ずしも２分割に限らず、例えば３分割して導入することができる。例えば、気相成長装置１０ａでは、図１４に示すように、第１ガス導入経路３ａ内に円筒管１２ｄを追加し、この円筒管１２ｄと小径管１２ａとの間に第４ガス導入経路３ｄを形成する。第４ガス導入経路３ｄには、第２ガス導入経路３ｂに供給するIII族系材料ガスの一部を分割して流す。この構成により、III族材料ガスの使用効率を上げられるシミュレーション結果が得られている。
【０１０６】
また、本実施の形態では、基板１を自転させると共に公転させる構造として説明したが、必ずしもこれに限らず、例えば、自転のみ又は公転のみであってもよく、基板１を回転させないものにも適用できる。加えて、各部の構造や形状は、基板の大きさやガス流量等の各種条件に応じて設計することができ、本実施の形態に示した構造、形状に限定されるものではない。
【０１０７】
このように、本実施の形態の気相成長装置１０では、反応室２の中央部から導入され、かつ反応室２の高さ方向に各層のガス経路を形成する複数種類のガスにおける各第１ガス導入経路３ａ、第２ガス導入経路３ｂ、及び第３ガス導入経路３ｃ等のガス経路の間を仕切る複数のガイド板１３ａ・１３ｂを備えている。また、少なくとも１つの第２ガス導入経路３ｂにおけるガイド板１３ａ・１３ｂは閉塞されており、かつ該閉塞されたガイド板１３ａには隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへ該ガスを基板１の手前にて混入させる複数の拡散孔１４又はスリット１４ａが形成されている。
【０１０８】
したがって、少なくとも１つの第２ガス導入経路３ｂを流れるガスは、ガイド板１３ａの拡散孔１４又はスリット１４ａを通して隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへ混入する。このとき、第２ガス導入経路３ｂにおけるガイド板１３ａ・１３ｂは閉塞されているので、複数の拡散孔１４又はスリット１４ａを通して勢いよく底面側の第１ガス導入経路３ａへ混入される。この結果、混合が充分に行われる。
【０１０９】
そして、このガスの混入は基板１の手前にて行われる。このため、基板１の上での混入であれば、基板１の加熱により、ガスが互いに反応するということが起こり得るが、本実施の形態では、そのようなことがなく、混合状態を維持して基板１の表面に平行に供給される。この結果、均一なガスの組成比状態で成膜が行われる。
【０１１０】
したがって、基板１面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置１０を提供することができる。
【０１１１】
この結果、半導体素子の特性の面内での均一性に優れ、再現性にも優れる気相成長装置１０を提供することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、複数の拡散孔１４又はスリット１４ａが形成されたガイド板１３ａ・１３ｂは、凹部からなる冷却部カバー２２内に配設されているので、ガイド板１３ａの拡散孔１４又はスリット１４ａを通して隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへのガスの混入は、凹部内で行われる。この結果、ガスの混入は、基板１表面よりも下側で行われることになり、その混入されたガスは、凹部内から表面へ移動して基板１表面に平行に供給される。したがって、ガスの混入から基板１表面までの距離が長くなり、かつ下から上へのガス移動という複雑な搬送経路となるので、混合がより充分に行われる。また、凹部での混入においては、加熱された基板１からの熱輻射も受け難いものとなる。
【０１１３】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、少なくとも１つの第２ガス導入経路３ｂにおけるガイド板１３ａ・１３ｂを閉塞させる構造として、両側のガイド板１３ａ・１３ｂの先端に形成され、かつ該ガイド板１３ａ・１３ｂに垂直に設けられているガイド板閉塞壁１３ｃにて構成するので、閉塞させるための構造が簡単である。
【０１１４】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、ガイド板１３ａの隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへの複数の拡散孔１４又はスリット１４ａに加えて、ガイド板閉塞壁１３ｃの拡散孔１５からガスを混入させることにより、より複雑なガス拡散が得られ、下向き開口のみでは得られない、下流域での基板１の成膜に効果がある。
【０１１５】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへガスを混入させる第２ガス導入経路３ｂにおける底面側のガイド板１３ａは、第２ガス導入経路３ｂの層間隔が狭まるように、他方のガイド板１３ｂに向けて傾斜部１３ａ１を有して第２ガス導入経路３ｂを閉塞していると共に、複数の拡散孔１４又はスリット１４ａは、傾斜部１３ａ１に形成されているとすることができる。
【０１１６】
これにより、ガイド板１３ａの傾斜部１３ａ１における拡散孔１４又はスリット１４ａからの隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへの混入は、斜め下側に向かって行うことが可能である。この結果、分散混合がバランスよく行われ、下流域での基板の成膜に効果がある。
【０１１７】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、隣接する底面側のガス経路へガスを混入させる複数の拡散孔１４又はスリット１４ａが形成されたガイド板１３ａは、凹部の底面側から数えて最初のガイド板となっている。
【０１１８】
したがって、ガイド板１３ａの拡散孔１４又はスリット１４ａからの隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａへのガスの混入は、凹部の一番深いところで行われることになる。したがって、ガスの混入から基板１表面までの距離が長くなり、かつ凹部の一番下から上へのガス移動という複雑な搬送経路となるので、混合がより充分に行われる。また、凹部の最下位置での混入においては、加熱された基板１からの熱輻射も最も受け難いものとなる。
【０１１９】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、円形のサセプタ２０における円周部に配置された複数の基板１に向けて、ガイド板１３ａにおける１つの円周上又は複数の円周上に等間隔に設けられた複数の拡散孔１４又はスリット１４ａから外周方向に向けて放射状かつ均一に基板１表面に平行に供給することができる。
【０１２０】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、複数の拡散孔１４に限らず、スリット１４ａであっても、円形のサセプタ２０における円周部に配置された複数の基板１に向けて、ガイド板１３ａにおける１つの円周上又は複数の円周上に等間隔に設けられた複数のスリット１４ａから外周方向に向けて放射状かつ均一に基板１表面に平行に供給することができる。
【０１２１】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、第２ガス導入経路３ｂには、III族の材料ガスが供給される一方、隣接する底面側の第１ガス導入経路３ａには、Ｖ族の材料ガスが供給される。
【０１２２】
したがって、III族の材料ガスとＶ族の材料ガスとを均一分散させ、基板１に成膜される組成比・膜厚が均一となり、例えば半導体の特性が均一となり、再現性及び歩留まりが悪いという問題点を解消できる。
【０１２３】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、第２ガス導入経路３ｂには、材料ガスとしてのトリメチルアルミニウム、又はトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムとの混合ガスが供給されていることが好ましい。
【０１２４】
すなわち、III族の材料ガスであるトリメチルアルミニウム、又はトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムとの混合ガスを用いる場合には、特に、基板１面内の組成及び膜厚の不均一性が発生し易い。
【０１２５】
しかじ、本実施の形態では、これらの材料ガスを用いる場合においても、基板１面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る気相成長装置１０を提供することができる。
【０１２６】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、反応室２の中央部に設けられた凹部において、冷却部２１にて、基板１からの輻射熱により温度が上昇するのを抑制することができる。
【０１２７】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、反応室２の中央部に設けられた凹部において、断熱部材２８にて、基板１からの熱伝導により温度が上昇するのを抑制することができる。
【０１２８】
また、本実施の形態の半導体素子の製造方法は、気相成長装置１０を用いて半導体素子を製造する。これにより、基板１面内の組成及び膜厚の均一性を向上し得る半導体素子の製造方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、扁平中空円柱状に形成された反応室に設けられた円形の基板保持台における円周部に配置された複数の基板に向けて該反応室の中央部からガスを導入して外周方向に向けて上記基板表面に平行に供給することにより、加熱された該基板に膜を成長させる縦型の気相成長装置、及び半導体素子の製造方法に利用できる。特に、III−Ｖ族化合物半導体結晶を形成する場合に好適である。半導体素子としては、例えば、半導体レーザ素子、ＬＥＤ素子等の半導体素子に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【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断面図である。
【図２】（ａ）は上記気相成長装置のサセプタの構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記気相成長装置におけるサセプタの他の構成を示す平面図である。
【図３】上記気相成長装置のガス導入部を示す拡大断面図である。
【図４】上記ガス導入部におけるガイド板の構成を示す底面図である。
【図５】上記ガス導入部におけるガイド板の他の構成を示す底面図である。
【図６】上記気相成長装置の変形例を示すものであり、拡散孔を形成したガイド板閉塞壁を備えた気相成長装置を示す断面図である。
【図７】上記気相成長装置のガス導入部を示す拡大断面図である。
【図８】上記気相成長装置のガス導入部を示す斜視図である。
【図９】上記気相成長装置の他の変形例を示すものであり、傾斜部を有するガイド板を備えた気相成長装置を示す断面図である。
【図１０】上記気相成長装置のガス導入部を示す拡大断面図である。
【図１１】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１２】（ａ）（ｂ）は、上記気相成長装置を用いたときの基板上の成長レートを従来との比較において示す図である。
【図１３】上記気相成長装置を用いたときの基板上のＡｌ成分比を従来との比較において示すグラフである。
【図１４】本発明における気相成長装置の他の実施の一形態を示す断面図である。
【図１５】従来の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１      基板
２      反応室
３      ガス導入部
３ａ    第１ガス導入経路（ガス経路）
３ｂ    第２ガス導入経路（ガス経路）
３ｃ    第３ガス導入経路（ガス経路）
３ｄ    第４ガス導入経路（ガス経路）
４      ガス排出部
１０      気相成長装置
１１      隔壁
１２      ガス導入管
１２ａ    小径管
１２ｂ    中径管
１２ｃ    大径管
１２ｄ    円筒管
１３ａ    ガイド板
１３ａ１   傾斜部
１３ｂ    ガイド板
１３ｃ    ガイド板閉塞壁
１４      拡散孔（開口）
１４ａ    スリット（開口）
１５      拡散孔（開口）
２０      サセプタ（基板保持台）
２１      冷却部（冷却手段）
２２      冷却部カバー（凹部）
２３      基板ホルダ
２５      ヒータ
２６ａ    外周部カバー
２６ｂ    内周部カバー
２７      保持部カバー
２８      断熱部材
５０      半導体レーザ素子（半導体素子）
【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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