(57)【要約】【課題】基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置、及び半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】縦型の気相成長装置１０は、扁平中空円柱状に形成された反応室２に設けられた円形のサセプタ２０の円周部上に戴置された複数の基板１に向けて、反応室２の中央部から複数のガスを導入して外周方向に基板１表面に放射状に供給することにより、加熱された基板１に膜を成長させる。複数のガスは、少なくとも４種類以上のガスであり、４種類以上のガスのうちの第１原料ガスが基板１上方から下向きに供給され、かつ第１原料ガス以外の他のガスが基板１表面に平行に供給されている。【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の円周部上に戴置された複数の基板に向けて、該反応室の中央部から複数のガスを導入して外周方向に上記基板表面に放射状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において、
上記複数のガスは、少なくとも４種類以上のガスであり、
上記４種類以上のガスのうちの第１原料ガスが基板上方から下向きに供給され、かつ第１原料ガス以外の他のガスが基板表面に平行に供給されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記基板上方には、第１原料ガスを基板上方から下向きに供給する複数の孔を有する第１原料ガス供給板が設置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】
前記第１原料ガス以外の複数のガスを前記反応室の中央部にそれぞれ個別に導入するように同心に重ねて形成された複数の縦導入管と、
上記各縦導入管の下流側末端に連結し上記第１原料ガス以外の複数のガスを放射状に供給する各流路を形成するように基板に対して互いに平行に設けられた複数の仕切板とが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】
前記基板上方には、第１原料ガスを基板上方から下向きに供給する複数の孔を有する第１原料ガス供給板が設置されていると共に、
前記第１原料ガス以外の複数のガスを前記反応室の中央部にそれぞれ個別に導入するように同心に重ねて形成された複数の縦導入管と、
上記各縦導入管の下流側末端に連結し上記第１原料ガス以外の複数のガスを放射状に供給する各流路を形成するように基板に対して互いに平行に設けられた複数の仕切板とが設けられ、
上記第１原料ガス供給板に設けられた複数の孔は、上記仕切板の末端よりも下流側に位置する範囲に設置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５】
前記第１原料ガス以外の複数のガスを各ガス毎に供給する複数の孔を有するガス供給部が、前記円形の基板保持台の中央部の対面に設置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】
前記ガス供給部は、各ガスを充満させる互いに隔離された複数層構造の空間部を有し、
最下層よりも上層の各空間部には、該空間部よりも下層の空間部を貫通する複数の管が設けられていると共に、
上記最下層の空間部には、最下層の空間部に充満されたガスを下方に供給する複数の孔が形成されていることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記第１原料ガス以外の複数のガスの種類は、基板設置面に近い方から順に、Ｖ族原料を含むガス、III族原料を含むガス、及び水素ガス又は窒素ガスであることを特徴とする請求項３又は４記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記第１原料ガス以外の複数のガスの種類は、少なくともIII族原料を含むガス、Ｖ族原料を含むガス、及び水素ガス又は窒素ガスからなることを特徴とする請求項５又は６記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記第１原料ガス供給板を上下方向に移動させる第１原料ガス供給板移動手段が設けられていることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記複数の仕切板を上下方向に移動させる仕切板移動手段が設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記第１原料ガス供給板に設けられた孔の直径は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記複数の基板をそれぞれ独立して回転させると共に、前記円形の基板保持台をその中心軸にて回転させる回転駆動手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記基板のガス上流側末端位置よりもガス上流側に、基板加熱用とは別個に加熱手段が設けられている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】
前記ガスを排出する排気口が複数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】
前記第１原料ガスは、トリメチルアルミニウム若しくはトリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、又はトリイソブチルアルミニウムの少なくとも１つを含有していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１６】
前記Ｖ族原料がアンモニア、ジヒドラジン又はジメチルヒドラジンであると共に、
前記III族原料がトリメチルガリウム又はトリエチルガリウムであることを特徴とする請求項７又は８記載の気相成長装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の気相成長装置を用いて、アルミニウム−ガリウム−窒素を含有する化合物半導体結晶を結晶成長させて、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、縦型の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中央放射型の縦型の気相成長装置、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】
III−Ｖ族化合物半導体材料の中で窒化物系材料は、例えば青色系発光素子（発光ダイオードや半導体レーザ）として実用化されている。上記窒化物系材料を製造するときに一般的に用いられる結晶成長方法としては、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；以下略して「ＭＯＣＶＤ」と記す）があり、該成長装置はＭＯＣＶＤ装置と呼ばれている。ＭＯＣＶＤの他の呼称としては、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）やＯＭＶＰＥ（Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy）と称する場合もある。
【０００３】
上記ＭＯＣＶＤは、結晶を構成するIII族元素及びＶ族元素を含むそれぞれの原料ガスを、結晶成長させる反応室に導入し、反応室内に設置した基板上で化学反応させることにより結晶を堆積させる。基板は反応室内で加熱されており、ここから供給される熱エネルギーにより化学反応が進行する。窒化物系化合物半導体では、基板として、サファイヤ単結晶、窒化ガリウム単結晶、又は炭化シリコン単結晶等が用いられる。
【０００４】
原料ガスであるIII族系原料としては、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が用いられるのが一般的である。また、原料ガスであるＶ族系原料としては、窒素原子の水素化物であるアンモニア（以下、「ＮＨ３」と称す）が用いられるのが一般的である。なお、III族系原料は通常、液体状態で反応室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まで供給される。
【０００５】
ところで、発光素子の構造は、一般に、バンドギャップ（Band gap：禁制帯）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、場合によっては光学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。
【０００６】
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。このＡｌＧａＮ層は、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）との固溶体で形成された混晶層である。
【０００７】
したがって、このＡｌＧａＮ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-ＸＮ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。
【０００８】
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、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。
【０００９】
したがって、導入されたＴＭＡの反応室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。この事象は、たとえ基板を回転させて均一化を図ろうとしたとしても限界がある。
【００１０】
この問題を回避すべく、特許文献１には、図１３に示すように、基板１０１の上方から全原料ガス及びキャリアガスをシャワー状に供給し、反応の均一性を向上させる技術が開示されている。
【００１１】
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に到達した場合、反応に寄与する割合、つまり材料使用効率が低いという課題がある。
【００１２】
このため、例えば特許文献２に開示される装置構成を適用し、図１４に示すように、ガス上流に予熱領域を設けることにより、分解性の悪い原料ガスを予め分解し反応を促進させることは可能である。開示内容にはある特定ガスの分解促進の記載はなく、反応ガス全体を予め過熱することにより、基板上の反応バラツキを抑制し、結晶の組成バラツキを低減する効果が記載されている。
【００１３】
なお、ＭＯＣＶＤ装置の形態には大きく分類して、横型ＭＯＣＶＤ装置、及び縦型ＭＯＣＶＤ装置という２種類がある。
【００１４】
横型ＭＯＣＶＤ装置は、図１５（ａ）に示すように、略丸型や略四角断面を持つ横長の反応室を有し、ガスを反応室短面側側面から導入し、反応室内に設置された基板表面に平行にガスを流すことにより結晶成長させる形態をとる。このような流れは、基本的には層流を形成する。
【００１５】
一方、縦型ＭＯＣＶＤ装置は、反応室の形状が縦型円筒であることが一般的であり、基板保持台に複数枚の基板を搭載できることから量産性に優れる。この縦型ＭＯＣＶＤ装置には、図１５（ｂ）に示すように、円筒中央からガスを供給して放射状に流して基板上に供給するタイプや、前記図１３に示すように、円筒上面から複数個のガス導入口から鉛直方向にガスを供給するタイプがある。
【００１６】
基板の設置向きに関しては、横型及び縦型のいずれにおいても、成長面を上向きにする場合と下向きにする場合とがある。上記で述べた開示技術はいずれも横型ＭＯＣＶＤ装置である。
【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】特開昭６２-１７４９１３号公報（１９８７年７月３１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記従来の特許文献１に開示される方法では、基板１０１の上方から常に新鮮な原料ガスを供給することが可能となるので、形成される結晶の層厚や組成の均一性を向上させることができる。
【００１８】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示される方法では、シャワー状に供給するために用いる整流板に設置された複数の孔でも反応生成物が形成されるため、孔径が経時変化し、プロセスの再現性を損なう可能性があるという問題点を有している。
【００１９】
また、場合によっては、形成された反応生成物により孔が目詰まりしてしまう可能性もある。したがって、これらの反応生成物を除去するために定期的なメンテナンスを施す必要性があるが、そのためにＭＯＣＶＤ装置を停止しなければならず、ＭＯＣＶＤ装置の稼働率を低下させてしまう問題が発生する。
【００２０】
また、特許文献２に開示される技術は横型ＭＯＣＶＤ装置に関するものであるが、横型ＭＯＣＶＤ装置の場合、搭載できる基板の枚数が制限される。この理由は、上述したように、ガスの流れ方向に生じる原料の濃度分布が避けられないため、複数枚の基板をガス流れ方向に設置すると、単枚設置以上に原料の濃度差が現れ、それらの基板への結晶成長に対して混晶比の均一化が望めないからである。
【００２１】
また、基板の加熱領域が増大することから、ガスの流れの不均一をさらに誘引し、上流側と下流側とで大きな組成ばらつきや層厚ばらつきを起こす恐れがある。仮に、ガス流れ方向に対して単枚設置になるように、流れの垂直方向に一列に複数枚設置する場合は、ガスを流す反応室（フローチャネル）が大型化し、かつ大流量の原料ガスが必要なことから、ガス消費量も多くなり、材料使用効率の観点からも不経済な効率が悪い装置となる。
【００２２】
したがって、量産を考慮した多数枚結晶成長用のＭＯＣＶＤ装置としては、横型ＭＯＣＶＤ装置は不向きと言わざるを得ない。
【００２３】
これに対して、図１５（ｂ）に示すように、中央部から放射状にガスを供給する場合は、流体力学上、ガスは基板面とは平行な流れにならず脈動する。この理由は、ガスは、中央部の一方向の流れから、急に放射状に流れ方向が変えられるためである。したがって、水平方向から見た場合、平均場としては平行流であるが、瞬間的には平行な流れにはならない。また、平面方向から見た場合、放射状に広がっているため、当然、平行流ではない。したがって、中央放射型の縦型の場合、層流ではなく乱流になるのが通常であり、化学反応過程も異なる。この結果、層流モデルの横型と乱流モデルの縦型とでは、大きな相違点があり、ガスの流し方もそれに応じて最適化する必要があることから、両者を同じ考え方で論じることはできない。
【００２４】
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、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置、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】
【００２５】
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の円周部上に戴置された複数の基板に向けて、該反応室の中央部から複数のガスを導入して外周方向に上記基板表面に放射状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において、上記複数のガスは、少なくとも４種類以上のガスであり、上記４種類以上のガスのうちの第１原料ガスが基板上方から下向きに供給され、かつ第１原料ガス以外の他のガスが基板表面に平行に供給されていることを特徴としている。
【００２６】
上記の発明によれば、縦型の気相成長装置では、少なくとも４種類以上のガスのうちの第１原料ガスが基板上方から下向きに供給され、かつ第１原料ガス以外の他のガスが基板表面に平行に供給されている。
【００２７】
したがって、中央放射型の縦型の気相成長装置において、第１原料ガスは基板上方から下向きに供給されるので、基板の上方から常に新鮮な原料ガスを供給することが可能となる。この結果、形成される結晶の層厚や組成の均一性を向上させることができる。
【００２８】
ところで、第１原料ガスが基板上方から下向きに供給する場合、基板に到達するまでに反応生成物が形成されると、プロセスの再現性を損ない、結晶品質の均一化を害する可能性がある。
【００２９】
この点、本発明では、第１原料ガス以外の他のガスが基板表面に平行に供給されているので、この基板に平行な流れを有するガスによって、これらの反応生成物が除去される。
【００３０】
したがって、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置を提供することができる。
【００３１】
また、本発明の気相成長装置では、前記基板上方には、第１原料ガスを基板上方から下向きに供給する複数の孔を有する第１原料ガス供給板が設置されていることが好ましい。
【００３２】
これにより、第１原料ガスが複数の孔を有する第１原料ガス供給板にて、基板上方から下向きに供給される。
【００３３】
したがって、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス以外の複数のガスを前記反応室の中央部にそれぞれ個別に導入するように同心に重ねて形成された複数の縦導入管と、上記各縦導入管の下流側末端に連結し上記第１原料ガス以外の複数のガスを放射状に供給する各流路を形成するように基板に対して互いに平行に設けられた複数の仕切板とが設けられていることが好ましい。
【００３５】
これにより、中央放射型の縦型の気相成長装置において、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の円周部上に戴置された複数の基板に向けて、該反応室の中央部から複数のガスを縦導入管を通して導入し、仕切板を介して外周方向に上記基板表面に放射状に供給することができる。
【００３６】
また、本発明の気相成長装置では、前記基板上方には、第１原料ガスを基板上方から下向きに供給する複数の孔を有する第１原料ガス供給板が設置されていると共に、前記第１原料ガス以外の複数のガスを前記反応室の中央部にそれぞれ個別に導入するように同心に重ねて形成された複数の縦導入管と、上記各縦導入管の下流側末端に連結し上記第１原料ガス以外の複数のガスを放射状に供給する各流路を形成するように基板に対して互いに平行に設けられた複数の仕切板とが設けられ、上記第１原料ガス供給板に設けられた複数の孔は、上記仕切板の末端よりも下流側に位置する範囲に設置されていることが好ましい。
【００３７】
すなわち、第１原料ガス供給板に設けられた複数の孔は、上記仕切板の末端よりも下流側に位置する範囲に設置されている。したがって、第１原料ガスを基板上方から下向きに供給するときに、第１原料ガスが仕切板に照射されることを防止することができる。
【００３８】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス以外の複数のガスを各ガス毎に供給する複数の孔を有するガス供給部が、前記円形の基板保持台の中央部の対面に設置されていることが好ましい。
【００３９】
これにより、第１原料ガス以外の複数のガスを基板に向けて放射状に供給する前に、該ガスの混合を充分に行うことができる。
【００４０】
また、本発明の気相成長装置では、前記ガス供給部は、各ガスを充満させる互いに隔離された複数層構造の空間部を有し、最下層よりも上層の各空間部には、該空間部よりも下層の空間部を貫通する複数の管が設けられていると共に、上記最下層の空間部には、最下層の空間部に充満されたガスを下方に供給する複数の孔が形成されていることが好ましい。
【００４１】
これにより、ガス供給部は、各ガスを充満させる互いに隔離された複数層構造の空間部を有しているので、ガス供給部をコンパクトに構成することができる。
【００４２】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス以外の複数のガスの種類は、基板設置面に近い方から順に、Ｖ族原料を含むガス、III族原料を含むガス、及び水素ガス又は窒素ガスであることが好ましい。
【００４３】
これにより、III族の原料ガスとＶ族の原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、前記第１原料ガス以外の複数のガスの種類は、少なくともIII族原料を含むガス、Ｖ族原料を含むガス、及び水素ガス又は窒素ガスからなることが好ましい。
【００４５】
これにより、III族の原料ガスとＶ族の原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することができる。
【００４６】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス供給板を上下方向に移動させる第１原料ガス供給板移動手段が設けられていることが好ましい。
【００４７】
これにより、第１原料ガス供給板移動手段によって、基板と第１原料ガス供給板との間の距離を変えることができる。したがって、原料ガスの種類等に応じて、最適な成長条件を設定することが可能となる。
【００４８】
また、本発明の気相成長装置では、前記複数の仕切板を上下方向に移動させる仕切板移動手段が設けられていることが好ましい。
【００４９】
これにより、仕切板移動手段によって、基板と複数の仕切板との間の距離を変えることができる。したがって、原料ガスの種類等に応じて、最適な成長条件を設定することが可能となる。
【００５０】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガス供給板に設けられた孔の直径は、５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５１】
これにより、確実に、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置を提供することができる。なお、孔径が５ｍｍよりも大きくなると、局所的な圧力分布の影響が大きくなり、ガスの均一照射の効果が薄れ、基板へ均一供給が困難となり、基板上で場所により照射量が異なることになる。
【００５２】
また、本発明の気相成長装置では、前記複数の基板をそれぞれ独立して回転させると共に、前記円形の基板保持台をその中心軸にて回転させる回転駆動手段が設けられていることが好ましい。
【００５３】
これにより、回転駆動手段により基板を自公転させることによって、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置を提供することができる。
【００５４】
また、本発明の気相成長装置では、前記基板のガス上流側末端位置よりもガス上流側に、基板加熱用とは別個に加熱手段が設けられていることが好ましい。
【００５５】
これにより、加熱手段にてガスを予備加熱することができる。
【００５６】
また、本発明の気相成長装置では、前記ガスを排出する排気口が複数設けられていることが好ましい。
【００５７】
これにより、排出ガスを複数の排気口から同時かつ均一に排出することができる。
【００５８】
また、本発明の気相成長装置では、前記第１原料ガスは、トリメチルアルミニウム若しくはトリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、又はトリイソブチルアルミニウムの少なくとも１つを含有していることが好ましい。
【００５９】
これにより、第１の原料ガスが、トリメチルアルミニウム若しくはトリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、又はトリイソブチルアルミニウムの少なくとも１つを含有するガスである場合において、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置を提供することができる。
【００６０】
また、本発明の気相成長装置では、前記Ｖ族原料がアンモニア、ジヒドラジン又はジメチルヒドラジンであると共に、前記III族原料がトリメチルガリウム又はトリエチルガリウムであることが好ましい。
【００６１】
これにより、Ｖ族原料を含有するガスがアンモニア、ジヒドラジン又はジメチルヒドラジンであり、III族原料を含有する第１原料ガスがトリメチルガリウム又はトリエチルガリウムある場合において、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置を提供することができる。
【００６２】
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、アルミニウム−ガリウム−窒素を含有する化合物半導体結晶を結晶成長させて、半導体素子を製造することを特徴としている。
【００６３】
上記の発明によれば、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現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】
【００６４】
本発明の気相成長装置は、以上のように、複数のガスは、少なくとも４種類以上のガスであり、上記４種類以上のガスのうちの第１原料ガスが基板上方から下向きに供給され、かつ第１原料ガス以外の他のガスが基板表面に平行に供給されているものである。
【００６５】
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、アルミニウム−ガリウム−窒素を含有する化合物半導体結晶を結晶成長させて、半導体素子を製造する方法である。
【００６６】
それゆえ、基板面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置、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】
【００６７】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６８】
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である。
【００６９】
図１に示すように、気相成長装置１０は、縦型の気相成長装置であり、円盤状（円形）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。
【００７０】
上記隔壁１１の中央部には、原料ガス及びサブフローガスが導入されるガス導入部３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、反応室２の外周には排気口としての複数の排気ポート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。
【００７１】
上記円盤状のサセプタ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２１がサセプタ２０の外周部に同一円周上に複数個、等間隔で配置されている。上記基板１は、この基板１上に形成される半導体薄膜の成長面を上に向けた形態で、基板ホルダ２１上に１枚載置されている。本実施の形態の場合、図２（ａ）に示すように、例えば、基板直径２インチの基板１を１２枚設置している。なお、図２（ａ）では、基板ホルダ２１の上に、１個の基板１が載置されているが、必ずしもこれに限らず、例えば、図２（ｂ）に示すように、基板ホルダ２１の上に、複数個の基板１が載置されていてもよい。
【００７２】
上記サセプタ２０における基板ホルダ２１の下部には、図１に示すように、基板１を成長温度に加熱する基板加熱用ヒータ２２が設けられていると共に、基板１の上流側である、サセプタ２０の中央部分にも、導入ガスを予備加熱するために加熱手段としての予備加熱ヒータ２３が設置されている。したがって、供給されるガスが基板１に到達される前に加熱されるようになっている。
【００７３】
上記基板１は、設置場所で基板中心軸にて回転し、かつサセプタ２０もその中心軸にて回転するようになっている。この結果、基板１は反応室２内で自転及び公転することになる。すなわち、気相成長装置１０は、例えば図３に示すように、回転駆動手段としての自公転駆動装置３０を有している。この自公転駆動装置３０では、サセプタ２０と一体になった逆転用大歯車３４が逆転用大歯車回転軸３４ａを中心として回転駆動されることにより、サセプタ２０が回転する。このとき、この逆転用大歯車３４に歯合する小歯車３３が中心シャフト３２を中心に回転することにより、基板１が自転するようになっている。
【００７４】
次に、上記ガス導入部３は、図１に示すように、同心円状に分離された縦導入管としての導入管１２ａ〜１２ｃ、及び導入管１２ｄによって、４つのガス導入ポート３ａ〜３ｄに分かれている。そして、上記複数の導入管１２ａ〜１２ｄの各下流側末端は、基板１に対して互いに平行に設けられた仕切板１３ａ〜１３ｄに連結されている。この結果、各ガスの流路は、円筒配管である導入管１２ａ〜１２ｄとドーナツ状円板である仕切板１３ａ〜１３ｄとによって仕切られた流路を形成することとなる。
【００７５】
したがって、ガス導入ポート３ａ〜３ｄからそれぞれ導入されたガスは、同心円状に分離された導入管１２ａ〜１２ｄ内を鉛直下方向に流れ、下方末端にて水平方向に方向転換し、基板１面に平行に放射状に流れ、基板１上に供給されることになる。
【００７６】
ここで、本実施の形態では、各流路を形成する各仕切板１３ａ〜１３ｄにおけるガス下流側先端位置は、例えば、高さ方向において基板１に近い側の仕切板１３ａから遠い側の仕切板１３ｃに伴って、順次、基板１に近づく位置に配されている。この結果、上記ガス導入ポート３ａ〜３ｄからそれぞれ導入されたガスは、水平方向に流れを方向転換した後も、ある一定距離は各ガスが混合しないように仕切板１３ａ〜１３ｄによって分離供給される。
【００７７】
また、本実施の形態では、サセプタ２０側から３番目に配設された第３の仕切板である仕切板１３ｃと４番目に配設された第４の仕切板である仕切板１３ｄとは、ガスの流れ方向において先端部が同じ位置に設けられていると共に、その先端部は、サセプタ２０において基板１よりも外周側に位置している。さらに、仕切板１３ｃと仕切板１３ｄとは、その先端部において垂直に設けられた仕切板閉塞壁１３ｃｄによって閉塞されている。
【００７８】
そして、上記仕切板閉塞壁１３ｃｄにて閉塞された上記仕切板１３ｃにおける基板１の上方の対面領域には、複数個の孔としての貫通孔Ｈが設けられており、この貫通孔Ｈからガスが垂直にシャワー状に基板１の表面に噴出されるものとなっている。本実施の形態においては、以降の説明において、上記仕切板１３ｃ、仕切板閉塞壁１３ｃｄ及び仕切板１３ｄによって囲まれた閉空間を独立シャワー照射室１４と称す。また、複数の貫通孔Ｈを設けた整流用の底板を第１原料ガス供給板としてのシャワー部１４ａと称す。
【００７９】
上記貫通孔Ｈは、図４に示すように、仕切板１３ｃ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。
【００８０】
また、本実施の形態では、上述したように、仕切板１３ｃは、複数の貫通孔Ｈを設けることにより、ガスを整流する整流板としての機能を有するものとなっている。ここで、整流板とは、ガスの流速を均一化する多孔板を意味する。すなわち、孔が大口径の場合、図５（ａ）に示すように、その断面流速分布は、一般に中央部の流速が速くなる。そのため、流速分布の影響で、基板上での反応の不均一を招いてしまう恐れがある。これを回避するために、図５（ｂ）に示すように、多孔にすることによって、ガスの流速を均一化し、基板１上に均一にガスを照射することができるものとなっている。
【００８１】
また、本実施の形態では、上記仕切板１３ａ〜１３ｄは、材質が石英からなっている。その理由は、加熱された基板１からの熱輻射により仕切板１３ａ〜１３ｄの温度が上昇し、反応生成物が付着した場合に洗浄が容易であるためである。また、金属製にした場合、導入する水素ガスによる水素脆性や過昇温となった場合の金属組織変化や金属疲労が懸念されるためである。すなわち、気相成長装置１０において、温度が上昇する可能性がある部位に関しては、耐熱性に優れ、かつ不純物等の汚染物質を排出しない、例えば石英等を使用するのが好ましい。
【００８２】
また、本実施の形態では、上記導入管１２ａ及び仕切板１３ａと、導入管１２ｂ及び仕切板１３ｂと、導入管１２ｃ及び仕切板１３ｃ並びに導入管１２ｄ及び仕切板１３ｄとは、それぞれ個別に上下移動可能となっている。
【００８３】
すなわち、導入管１２ｃ及び仕切板１３ｃ並びに導入管１２ｄ及び仕切板１３ｄは、伸縮自在の第１原料ガス供給板移動手段としてのベローズ１５を介在したフランジ１５ａに支持されており、このフランジ１５ａを図示しない駆動機構にて上下駆動させることにより導入管１２ｃ及び仕切板１３ｃ並びに導入管１２ｄ及び仕切板１３ｄが上下移動するようになっている。なお、導入管１２ｃ及び仕切板１３ｃ並びに導入管１２ｄ及び仕切板１３ｄは、上下移動した後は、その位置で固定されるものとなっている。
【００８４】
また、導入管１２ｂ及び仕切板１３ｂは、伸縮自在の仕切板移動手段としてのベローズ１６を介在したフランジ１６ａに支持されており、このフランジ１６ａを図示しない駆動機構にて上下駆動させることにより導入管１２ｂ及び仕切板１３ｂが上下移動するようになっている。なお、導入管１２ｂ及び仕切板１３ｂは、上下移動した後は、その位置で固定される。
【００８５】
さらに、上記導入管１２ａ及び仕切板１３ａは、図示しない支持部にて支持されており、前記同様に、図示しない駆動機構によりその高さ位置を調整した後、その調整後の位置で固定できるようになっている。
【００８６】
なお、ベローズ１５・１６を用いているのは、仕切板１３ａ〜１３ｄを３６０度均等に高さ調整できること、摺動部分がないので、摺動部分による屑がでないこと、及びボルト等では潤滑油が必要となるが１５・１６では不要であり、クリーンであること等による。
【００８７】
上記ベローズ１５・１６にて、仕切板１３ａを個別に別途独立して動かすことができる目的について説明する。
【００８８】
すなわち、本実施の形態の気相成長装置１０では、例えば、窒化物系発光デバイスの気相成長に使用される。このような窒化物系発光デバイスは、通常、異種材料をヘテロエピタキシャルさせた多層膜構造をしており、後述する図８に示すように、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離に特性の依存性を有している。図８は、成長条件での一例であり、特性を変化させるために流量条件を変更したり基板１の温度を変えたりした場合、この依存性が変わる可能性が十分にある。また、デバイスの種類が変わり、素子構造が変われば、やはりこの距離の最適値は変わる。したがって、成長条件や製造デバイスを変更した場合等においては、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離等を変更するのが好ましい。
【００８９】
この点、従来の気相成長装置は、この距離を概ねの範囲を定めて固定しているものが殆どである。基板１とシャワー部１４ａとの間の距離を固定していることは、製造デバイスも成長条件も殆ど変更しない場合等では良いが、様々な状況に対応するためには不適である。
【００９０】
次に、上記構成の気相成長装置１０における気相成長方法について、図１に基づいて説明する。
【００９１】
先ず、サセプタ２０の基板ホルダ２１に基板１を載置する。この基板１は、その下部に設置された基板加熱用ヒータ２２により成長温度に加熱される。また、導入ガスは、基板１の上流側に設けた予備加熱ヒータ２３にて、基板１に到達される前に予備加熱される。これにより、ガスが、基板１に到達される前に加熱され、分解促進される。
【００９２】
本実施の形態では、導入されるガス種については、ガス導入ポート３ａからはＶ族原料を含むガスが導入され、ガス導入ポート３ｂ・３ｄからはIII族原料を含むガスが導入され、ガス導入ポート３ｃからはサブフローとなる窒素ガス又は水素ガスがそれぞれ導入される。
【００９３】
上記ガス導入ポート３ａから導入されるガスは、導入管１２ａを下方向に流れた後、基板１を載置する円形のサセプタ２０における表面にて流れを水平方向に転換し、基板１の表面に到達する。また、ガス導入ポート３ｂ・３ｃから導入されるガスも同様に、導入管１２ｂ・１２ｃを下向きに流れた後、水平方向に流れを方向転換する。このとき、ガス導入ポート３ｂ・３ｃを流れるガスはある一定距離は互いに混合しないように、仕切板１３ａ・１３ｂにより分離され供給される構造をとる。すなわち、仕切板１３ａ・１３ｂ間を通るガスの流路は、円筒配管からなる導入管１２ｂ・１２ｃとドーナツ状円板である仕切板１３ａ・１３ｂとによって仕切られた流路を形成されることになる。
【００９４】
一方、ガス導入ポート３ｄから導入されるガスは、導入管１２ｃ・１２ｄにて下方向へ流れた後、水平方向への流れに転換されるが、仕切板閉塞壁１３ｃｄにて閉塞された独立シャワー照射室１４に導入されることになり、該閉空間の底板である仕切板１３ｃのシャワー部１４ａに設けられた複数の貫通孔Ｈを通して反応室２内に供給される。
【００９５】
上記貫通孔Ｈは基板１の対面に設置されており、ガスは複数の貫通孔Ｈを通してシャワー状に基板１の表面に供給される。
【００９６】
このとき、ベローズ１５・１６は、独立シャワー照射室１４及び仕切板１３ｂの高さ位置を調整する働きをする。すなわち、ベローズ１５により独立シャワー照射室１４を含めた仕切板１３ｃ・１３ｄをまとめて動かすことができ、ベローズ１６により仕切板１３ｂをさらに独立に動かすことができる。また、仕切板１３ａを個別に別途独立して動かすことができる。このため、基板１の表面からシャワー面までの距離、及び基板１の設置面と中央放射する仕切板１３ａ・１３ｂとの間の距離を独立して制御できることになる。
【００９７】
上記複数の貫通孔Ｈを通してシャワー状に基板１の表面に供給されたガスは、基板１表面に膜を形成する。また、基板１上を通過し、膜にならなかったガスは、基板１の下流側に設置された排気ポート４から排出される。この排気ポート４は、下流側に、サセプタ２０の最外周から見て下方向に例えば６個設置されており（図１においては６個中２個を図示する）、上方から見て対称となる角度６０度毎の位置関係に設置されている。この理由は、排気ポート４の位置によりガスの流れが依存性を持ち、均一性を乱すことを回避するためである。すなわち、複数個の排気ポート４をガスの流れ方向に対して対称関係を満足するよう配置することにより極力排気位置の依存性を低減している。したがって、該位置関係に限定されるものではなく、ガスの流れに対して偏重した排気にならなければ良い。
【００９８】
なお、図１においては、図の煩雑を避けるため、測定機器類、水冷機構、機構部品、及びラジエーションシールド等その他構成要素部品は図には示していない。また、本実施の形態では、基板１の成長面が上向きとなるフェイスアップの方式をとったが、必ずしもこれに限らず、成長面が下向きとなるフェイスダウン方式でも構わない。さらに、ガスは、反応室２の上方から導入管１２ａ〜１２ｄを通して下向きに導入したが、フェイスダウン方式時等には、逆に反応室２の下方から上向きに導入することも可能である。
【００９９】
次に、気相成長装置１０を用いて、基板１にＡｌＧａＮ層を形成する際の成長条件を以下に示す。
【０１００】
本実施の形態では、ガス導入ポート３ａ〜３ｄには、それぞれＮＨ３、ＴＭＧ＋水素ガス、窒素ガス、及びＴＭＡ＋水素ガスが導入される。これより、中間反応が顕著なＴＭＡは、ガス導入ポート３ｄから導入され、独立シャワー照射室１４を介して独立に基板１上に供給されることになる。
【０１０１】
この結果、他のガスとは基板１の直前まで混合されないため、従来例に記載した余分な中間生成物を形成することはない。また、複数の貫通孔Ｈからシャワー状に供給するため、結晶品質の均一性の優れた膜形成が可能となる。さらに、予備加熱ヒータ２３によりＴＭＧとＮＨ３とが反応前に加熱されることになるが、特に、反応性が低いＮＨ３に対して有効であり、熱分解が進行することが期待される。
【０１０２】
本実施の形態では、導入ガスの流量について、例えば、ガス導入ポート３ａから５０ＳＬＭ（８．４５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）のＮＨ３と５０ＳＬＭ（８．４５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の水素ガスとを導入し、ガス導入ポート３ｂから１５ＳＣＣＭ（２．５３５×１０−２  Ｐａ ｍ３／ｓ）のＴＭＧと５０ＳＬＭ（８．４５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の水素ガスとを導入する。また、ガス導入ポート３ｃから７５ＳＬＭ（１２．６７５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の窒素ガスを導入し、ガス導入ポート３ｄから１ＳＣＣＭ（１．６９×１０−３  Ｐａ ｍ３／ｓ）のＴＭＡと５０ＳＬＭ（８．４５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の水素ガスとを導入する。なお、ガス導入ポート３ｃには水素ガスを流しても良い。また、基板１の温度は例えば１０７５℃で成長を行っている。
【０１０３】
本条件により、ＡｌＧａＮ膜を形成させた場合のＡｌ混晶比分布は直径２インチの基板１の範囲で混晶比平均値に対して±２．０％が得られ、非常に反応の均一性に優れていることが明らかとなった。
【０１０４】
また、シャワー部１４ａに堆積物は見られず、生成物による目詰まりが生じ難い構造であることを確認した。この理由は、ガス導入ポート３ｃからサブフローとして導入した窒素ガスが、シャワー部１４ａにおける貫通孔Ｈの近傍での原料ガス同士の混合及び反応を遮断する働きをしているためであると考えられる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、いずれも上記成長条件を使用したが、これは一例であって限定されるものではない。
【０１０６】
ここで、独立シャワー照射の効果を明確にするために、独立シャワー照射室１４に原料ガスを流さず、中央からのガス供給のみでＡｌＧａＮ膜を成長した場合に関し、ＡｌＧａＮ膜中のＡl混晶比ｘの比較した結果を図６に示す。図６における横軸は直径２インチの基板１上の位置において、ガス流れ方向に対して０ｍｍがガス上流側であり、５０ｍｍがガス下流側となっている。縦軸はＡｌＸＧａ１−ＸＮで表記するＡｌ混晶比ｘを示す。なお、本実施の形態では、Ａｌの反応状態をより顕著に把握するために、基板１及びサセプタ２０の回転を停止した状態で成長を行った。
【０１０７】
また、比較例である中央放射のみでの成長条件は、ガス導入ポート３ａから５０ＳＬＭ（８．４５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）のＮＨ３と５０ＳＬＭ（８．４５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の水素ガスとを導入し、ガス導入ポート３ｂから１５ＳＣＣＭ（２．５３５×１０−２  Ｐａ ｍ３／ｓ）のＴＭＧと１ＳＣＣＭ（１．６９×１０−３  Ｐａ ｍ３／ｓ）のＴＭＡと１００ＳＬＭ（１６．９×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の水素ガスとを導入し、ガス導入ポート３ｃから７５ＳＬＭ（１２．６７５×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の窒素ガスを導入した。
【０１０８】
さらに、シャワー部１４ａの目詰まりを回避するため、ガス導入ポート３ｄからも１０ＳＬＭ（１．６９×１０１  Ｐａ ｍ３／ｓ）の窒素ガスを導入した。すなわち、本実施の形態ではガス導入ポート３ｄからＴＭＡを導入していたのに対して、比較例ではガス導入ポート３ｄからのＴＭＡの導入をやめ、ガス導入ポート３ｂにＴＭＡの導入を追加した点が異なっている。
【０１０９】
図６に示すように、独立シャワー照射ではなく、比較例である中央放射のみで成長した場合には、上流から下流にかけてＡｌ混晶比ｘが急激に単調減少しており、前記〔発明が解決しようとする課題〕の欄で述べた中間反応の影響が出ていることがわかる。
【０１１０】
一方、本実施の形態の独立シャワー照射を用いた場合には、基板１上への均一拡散効果により、中間反応の影響が低減し、単調減少の傾きが明らかに小さく、組成分布が改善されていることがわかる。
【０１１１】
ただし、均一照射でも若干の傾きが生じ単調減少するのは、サブフローの流れでＴＭＡが下流に流されてしまう影響があると考えられる。以上の結果から、独立シャワー照射の効果は明白であり、Ａｌ混晶比ｘのばらつきを低減することが可能となることがわかった。
【０１１２】
次に、図７に、シャワー部１４ａに設けた貫通孔Ｈの孔径、すなわち貫通孔Ｈの直径におけるＡｌ混晶比ｘの分布に対する依存性を示す。横軸は貫通孔Ｈの孔径を示している。なお、シャワー部１４ａに設置された複数の貫通孔Ｈは全て同じ直径で構成されている。縦軸はＡｌ混晶比ｘの分布を示しており、成長させた１２枚の基板１について、各基板１上にて格子状に５ｍｍ間隔で測定したＡｌ混晶比ｘの最大値と最小値との差分を膜の設計組成値で割った値、すなわち膜の設計組成値に対するばらつき（１００分率）の１２枚平均値になる（グラフ中の白丸）。グラフ中のエラーバーは１２枚の基板１における膜の設計組成値に対するばらつき（１００分率）の最大値・最小値を示している。
【０１１３】
例えば、１２枚の基板上にＡｌＧａＮ膜を成膜したときの、各基板１（Ａ〜Ｌ）の膜組成が、表１のようになっていたとする。膜の設計組成値は例えば５．７％である。この場合、各基板１の最大／最小値の差分Δを求め、膜の設計組成値Ｓに対して、どの程度ばらついていたかを示すために、差分Δを膜の設計組成値Ｓ＝５．７％で割り、分布を出すＲ。そして、各基板１の分布の最大値（ｍａｘ）／最小値（ｍｉｎ）をエラーバーにし、１２枚の分布の平均値を○にてプロットしている。なお、この表１は、Ａｌ混晶比ｘの平均値及びエラーバーを説明するためのものであり、図７等に示すデータとは一致していない。
【０１１４】
【表１】
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【０１１５】
図７に示すように、貫通孔Ｈの孔径が概ね５ｍｍ以下のとき、ばらつきが小さく、Ａｌ混晶比ｘの分布が５％以下になっていることがわかる。貫通孔Ｈの孔径が５ｍｍよりも大きくなると急激にＡｌ混晶比ｘの分布が劣化するのは、孔径が大きくなれば、局所的な圧力分布の影響が大きくなり、均一照射の効果が薄れ、すなわち、基板１へ均一供給が困難となり、基板１上で場所により照射量が異なるためであると考えられる。したがって、シャワー部１４ａに設ける貫通孔Ｈの孔径に関し、適正な直径があることが明らかとなった。
【０１１６】
次に、図８に、基板１と独立シャワー照射用のシャワー部１４ａとの間の距離を変化させた場合のＡｌ混晶比ｘの分布を示す。横軸は基板１とシャワー部との間の距離を示している。縦軸はＡｌ混晶比ｘの分布を示しており、成長させた１２枚の基板１について、各基板１上にて格子状に５ｍｍ間隔で測定したＡｌ混晶比ｘの最大値と最小値との差分を膜の設計組成値で割った値、すなわち膜の設計組成値に対するばらつき（１００分率）の１２枚平均値になる（グラフ中の白丸）。グラフ中のエラーバーは１２枚の基板１における膜の設計組成値に対するばらつき（１００分率）の最大値・最小値を示している。
【０１１７】
図８に示すように、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下のときに分布が良好であり、５％以下を達成していることがわかる。
【０１１８】
基板１とシャワー部１４ａとの間の距離が５ｍｍ未満の場合に分布が劣化しているのは、おそらくガスの流れが乱れ、反応の均一性が薄れ、また、シャワー部１４ａが加熱された基板１に近過ぎるために高温になり、さらにガスの乱れによってサブフローによる遮蔽効果が薄れ、貫通孔Ｈに反応生成物が発生し、ガス供給の均一性も乱れるためであると考えられる。
【０１１９】
また、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離が３０ｍｍ以上ではサブフローの流れによりＴＭＡが下流側に流される影響が大きくなったものと考えられる。さらに、距離が大きくなった場合、別の不都合事例として、ガスが大量に必要になるため、材料費の高騰を招く懸念がある。すなわち、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離を大きくした上で、成長時圧力が一定でかつ基板１上での流速を同条件で保持するためには、ガス流量を増加させなければならず、原材料費用の増大を招くことになり、製造する素子の原価増加につながる。したがって、成長時に発生するコストを考慮した場合、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離はできるだけ小さく、かつ流れが乱れない範囲で距離を設定する必要がある。
【０１２０】
本実施の形態では、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離が５〜３０ｍｍのときが最適な空間距離と言える。ただし、この距離は、反応室２の形態やガス流量、成長温度等の成長条件に依存するものであり、一概に規定するものではない。その系に適切な空間距離が存在し、その値になるよう距離設定ができる、すなわち、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離に関し、調整機構を有することが重要となる。
【０１２１】
次に、図９に、ガス上流側に予備加熱ヒータ２３を通電してガスを加熱した場合と、予備加熱ヒータ２３を通電せずガスを加熱しない場合とについて、成長レートの比較を行った結果を示す。
【０１２２】
この成長レートの比較において、予備加熱ヒータ２３にてガスを加熱した場合は予備加熱ヒータ２３の近傍に設置した熱電対温度は３００℃に設定したが、この温度は一例であって、これに限定されるものではない。
【０１２３】
同図において、横軸は直径２インチの基板１上の位置を示し、ガス流れ方向に対して、０ｍｍがガス上流側で５０ｍｍがガス下流側となっている。縦軸はその位置における膜厚測定結果及び成長時間からの成長レートの算出値を示す。なお、本確認実験においても、反応状態をより顕著に反映させるために、基板１及びサセプタ２０の回転を停止した状態で成長を行った。
【０１２４】
この結果、図９に示すように、予備加熱ヒータ２３にてガスの予備加熱を行った場合は、行わなかった場合に比較して、基板１の全体に渡り成長レートが高く、成長レートの平均値は、「予備加熱あり」の場合が０．６９μｍ／ｈであったのに対し、「予備加熱なし」の場合では０．６４μｍ／ｈであった。この理由は、予備加熱ヒータ２３にてガスの予備加熱を行うことにより、ＮＨ３ガスの分解が促進され反応性が活性になったため、膜形成する原子数が増加したためと考えられる。
【０１２５】
このことは、同一成長条件において成長効率が良いことを意味し、投入される原料の量が同じであっても成長レートが大きいので、それだけ原料の使用効率が良いことになる。
【０１２６】
また、成長レートが大きいということは、同じ膜厚の構造を持つ半導体素子を成長させる場合にはそれだけ成長時間が短くなり、気相成長装置１０の稼働率も向上することになる。
【０１２７】
最後に、上述した気相成長装置１０を用いた具体的な半導体素子としての例えば半導体レーザ素子の製造方法について、図１０に基づいて説明する。図１０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。
【０１２８】
上記半導体レーザ素子５０の作製に際しては、図１０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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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系半導体層であるＳｉドープｎ型ＧａＮ下部コンタクト層５２、ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ下部クラッド層５３、及びＳｉドーブｎ型ＧａＮ下部ガイド層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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
以上のプロセスにより、図１０に示すＧａＮ系の半導体レーザ素子５０が得られる。
【０１３５】
このように、本実施の形態の気相成長装置１０では、少なくとも４種類以上のガスのうちの第１原料ガスが基板１の上方から下向きに供給され、かつ第１原料ガス以外の他のガスが基板１の表面に平行に供給されている。
【０１３６】
したがって、中央放射型の縦型の気相成長装置１０において、第１原料ガスは基板１の上方から下向きに供給されるので、基板１の上方から常に新鮮な原料ガスを供給することが可能となる。この結果、形成される結晶の層厚や組成の均一性を向上させることができる。
【０１３７】
ところで、第１原料ガスが基板１の上方から下向きに供給する場合、基板１に到達するまでに反応生成物が形成されると、プロセスの再現性を損ない、結晶品質の均一化を害する可能性がある。
【０１３８】
この点、本実施の形態では、第１原料ガス以外の他のガスが基板１の表面に平行に供給されているので、この基板１に平行な流れを有するガスによって、これらの反応生成物が除去される。
【０１３９】
したがって、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置１０を提供することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、基板１の上方には、第１原料ガスを基板１の上方から下向きに供給する複数の貫通孔Ｈを有するシャワー部１４ａが設置されている。
【０１４１】
これにより、第１原料ガスが複数の貫通孔Ｈを有するシャワー部１４ａにて、基板１の上方から下向きに供給される。したがって、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現することができる。
【０１４２】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、第１原料ガスを基板１の上方から下向きに供給するときに該第１原料ガスの流速を均一化する複数の貫通孔Ｈを有する第１原料ガス用整流板であるシャワー部１４ａが、基板１の上方に設置されている。
【０１４３】
これにより、第１原料ガスが複数の貫通孔Ｈを有するシャワー部１４ａにて流速を均一化されて、基板１の上方から下向きに供給される。したがって、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現することができる。
【０１４４】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、第１原料ガス以外の複数のガスを反応室２の中央部にそれぞれ個別に導入するように同心に重ねて形成された複数の導入管１２ａ〜１２ｃと、各導入管１２ａ〜１２ｃの下流側末端に連結し第１原料ガス以外の複数のガスを放射状に供給する各流路を形成するように基板１に対して互いに平行に設けられた複数の仕切板１３ａ〜１３ｃとが設けられている。
【０１４５】
これにより、中央放射型の縦型の気相成長装置１０において、扁平中空円柱状に形成された反応室２に設けられた円形のサセプタ２０の円周部上に戴置された複数の基板１に向けて、反応室２の中央部から複数のガスを導入管１２ａ〜１２ｃを通して導入し、仕切板１３ａ〜１３ｃを介して外周方向に基板１の表面に放射状に供給することができる。
【０１４６】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワー部１４ａに設けられた複数の貫通孔Ｈは、仕切板１３ａ〜１３ｂの末端よりも下流側に位置する範囲に設置されている。
【０１４７】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワー部１４ａに設けられた第１原料ガスの流速を均一化する複数の貫通孔Ｈは、仕切板１３ａ〜１３ｂの末端よりも下流側に位置する範囲に設置されている。
【０１４８】
したがって、第１原料ガスを基板１の上方から下向きに供給するときに、第１原料ガスが仕切板１３ａ〜１３ｂに照射されることを防止することができる。
【０１４９】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、第１原料ガス以外の複数のガスの種類は、基板１の設置面に近い方から順に、Ｖ族原料を含むガス、III族原料を含むガス、及び水素ガス又は窒素ガスである。
【０１５０】
これにより、III族の原料ガスとＶ族の原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することができる。
【０１５１】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワー部１４ａを上下方向に移動させるベローズ１５が設けられている。
【０１５２】
これにより、ベローズ１５によって、基板１とシャワー部１４ａとの間の距離を変えることができる。したがって、原料ガスの種類等に応じて、最適な成長条件を設定することが可能となる。
【０１５３】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、複数の仕切板１３ａ・１３ｂを上下方向に移動させるベローズ１６が設けられている。これにより、ベローズ１６によって、基板１と複数の仕切板１３ａ・１３ｂとの間の距離を変えることができる。したがって、原料ガスの種類等に応じて、最適な成長条件を設定することが可能となる。
【０１５４】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワー部１４ａに設けられた孔の直径は、５ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１５５】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワー部１４ａに設けられた第１原料ガスの流速を均一化する孔の直径は、５ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１５６】
これにより、確実に、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置１０を提供することができる。なお、孔径が５ｍｍよりも大きくなると、局所的な圧力分布の影響が大きくなり、ガスの均一照射の効果が薄れ、基板１へ均一供給が困難となり、基板１上で場所により照射量が異なることになる。
【０１５７】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、複数の基板１をそれぞれ独立して回転させると共に、円形のサセプタ２０をその中心軸にて回転させる自公転駆動装置３０が設けられている。これにより、自公転駆動装置３０により基板１を自公転させることによって、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置１０を提供することができる。
【０１５８】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、基板１のガス上流側末端位置よりもガス上流側に、基板加熱用の基板加熱用ヒータ２２とは別個に予備加熱ヒータ２３が設けられている。これにより、予備加熱ヒータ２３にてガスを予備加熱することができる。
【０１５９】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、ガスを排出する排気ポート４が複数設けられている。これにより、排出ガスを複数の排気ポート４から同時かつ均一に排出することができる。
【０１６０】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、第１の原料ガスが、トリメチルアルミニウム若しくはトリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、又はトリイソブチルアルミニウムの少なくとも１つを含有するガスである場合において、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置１０を提供することができる。
【０１６１】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、Ｖ族原料を含有するガスがアンモニア、ジヒドラジン又はジメチルヒドラジンであり、III族原料を含有する第１原料ガスがトリメチルガリウム又はトリエチルガリウムある場合において、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る縦型の気相成長装置１０を提供することができる。
【０１６２】
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、アルミニウム−ガリウム−窒素を含有する化合物半導体結晶を結晶成長させて、半導体素子を製造する。
【０１６３】
これにより、基板１面に成長する結晶における結晶品質の均一化を実現し得る半導体素子の製造方法を提供することができる。
【０１６４】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１１及び図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６５】
本実施の形態の気相成長装置７０は、図１１に示すように、前記実施の形態１の気相成長装置１０の構成に比べて、基板１の上方に貫通孔Ｈを有する独立シャワー照射室７４が存在する点が共通しているが、ガス導入部７３に関して、Ａｌ原料ガスを含むガスを導入するガス導入ポート７３ａ、Ｇａ原料ガスを含むガス導入ポート７３ｂ、及びＶ族原料ガスを含むガスを導入するガス導入ポート７３ｃがあり、それぞれ隔壁で仕切られた個別の閉空間へ導入される構造をとる点が異なっている。その他の基板１、円形のサセプタ２０、基板加熱用ヒータ２２等のガス導入部以外の構造、要素部品は、図１記載の構成と同様である。
【０１６６】
すなわち、本実施の形態の気相成長装置７０では、図１１に示すように、ガス導入部７３は、Ａｌ原料ガスを含むガスを導入するガス導入ポート７３ａ、Ｇａ原料ガスを含むとしてのガス導入ポート７３ｂ、及びＶ族原料ガスを含むガスを導入するガス導入ポート７３ｃを有していると共に、各ガス導入ポート７３ａ〜７３ｃは、それぞれ隔壁で仕切られた個別の閉空間であるＡｌ用独立シャワー照射室７４ａ、ガス供給部及び空間部としてのＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ、及びガス供給部及び空間部としてのＶ族用独立シャワー照射室７４ｃへ導入される。
【０１６７】
上記Ａｌ原料ガスを含むガスは、ガス導入ポート７３ａを構成する導入管７２ａを通してＡｌ用独立シャワー照射室７４ａに導入される。Ａｌ用独立シャワー照射室７４ａは、基板１上方に記置されており、このＡｌ用独立シャワー照射室７４ａには、原料ガスをシャワー状に照射するための複数の貫通孔Ｈ１が基板１の直上付近に設置され、Ａｌ原料ガスは下向きに流れ、基板１の表面に照射される。
【０１６８】
一方、Ｇａ原料及びＶ族原料を含むガスは、それぞれ反応室２の中央付近に設置されたそれぞれ独立したＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃに導入管７２ｂ・７２ｃを通して導入される。
【０１６９】
上記Ｇａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃは、図１２に示すように、Ｇａ用独立シャワー照射室７４ｂとＶ族用独立シャワー照射室７４ｃとが同一壁面を共有する２層構造を有している。すなわち、上層室となるＶ族用独立シャワー照射室７４ｃの底板と下層室となるＧａ用独立シャワー照射室７４ｂの上壁板とが共用される構造となっている。詳細には、上層室となるＶ族用独立シャワー照射室７４ｃからは下向きに多数の管としての配管Ｈ３が設置されており、下層室を貫通する形態になっている。配管接合部は溶接されており、配管Ｈ３内の通るガスが下層室であるＧａ用独立シャワー照射室７４ｂに漏れ出すことはない。一方、下層室である各Ｇａ用独立シャワー照射室７４ｂは連通していると共に、Ｇａ用独立シャワー照射室７４ｂには、孔としての貫通孔Ｈ２が多数設置されている。したがって、下層室には配管Ｈ３という、あたかも「柱」が立っていて、なおかつ床面には貫通孔Ｈ２が多数空いているような部屋になっている。
【０１７０】
なお、本実施の形態では、上層室にＶ族、下層室にＧａ原料ガスを導入したが、この上下層に導入される各ガスの種別は逆になっても何ら問題ない。また、２層だけではなく、より多くの複数層とすることが可能である。
【０１７１】
Ｇａ用独立シャワー照射室７４ｂへのガスの供給については、ガス導入ポート７３ｂから上層室を貫通する導入管７２ｂを介して行われる。導入されたＧａ原料ガスは、底板に設けられた複数の貫通孔Ｈ２を通って下向きにシャワー状に噴射される。
【０１７２】
また、上層のＶ族用独立シャワー照射室７４ｃへのガスの供給は、ガス導入ポート７３ｃから導入管７２ｃを介して行われる。上層室からのガスの基板１上への供給は、上層室底板から下層室を貫通して設けられた複数の配管である配管Ｈ３を介して下向きにシャワー状に噴射される。したがって、上層室、下層室に供給された各ガスがシャワー状に供給される前に混合することはない。反応室２の内部でシャワー状に下向きに噴射された各ガスは混合されながら、サセプタ２０の円周部に設置された基板１に向かって流れ、基板１の表面に供給されることになる。
【０１７３】
ここで、分解し難いＶ族原料ガス、例えばＮＨ３ガスは予備加熱ヒータ２３によって予備加熱され分解が促進されるため、基板１の表面において効率良く反応することになる。
【０１７４】
一方、気相反応し易いＡｌ原料ガスは、基板１の表面の極近傍から、他の原料ガスとは独立してＡｌ用独立シャワー照射室７４ａを介して基板１の直上から供給されるため、余分な中間生成物形成によるガスの消費が抑制される。また、シャワー状に供給されることから、均一な反応が可能となり、形成される結晶品質の均一性が向上する。
【０１７５】
なお、上記Ａｌ用独立シャワー照射室７４ａ、Ｇａ用独立シャワー照射室７４ｂ、及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃは、ベローズ７５により上下に移動することが可能であり、基板１との間の距離を調整することができる。
【０１７６】
本構造を有するＭＯＣＶＤ装置でＡｌＧａＮ膜を成長させた場合においても、前記実施例と同様の効果が発現し、Ａｌ混晶比ｘの分布が小さくなることを確認している。
【０１７７】
以上の実施例はいずれも例示であり制限されるものではない。したがってＡｌ原料ガスを独立にシャワー状で基板近傍から供給される形態であれば問題はなく、本発明の効果を得ることができる。
【０１７８】
例えば、本実施の形態において、使用するガスの種類としては、原料ガス以外では、通常、水素ガスのみを使用する。この理由は、実施の形態１と異なり、流れの最上層に窒素ガスのカウンター層（バリア層）の流れを必要としないためである。ただし、特殊な層（例えばＩｎＧａＮ層等）を成膜する場合は、Ｉｎを膜に入り易くするため、窒素ガスのみを流す場合がある。したがって、キャリアガスは、水素ガスのみ又は窒素ガスのみを全ての流路に流す可能性がある。ここで、各ガスラインに流すガスの種類を整理すると以下のようになる。
【０１７９】
III族原料ガスライン：III族原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ等）＋水素ガス（又は                      窒素ガス）
Ｖ族原料ガスライン  ：Ｖ族原料ガス（ＮＨ３等）＋水素ガス（又は窒素ガス）
サブフローライン    ：窒素ガス
なお、シャワー型の場合、サブフローラインは存在しない。
【０１８０】
このように、本実施の形態の気相成長装置７０では、第１原料ガス以外の複数のガスを各ガス毎に供給する複数の貫通孔Ｈ２・Ｈ３を有するＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃが、円形のサセプタ２０の中央部の対面に設置されている。
【０１８１】
また、本実施の形態の気相成長装置７０では、第１原料ガス以外の複数のガスの流速を各ガス毎に均一化する複数の貫通孔Ｈ２・Ｈ３を有するＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃが、円形のサセプタ２０の中央部の対面に設置されている。
【０１８２】
これにより、第１原料ガス以外の複数の基板１に向けて放射状に供給する前に、該ガスの混合を充分に行うことができる。
【０１８３】
また、本実施の形態の気相成長装置７０では、ガス供給部は、各ガスを充満させる互いに隔離された複数層構造のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃを有し、最下層よりも上層の各Ｖ族用独立シャワー照射室７４ｃには、下層のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂを貫通する複数の配管Ｈ３が設けられていると共に、最下層のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂには、最下層のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂに充満されたガスを下方に供給する複数の貫通孔Ｈ２が形成されている。
【０１８４】
また、本実施の形態の気相成長装置７０では、ガス整流部は、各ガスを充満させる互いに隔離された複数層構造のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃを有し、最下層よりも上層の各Ｖ族用独立シャワー照射室７４ｃには、下層のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂを貫通し、かつＧａ用独立シャワー照射室７４ｂよりも上層のＶ族用独立シャワー照射室７４ｃに充満されたガスの流速をそれぞれ均一化する複数の配管Ｈ３が設けられていると共に、最下層のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂには、最下層のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂに充満されたガスの流速を均一化する複数の貫通孔Ｈ２が形成されている。
【０１８５】
これにより、複数のガスの流速をそれぞれ具体的に均一化させることができる。また、ガス整流部は、各ガスを充満させる互いに隔離された複数層構造のＧａ用独立シャワー照射室７４ｂ及びＶ族用独立シャワー照射室７４ｃを有しているので、ガス整流部をコンパクトに構成することができる。
【０１８６】
また、本実施の形態の気相成長装置７０では、第１原料ガス以外の複数のガスの種類は、少なくともIII族原料を含むガス、Ｖ族原料を含むガス、及び水素ガス又は窒素ガスからなる。
【０１８７】
これにより、III族の原料ガスとＶ族の原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することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
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】
【０１８９】
【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構成図である。
【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】上記サセプタ及び基板を自公転させるための逆転用大歯車及びそれに歯合する小歯車の構成を示す平面図である。
【図４】上記ガス導入部における仕切板の構成を示す底面図である。
【図５】（ａ）は仕切板の貫通孔の口径を大きくした場合のガスの流れを示す断面図であり、（ｂ）は上記仕切板の貫通孔の口径を小さくして多孔とした場合のガスの流れを示す断面図である。
【図６】上記気相成長装置を用いて成長させたＡｌＧａＮ層について、基板位置とＡｌ混晶比との関係を、シャワー部の有無により比較した結果を示すグラフである。
【図７】上記気相成長装置を用いて成長させたＡｌＧａＮ層について、シャワー部の貫通孔の口径と各基板のＡｌ混晶比分布との関係を示すグラフである。
【図８】上記気相成長装置を用いて成長させたＡｌＧａＮ層について、基板とシャワー部との間の距離と各基板のＡｌ混晶比分布との関係を示すグラフである。
【図９】上記気相成長装置を用いて成長させたＡｌＧａＮ層について、基板位置と成長レートとの関係を、予備加熱有無により比較した結果を示すグラフである。
【図１０】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１１】本発明における他の実施の形態の気相成長装置を示す断面図である。
【図１２】上記気相成長装置の中央位置におけるシャワー部の構成を示す拡大断面図である。
【図１３】従来の縦型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１４】従来の横型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１５】（ａ）は従来における横型の気相成長装置の構成を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は従来における中央放射型の縦型の気相成長装置における構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１９０】
１              基板
２              反応室
３              ガス導入部
３ａ〜３ｄ      ガス導入ポート
４              排気ポート（排気口）
１０              気相成長装置
１１              隔壁
１２ａ〜１２ｄ    導入管（縦導入管）
１３ａ            仕切板
１３ｂ            仕切板
１３ｃ            仕切板
１３ｄ            仕切板
１３ｃｄ          仕切板閉塞壁
１４              独立シャワー照射室
１４ａ            シャワー部（第１原料ガス供給板）
１５              ベローズ(第１原料ガス供給板移動手段)
１６              ベローズ（仕切板移動手段）
２０              サセプタ（基板保持台）
２１              基板ホルダ
２２              基板加熱用ヒータ
２３              予備加熱ヒータ（加熱手段）
３０              自公転駆動装置（回転駆動手段）
５０              半導体レーザ素子（半導体素子）
７０              気相成長装置
７２ａ〜７２ｃ    導入管
７３              ガス導入部
７３ａ〜７３ｃ    ガス導入ポート
７４ａ            Ａｌ用独立シャワー照射室
７４ｂ            Ｇａ用独立シャワー照射室（ガス供給部、空間部）
７４ｃ            Ｖ族用独立シャワー照射室（ガス供給部、空間部）
７５              ベローズ
Ｈ                貫通孔（孔）
Ｈ１、Ｈ２        貫通孔（孔）
Ｈ３              配管（管）
【図１】
2009032784.tif 000004
【図２】
2009032784.tif 000005
【図３】
2009032784.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2009032784.tif 000009
【図７】
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【図８】
2009032784.tif 000011
【図９】
2009032784.tif 000012
【図１０】
2009032784.tif 000013
【図１１】
2009032784.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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