有機金属気相成長装置及び半導体の製造方法
【課題】 反応生成物が基板以外の領域に堆積することを防止すると共に、再現性良く半導体を成長させることができるＭＯＣＶＤ装置又は半導体層の製造方法を提供する。
【解決手段】 有機金属気相成長装置は、内部に配置されたサセプタ１５上に基板１Ａを保持するチャンバー１０と、チャンバー１０の壁部から内部にかけて設けられ、チャンバー１０内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口２ｄと、チャンバー１０の壁部から内部にかけて冷却ガス導入口２ｄとは独立して設けられ、チャンバー１０内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口２ａ及び２ｂと、プロセスガス導入口２ａ及び２ｂから連続するように設けられ、プロセスガス導入口２ａ及び２ｂから導入される原料ガスを基板１Ａ上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備えている。冷却ガス導入口２ｄは、冷却ガスがプロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されている。
【解決手段】 有機金属気相成長装置は、内部に配置されたサセプタ１５上に基板１Ａを保持するチャンバー１０と、チャンバー１０の壁部から内部にかけて設けられ、チャンバー１０内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口２ｄと、チャンバー１０の壁部から内部にかけて冷却ガス導入口２ｄとは独立して設けられ、チャンバー１０内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口２ａ及び２ｂと、プロセスガス導入口２ａ及び２ｂから連続するように設けられ、プロセスガス導入口２ａ及び２ｂから導入される原料ガスを基板１Ａ上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備えている。冷却ガス導入口２ｄは、冷却ガスがプロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属気相成長装置及びその装置を用いた半導体の製造方法に関するものであり、特に、III 族窒化物半導体を再現性良く成長させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、これらの混晶であるＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮなどのIII族窒化物半導体は、可視から紫外領域の発光素子、受光素子又は高速動作トランジスタに用いる半導体材料として有望である。
【０００３】
III 族窒化物半導体を成長させる装置としては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置が使用されることが多い。ＭＯＣＶＤ法を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合、通常、１０００℃以上の高温で基板を加熱しながらIII 族窒化物半導体を成長させる。このため、反応炉における基板周辺の部材は非常な高温に加熱される。高温に加熱された部材が存在すると、原料ガスがその高温に加熱された部材と反応して反応生成物が生じ、加熱された部材にその反応生成物が付着する。
【０００４】
このような反応生成物が、例えば、基板をモニタリングするために設けている透明な石英の部材に付着すると、結晶成長中の表面状態又は温度をモニタリングすることができなくなるという問題がある。
【０００５】
また、多くの場合、反応生成物はフレーク状に剥がれやすく、剥がれた反応生成物が基板上に飛来することにより、結晶成長を阻害するという問題がある。
【０００６】
これらの問題に対しては、以下に示す第１及び第２の従来例が提案されている。
【０００７】
まず、第１の従来例（例えば特許文献１参照）に係る半導体結晶膜の成長装置の構成について、図２１を参照しながら概説する。
【０００８】
図２１に示すように、反応容器１００の内部において、シャフト１０１に支持されたサセプタ１０２上には基板１００Ａが搭載されており、サセプタ１０２の下側には、基板１００Ａを加熱するためのヒータ１０３が設置されている。また、反応容器１００の側壁部には、基板１００Ａに対して反応ガスを水平方向から噴射するように反応ガス噴射管１０４が設置されている。また、反応容器１００の上壁部には、上端が外部に突出すると共に下端が下方に向かってテーパー形状を有する副噴射管１０５が設置されている。また、反応容器１００の外部には、光源１０６及び光線センサー１０７が設けられている。さらに、反応容器１００には、内部のガスを排気する排気ポンプ１０８が設けられている。
【０００９】
以上のような構成を有する第１の従来例に係る半導体結晶膜の成長装置では、基板１００Ａに向かって水平方向から反応ガスを噴射するすると共に、基板１００Ａに対して副噴射管１０５から不活性ガスを噴射させることにより、副噴射管１０５への反応生成物の堆積を防いで、基板上における結晶成長中の表面状態を副噴射管１０５を介してモニタリングすることができる。
【００１０】
また、第２の従来例（例えば特許文献２参照）に係る半導体結晶膜の成長装置の構成について、図２２を参照しながら概説する。
【００１１】
図２２に示すように、分岐部を有する外筒２００と内筒２０１との二重構造によって反応炉は構成されている。また、上部側の内筒２０１の一部には、外筒２００を流れるガスを導入可能なように傾斜板２０１ａが設けられている。また、内筒２０１の内部には、２本の原料供給管２０２が設けられている。また、下部に位置する外筒２００の分岐部及び内筒２０１に設けられた開口部には、回転軸２０３に固定され且つ内部にヒータ２０４を備えたサセプタ２０５が設けられている。
【００１２】
以上のような構成を有する第２の従来例に係る半導体結晶膜の成長装置では、内筒２０１内には原料ガスを流すと共に外筒２００内にはパージガスを流し、サセプタ２０５上の基板２００Ａの近傍において、外筒２００内を流れるパージガスを内筒２０１に流入させることにより、外筒２００から内筒２０１に流入するパージガスによって原料ガスが基板２００Ａに押し付けられるので、基板２００Ａ上で成長が起こりやすくなる。これにより、内筒２０１の内壁に堆積する反応生成物を抑制することができる。
【特許文献１】特開平０４−１７０３９０号公報
【特許文献２】特開平１０−１６７８９７号公報
【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、前述した第１及び第２の従来例の構造では、反応生成物の生成を抑制するために用いるガスであるいわゆるパージガスが、反応ガス又は原料ガスであるいわゆるキャリアガスのフロー中に混入してしまう構造となっている。このため、以下の問題が生じる。
【００１４】
まず、キャリアガスとパージガスとを独立に制御することができないので、成長条件を制御することが非常に難しいという問題がある。特に、III 族窒化物半導体を成長させる場合には、成長させる混晶層に応じて、用いるキャリアガスの条件が異なるので、成長条件を制御することが特に難しい。例えば、III 族窒化物半導体を成長させる場合として、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮを成長させる場合には水素を主成分とするキャリアガスを用いる一方、例えばＩｎＧａＮを成長させる場合には窒素を主成分とするキャリアガスを用いる。また、ＡｌＧａＮを成長させる場合には、原料となるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニアとが、基板に到達する前に気相反応を起こして、成長に寄与しない重合反応を起こしやすいことから、キャリアガスのガス流量を増やして流速を上げることにより、キャリアガスがガスの噴射口から基板上に到達するまでの時間を短縮して、気相反応を抑制することが行なわれている。このように、III 族窒化物半導体の混晶の種類に応じてキャリアガスの成分又は流量を変化させる必要があるので、最適なパージガスの条件も変化することになる。このため、III 族窒化物半導体の混晶の種類毎にキャリアガスとパージガスとを制御する必要が生じるので、成長条件の設定が非常に難しく、さらに、その制御は非常に困難である。
【００１５】
また、不活性ガスよりなるパージガスがキャリアガス中に流入する構造であるので、基板上のアンモニア分圧を大きくすることができないという問題がある。
【００１６】
III 族窒化物半導体を成長させる場合には、V 族元素である窒素の取り込み効率が悪いので、窒素の原料ガスであるアンモニア分圧を大きくする必要がある。しかしながら、パージガスがキャリアガス中に流入する構造であると、基板上ではアンモニアがパージガスによって薄められるので、アンモニア分圧が低下してしまう。多数枚を成長させる場合などのために大型化された装置を用いる場合には、下流にいくほどパージガスとアンモニアとが混合する割合が高くなるので、アンモニア分圧が低下する。このため、全ての基板に対して十分なアンモニア分圧を維持することが難しくなる。
【００１７】
したがって、ＭＯＣＶＤ装置を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、製造レベルで安定して再現性良く装置を運転すること、又は生産の効率化のために大型化された設備を用いて多数枚を成長させたり又は大面積のウェハ上で成長させることが難しいという事情がある。
【００１８】
前記に鑑み、本発明の目的は、反応生成物が基板以外の領域に堆積することを防止すると共に、再現性良く半導体を成長させることができるＭＯＣＶＤ装置又は半導体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る有機金属気相成長装置は、内部に配置されたサセプタ上に基板を保持するチャンバーと、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられ、チャンバー内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、チャンバーの壁部から内部にかけて冷却ガス導入口とは独立して設けられ、チャンバー内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口と、プロセスガス導入口から連続するように設けられ、プロセスガス導入口から導入される原料ガスを基板上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備え、冷却ガス導入口は、冷却ガスがプロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る有機金属気相成長装置によると、冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを冷却することができるので、反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを抑制することができる。これにより、基板上への反応生成物の飛来が低減され、再現性良く半導体を製造できる有機金属気相成長装置を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口とを有し、第１の導入口と第２の導入口とは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００２３】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、第１の導入口及び第２の導入口は、この順でサセプタに近い側から設置されていることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる。
【００２５】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガス導入口は、プロセスガス導入口の上に重なるように設置されていることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、冷却ガス導入口から導入される冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。また、このような簡易な構造で前述の効果を実現することができるので、組み立て精度に左右されることなく安定して前述の効果を得ることができる。
【００２７】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガス導入口から連続するように設けられた冷却ガスフローチャンネルをさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、冷却ガスが流れる冷却ガスフローチャンネルによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。
【００２９】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガスフローチャンネルは、プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設置されていることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、冷却ガスフローチャンネルがプロセスガスフローチャンネル上に重なるような構造となるので、プロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。また、このような簡易な構造で前述の効果を実現することができるので、組み立て精度に左右されることなく安定して前述の効果を得ることができる。
【００３１】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガスフローチャンネルが、石英よりなることが好ましく、また、この場合には、原料ガスに用いるV 族ガスによって冷却ガスフローチャンネルが腐食することを防止することができる。
【００３２】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガスフローチャンネルは、石英よりなることが好ましく、また、この場合には、原料ガスに用いるV 族ガスによってプロセスガスフローチャンネルが腐食することを防止することができる。
【００３３】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口と、押圧ガスを導入する第３の導入口とを有し、第１の導入口と、第２の導入口と、第３の導入口とは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、押圧ガスによって基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的に高めることができるので、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００３５】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、第１の導入口、第２の導入口及び第３の導入口は、この順でサセプタに近い側から設置されていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがV 族ガス及びIII 族ガスの上を流れるので、基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的により高めることができる。
【００３７】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、基板を加熱するヒータをさらに備え、ヒータは、少なくとも２つ以上に分割された構造を有していることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。このため、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。
【００３９】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、ヒータは、同心円上に分割されていることが好ましい理由は、サセプタにおける温度分布は、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて、サセプタの中央から外側に向かう程ばらつくからである。
【００４０】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、ヒータの各々は、互いに独立して電力を制御することが好ましい。
【００４１】
このようにすると、サセプタにおける温度分布を均一に調整することが可能になる。
【００４２】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、チャンバーの外部に設けられ、プロセスガスフローチャンネルを介して、基板に対して光を照射する装置をさらに備えていることが好ましい。
【００４３】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、光を照射する装置は、基板における膜厚を測定する装置であることが好ましい。
【００４４】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、光を照射する装置は、基板の回転に同期して動作することが好ましい。
【００４５】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、チャンバーの外部に設けられ、プロセスガスフローチャンネルを介して、基板又はサセプタからの赤外線を測定する装置をさらに備えていることが好ましい。
【００４６】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、赤外線を測定する装置は、サセプタの温度を測定する装置であることが好ましい。
【００４７】
本発明に係る半導体の製造方法は、チャンバー内に配置されたサセプタ上に保持された基板上に、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられたプロセスガス導入口から導入される原料ガスを、プロセスガス導入口から連続するように設けられたプロセスガスフローチャンネルを介して搬送することにより、基板上に半導体を成長させる半導体の製造方法であって、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられた冷却ガス導入口から導入される冷却ガスを、プロセスガスフローチャネルの外壁に当てながら、半導体を成長させることを特徴とする。
【００４８】
本発明に係る半導体の製造方法によると、冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを冷却することができるので、反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを抑制することができる。これにより、基板上への反応生成物の飛来が低減され、再現性良く半導体を製造できる有機金属気相成長装置を提供することができる。
【００４９】
本発明に係る半導体の製造方法において、プロセスガス導入口から導入される原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスとを含み、III 族ガスとV 族ガスとは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００５１】
本発明に係る半導体の製造方法において、III 族ガス及びV 族ガスは、サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる。
【００５３】
本発明に係る半導体の製造方法において、V 族ガスは、アンモニアガスを含むことが好ましい。
【００５４】
このようにすると、第１の導入口から導入されるアンモニアガスを基板上に効果的に供給することができる。
【００５５】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスは、冷却ガス導入口から連続すると共にプロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設けられた冷却ガスフローチャンネル内に導入されることが好ましい。
【００５６】
このようにすると、冷却ガスが流れる冷却ガスフローチャンネルによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。
【００５７】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスとして冷却効果に優れた水素ガスを用いることができる。
【００５８】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスとして窒素ガスを用いることもできる。また、製造する半導体によって水素ガスよりなる冷却ガスを用いることが好ましくない場合に窒素ガスが有効である。
【００５９】
本発明に係る半導体の製造方法において、半導体としてＩｎを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、水素ガスを含むガスよりなる冷却ガスを用いると共に、半導体としてＩｎを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスよりなる冷却ガスを用いることが好ましい。
【００６０】
このようにすると、水素ガスによる影響がほとんど見られないＩｎを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、冷却効果に優れた水素ガスを用いて反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを効果的に抑制すると共に、水素ガスによる影響が大きいＩｎを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスを用いた冷却を行なうことにより、Ｉｎの取り込みが十分なIII 族窒化物半導体を成長させることができる。
【００６１】
本発明に係る半導体の製造方法において、プロセスガス導入口から導入される原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとを含み、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることが好ましい。
【００６２】
このようにすると、押圧ガスによって基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的に高めることができるので、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００６３】
本発明に係る半導体の製造方法において、III 族ガス、V 族ガス及び押圧ガスは、サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがV 族ガス及びIII 族ガスの上を流れるので、基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的により高めることができる。
【００６５】
本発明に係る半導体の製造方法において、V 族ガスは、アンモニアガスを含むことが好ましい。
【００６６】
このようにすると、アンモニアガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがアンモニアガスの上を流れるので、基板上におけるアンモニアガスの濃度を実効的により高めることができる。
【００６７】
本発明に係る半導体の製造方法において、押圧ガスは、窒素ガスを含む場合には、III 族窒化物半導体を成長させる際に好ましい。
【００６８】
本発明に係る半導体の製造方法において、基板を加熱するために設けられているヒータは、同心円上に内側から少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、半導体を成長させることが好ましい。
【００６９】
このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。特に、サセプタにおける温度分布は冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて変化するので、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させることにより、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。
【００７０】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることが好ましい理由は、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が低下するからである。
【００７１】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることが好ましい理由は、冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が上昇するからである。
【００７２】
本発明に係る半導体の製造方法において、基板を加熱するために設けられたヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、半導体を成長させることが好ましい。
【００７３】
このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。特に、サセプタにおける温度分布は原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて変化するので、原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させることにより、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。
【００７４】
本発明に係る半導体の製造方法において、原料ガスに含まれる水素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることが好ましい理由は、原料ガスに含まれる水素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が低下するからである。
【００７５】
本発明に係る半導体の製造方法において、原料ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることが好ましい理由は、原料ガスに含まれる窒素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が上昇するからである。
【発明の効果】
【００７６】
本発明に係る有機金属気相成長装置及び半導体の製造方法によると、チャンバー内における基板以外の部分へ反応生成物が堆積することを防止できるので、再現性良く半導体を製造することができる。特に、本発明は、III 族窒化物半導体を製造する場合に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る有機金属気相成長装置及び半導体層の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機金属気相成長装置（以下、ＭＯＣＶＤ装置と記す）の構成を示す概略断面図である。
【００７９】
図１に示すＭＯＣＶＤ装置は、ステンレス製のチャンバー１０の内部に、ステンレス製のガス導入管１１、後述で詳説するフローチャンネル１２、及びガスを排気する石英よりなる排気管４が水平方向に配置された横型のＭＯＣＶＤ装置であって、具体的には、以下の構成を有している。
【００８０】
図１に示すように、チャンバー１０の内部には、チャンバー１０の側壁部に設置された後述するガス導入口から延びるように、ガス導入管１１が設けられており、該ガス導入管１１に連設するように、フローチャンネル１２が設けられている。また、チャンバー１０の内部には、フローチャンネル１２の端部近傍からチャンバー１０の側壁部まで延びるように、内部のガスを外部に排気する排気管１３が設けられている。また、フローチャンネル１２の下部には開口部が形成されており、該開口部には、チャンバー１０の外部から内部へ延びる回転軸１４によって固定されたカーボン製のサセプタ１５が設けられている。そして、半導体を成長させる際には、サセプタ１５の上に基板１Ａを搭載する。なお、サセプタ１５の上には、２インチの基板を３枚搭載することができる。
【００８１】
また、回転軸１４は中空構造を有しており、その中空の内部にはサセプタ１５の温度を測定する熱電対（図示せず）が設けられている。なお、以降では、特に注釈がない限り、サセプタ１５の温度とは、熱電対の位置における温度を意味する。また、サセプタ１５の下部には、該サセプタ１５を加熱する抵抗線よりなるヒータ１６が設けられている。また、チャンバー１０の上部には、サセプタ１５上に搭載された基板１Ａ上に結晶成長する半導体を観察できる観察窓１７が設けられている。また、観察窓１７の上方には、基板１Ａ上に結晶成長する半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置１８が設けられている。膜厚測定装置１８は、基板１Ａに対して白色光１８ａを照射して、反射スペクトルを解析することによって膜厚を解析する。反射スペクトルには、結晶成長させた半導体層の膜厚に応じた干渉が発生するので、反射スペクトルを解析することにより、その膜厚を測定することが可能になっている。なお、結晶成長中は、回転軸１４によってサセプタ１５を回転させるので、基板１Ａの位置に同期させて膜厚の測定を行なう必要がある。このため、回転軸１４には、回転角度検出機構１９が設けられており、膜厚測定装置１８は、回転信号ケーブル２０を通じて回転角度検出機構１９からの回転信号を受けて、基板１Ａの位置に同期して膜厚を測定することができる。
【００８２】
以下では、図１に示すＭＯＣＶＤ装置の構成についてさらに具体的に説明する。
【００８３】
ガス導入管１１には、原料ガスを導入するガス導入口として、基板１Ａ近傍まで互いに分離したV 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂが設けられている。これにより、V 族ガスであるアンモニアとIII 族窒化物半導体の原料となる有機金属とが基板１Ａ近傍に至るまでに気相反応することを防止することができる。また、サセプタ１５に近い側から順に、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂが設けられているので、基板１Ａの表面上にV 族ガスであるアンモニアを効果的に供給することができる。さらに、ガス導入管１１には、ガス導入口として、フローチャンネル１２を冷却する目的で、冷却ガス導入口２ｄが設けられている。また、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び冷却ガス導入口２ｄは重なるように下から順に設けており、チャンバー１０における同じ側からフローチャンネル１２内へガスを導入することができる構成となっている。
【００８４】
フローチャンネル１２については、図２を参照しながら説明する。
【００８５】
図２に示すように、フローチャンネル１２は、石英よりなり、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃの組み合わせによって構成されている。
【００８６】
フローチャンネルベース１２ａは、フローチャンネル１２全体を支える役割を有し、中央付近にサセプタ１５が入る開口を有している。
【００８７】
プロセスガスフローチャンネル１２ｂは、フローチャンネルベース１２ａの上に重ねられている。V 族ガス導入口２ａから導入され、V 族ガスフロー３ａ（図１参照）を流れるV 族ガスと、III 族ガス導入口２ｂから導入され、III 族ガスフロー３ｂ（図１参照）を流れるIII 族ガスとは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂとフローチャンネルベース１２ａとの間の空間、すなわち、フローチャンネルベース１２ａの上壁ａ１とプロセスガスフローチャンネル１２ｂの内壁ｂ１とで囲まれた領域内を流れる。
【００８８】
冷却ガスフローチャンネル１２ｃは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上に重ねられている。冷却ガス導入口２ｄから導入され、冷却ガスフロー３ｄ（図１参照）を流れる冷却ガスは、冷却ガスフローチャンネル１２ｃとプロセスガスフローチャンネル１２ｂとの間の空間、すなわち、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁ｂ２と冷却ガスフローチャンネル１２ｃの内壁ｃ１とで囲まれた領域内を流れる。
【００８９】
このように、フローチャンネル１２は、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃが重なるように構成されているため、冷却ガスフローチャンネル１２ｃ内を流れる冷却ガス導入口２ｄ（図１参照）から導入された冷却ガスは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ上、つまり、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁ｂ２上を流れるので、プロセスガスフローチャンネル１２ｂを効果的に冷却することができる。
【００９０】
また、ここで、フローチャンネル１２の構成の変形例について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００９１】
図３（ａ）に示すように、フローチャンネル１２は、石英よりなり、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、及び内部に中空部を有する冷却ガスフローチャンネル１２ｄが重ねられた構成であってもよい。このような構成にすると、取り替え頻度が高いプロセスガスフローチャンネル１２ｂのみを容易に取り替えることができる。また、このような構成を有する場合であっても、冷却ガスフロー３ｄにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁ｂ２を間接的に冷却することができる。
【００９２】
また、図３（ｂ）に示すように、フローチャンネル１２は、石英よりなり、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、観察用窓を有する遮熱板１２ｅ、及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃが重ねられた構成であってもよい。このような構成にするのは、石英は輻射熱が大きいので、遮熱板１２ｅを設けることにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂに対する冷却効果が抑制されることを防止できる。
【００９３】
なお、前述したフローチャンネル１２は、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃが単に重ねられた構成よりなる場合について説明したが、これらの部材を必要に応じて溶接などによって一体化してもよい。また、フローチャンネル１２を構成する材料は、石英以外の材料であっても、高温に耐えると共にアンモニアなどによって腐食されない材料、例えばアルミナ、サファイア若しくはＳｉＣよりなる材料、又はこれらのうちのいずれかの材料によってコーティングされた材料などを用いることも可能である。
【００９４】
また、プロセスガスフローチャンネル１２などの部材は一体の石英よりなる場合について説明したが、プロセスガスフローチャンネル１２は、石英が二重に重ねられてなる場合であってもよい。この場合であっても、冷却ガスフロー３ｄにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁１２ｂを直接的に冷却することができる。
【００９５】
排気管１３は、プロセスガスフローチャンネル１２内を流れる原料ガスと、冷却ガスフローチャンネル１２ｃ内を流れる冷却ガスとを排気するものであり、ＭＯＣＶＤ装置の外部に配置された排気ガス処理装置（図示せず）へ排気口４ａを通じて接続されている。
【００９６】
また、図１に示すように、フローチャンネル１２と排気管１３とが配置されていることにより、V 族ガスが流れるV 族ガスフロー３ａ及びIII 族ガスが流れるIII 族ガスフロー３ｂと、冷却ガスが流れる冷却ガスフロー３ｄとは、サセプタ１５上に搭載された基板１Ａの直上において分離された状態であって、排気管１３の直前において合流している。このため、基板１Ａの直上におけるV 族ガスフロー３ａとIII 族ガスフロー３ｂとは、冷却ガスフロー３ｄの影響を受けることはない。
【００９７】
また、図１に示すように、冷却ガス導入口２ｄは、ガス導入管１１内において、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂと一体となって形成されている。このため、導入される冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネル１２が冷却されるような位置に、冷却ガス導入口２ｄを別途設けることなく、より効果的にプロセスガスフローチャンネル１２を冷却することができる。また、図１及び図２に示すように、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの外壁ｂ２上にプロセスガスを導く構造は、冷却ガスフローチャンネル１２ｃをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ上に重ねただけの単純な構造である。このため、図１に示したＭＯＣＶＤ装置は、フローチャンネル１２の組み立て精度などに依存することなく、冷却ガスフロー３ｄによって得られる効果を容易に実現することができる。なお、ここでは、冷却ガス導入口２ｄが、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂと一体的に形成されている場合について説明したが、例えばチャンバー１０の上壁などのチャンバー１０における他の位置に冷却ガス導入口２ｄを設ける場合であっても、その位置から冷却ガスをプロセスガスフローチャンネル１２ｂの外壁ｂ２に吹き付ける構成とすることで、プロセスガスフローチャンネル１２ｂを冷却する効果が実現される。
【００９８】
次に、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いて、III 族窒化物半導体を連続して成長させた場合における膜厚測定装置１８によって解析される反射スペクトルの測定結果について、冷却ガスフロー３ｄが無い場合も含めて説明する。
【００９９】
まず、図４は、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いて、III 族窒化物半導体を連続して成長させてなる半導体の構造を示す断面概略図を示しており、サファイアよりなる基板１Ａの上には、低温ＧａＮバッファ層３１及びＧａＮ層３２が下から順に成長している。
【０１００】
以下に、図４に示す構造よりなる半導体を成長させる各工程について説明する。なお、ここではまず、後述する冷却ガスを流さない場合との比較のために、図１に示したＭＯＣＶＤ装置において、冷却ガスを流すことなく、半導体の１回の成長方法について説明する。
【０１０１】
まず、サファイアよりなる基板１Ａをサセプタ１５の上に設置した後に、チャンバー１０内を密閉する。
【０１０２】
次に、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂから、それぞれ毎分３０Ｌの流量にて水素ガスを導入しながら、サセプタ１５の温度が１０００℃となるように、ヒータ１６を加熱する。このサーマルクリーニングと呼ばれる工程により、サファイアよりなる基板１Ａの表面に付着している不純物を蒸発させる。
【０１０３】
次に、サセプタ１５の温度を５００℃に設定する。サセプタ１５の温度が安定したところで、V 族ガス導入口２ａに導入される水素ガスのうち毎分２０Ｌの流量分をアンモニアに切り替えることにより、V 族ガス導入口２ａからアンモニアを導入して、そのアンモニアをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に供給する。続いて、V 族ガス導入口２ａから導入されるガスのフローが安定したところで、III 族ガス導入口２ｂに導入される水素ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を輸送させて、ＴＭＧをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に供給する。有機金属の流量は毎分μｍｏｌオーダーであって非常に微量であるため、全体のフローに対する割合は非常に少ないので、有機金属を貯蔵した容器内に水素ガスを通じることにより、蒸発した有機金属が水素ガスによって輸送されて、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入される。これにより、加熱された基板１Ａ上において、アンモニアとＴＭＧとが反応して、低温ＧａＮバッファ層３１が成長する。
【０１０４】
次に、低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させたところで、III 族ガス導入口２ｂに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、V 族ガスフロー３ａの流量及びIII 族ガスフロー３ｂの流量はそのまま維持し、アンモニア及び水素ガスのみを供給させて、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。
【０１０５】
次に、サセプタ１５の温度が１０００℃で安定したところで、V 族ガスフロー３ａの流量及びIII 族ガスフロー３ｂの流量はそのまま維持し、III 族ガス導入口２ｂにＴＭＧを再び導入することにより、ＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１０６】
次に、ＧａＮ層３２が２μｍ成長したところで、III 族ガス導入口２ｂに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、ヒータ１６を切ってサセプタ１５の温度を下げる。サセプタ１５の温度が５００℃になるところで、V 族ガス導入口２ａに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ１５の温度を室温付近まで下げた後、基板１Ａを取り出す。
【０１０７】
以上の一連の工程が、１回の成長である。
【０１０８】
ここで、比較のために、冷却ガスフロー３ｄがない場合と、サセプタ１５上に基板１Ａを搭載する工程及びサセプタ１５から基板１Ａを取り出す工程以外の工程を通じて冷却ガスフロー３ｄがある場合とのそれぞれの場合において、膜厚測定装置１８によって測定される反射スペクトルの特定の波長の強度についての成長毎の変化を測定した。反射スペクトルは前述したように膜厚に依存する性質を有するので、いずれの場合においても、ＧａＮ層３２を２μｍ成長させた直後における反射スペクトル強度を測定すると共に、測定波長を６００ｎｍと一定にすることにより、膜厚又は測定波長の影響がない条件下で、それぞれの変化を測定した。また、冷却ガス導入口２ｄから導入される冷却ガスとして、窒素ガスを用いると共に、その流量を毎分２０Ｌとした。
【０１０９】
以上の条件下で、前述した１回の成長を繰り返して行なっていくと、通常、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ内の原料ガスが接する内壁ｂ１に反応生成物が堆積する。このため、膜厚測定装置１８から出射される白色光１８ａが反応堆積物に遮られることにより、基板１Ａからの反射スペクトル強度が減少することになる。そして、反射スペクトル強度が未使用のプロセスガスフローチャンネル１２ｂを用いたときに得られる反射スペクトル強度の２０％（本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いた場合）まで減衰するとノイズが多くなるので、本実施形態における膜厚測定装置１８は反射スペクトル強度を正確に測定することができない。このため、反射スペクトル強度が約２０％にまで減衰した時点で、フローチャンネル１２を交換するメンテナンスの必要が生じる。
【０１１０】
図５は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、冷却ガス導入口２ｄから導入された窒素の冷却ガスフロー３ｄがある場合と、冷却ガス導入口２ｄから冷却ガスを導入しない場合とのそれぞれについて、反射スペクトル強度（相対値）と成長回数（回）との関係を示している。
【０１１１】
図５に示すように、冷却ガスを流さない場合には、前述の１回の成長を５回実施した時点で、反射スペクトル強度はほとんどゼロとなっており、反射スペクトルを測定することが不可能になってしまう。一方、冷却ガスを導入して冷却ガスフロー３ｄがある場合には、冷却ガスを流さない場合に比べて、反応生成物の堆積が抑制されており、前述の１回の成長がおよそ２０回実施されるまで、反射スペクトルの測定が可能であった。このような結果が得られたのは、冷却ガスフロー３ｄによってプロセスガスフローチャンネル１２ｂが冷却されることにより、反応生成物の堆積が抑制されたためである。
【０１１２】
ここで、冷却ガスフロー３ｄによる冷却温度について、以下のように考察することができる。ＴＭＧとアンモニアとによってＧａＮを成長させる場合には、およそ３５０℃で成長が開始し、５００℃以上になると、供給量にほぼ律速された成長速度で飽和することが分かっている。したがって、冷却ガスフロー３ｄにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの温度を３５０℃未満に低下させることによって、反応生成物の堆積を抑制することが可能になる。
【０１１３】
本実施形態に係る冷却ガスフロー３ｄを持つＭＯＣＶＤ装置は、以下に示す利点を有している。図５に示した結果からも明らかなように、冷却ガスフロー３ｄを持たないＭＯＣＶＤ装置の場合には、反射スペクトルを測定するために、数回成長させる度にフローチャンネル１２を交換するメンテナンスを行なう必要が生じる一方、本実施形態に係る冷却ガスフロー３ｄを持つＭＯＣＶＤ装置によると、メンテナンスの周期を大きく伸ばすことができる。また、冷却ガスフロー３ｄによって反応生成物がプロセスガスフローチャンネル１２ｂに堆積されることを抑制できるため、反応生成物が基板１Ａ上へ飛来することを低減できるので、より安定して再現性良く結晶成長を行なうことが可能になる。
【０１１４】
また、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、他の機構を有するＭＯＣＶＤ装置と比べて、以下に示す利点を有している。一般的に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、反応性の高いアンモニアガスを用いるために、材料の選択の自由度が制限される。例えば、フローチャンネルを冷却する手段として、ステンレス、銅若しくはアルミニウムなどよりなる水冷機構又は放熱機構を用いる場合には、アンモニアガスと反応してこれらの機構が腐食するなどの問題が生じるので、水冷機構又は放熱機構を構成する材料の選択が非常に困難であると共にこれらの機構を備えた構造を作製することが非常に難しい。たとえこれらの機構を用いた構造を実現できた場合であっても、メンテナンスの周期が短いなどの問題が生じやすい。例えば、ＧａＡｓを成長させる装置として、ステンレス、銅又はアルミニウムなどよりなる水冷機構を備えた装置を実現することはできるが、これは、ＧａＡｓを成長させる場合には、ステンレス、銅又はアルミニウムなどに対して反応性が高いガスを用いる必要がないので、水冷機構が腐食するという問題を懸念する必要がない。しかしながら、III 族窒化物半導体を成長させる場合には、アンモニアガスに対して反応性が高いステンレス、銅又はアルミニウムなどよりなる水冷機構を備えることは困難である。
【０１１５】
これに対して、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置では、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上に、該プロセスガスフローチャンネル１２ｂと同じ材質である石英よりなる冷却ガスフローチャンネル１２ｃを重ねて、冷却ガスフローチャンネル１２ｃの内部に冷却ガスを流すというシンプルな構成により、プロセスガスフローチャンネル１２ｂに対する冷却効果を実現することができる。このように、本実施形態では、冷却ガスを用いてプロセスガスフローチャンネル１２ｂを冷却する構成であるので、水冷などの冷却方式に比べると、冷却効果は小さいと考えられるが、実際には、前述したように、３５０℃未満の温度であれば、反応生成物の堆積を抑制する効果が現れる。このため、水冷によって１００℃以下に強く冷却しなくても、本実施形態における冷却ガスを用いた冷却ガスフロー３ｄによる冷却方式によって、必要な冷却効果を得ることができる。
【０１１６】
また、本実施形態では、前述したように、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び冷却ガス導入口２ｄはそれぞれ独立して設けられており、V 族ガス導入口２ａから導入されるV 族ガス、III 族ガス導入口２ｂから導入されるIII 族ガス、及び冷却ガス導入口２ｄから導入される冷却ガスはそれぞれ独立した空間内に導入されるので、それぞれのガスを独立して制御することができる。このことは、以下のような場合に有効である。例えば、結晶成長の要請によってプロセスガスフロー（３ａ、３ｂ）の流速を落とした場合、プロセスガスが輸送する熱量が低下することにより、フローチャンネル１２の温度が上昇してしまうことがある。このとき、冷却ガスフロー３ｄの流量を増やすことにより、フローチャンネル１２の温度を低く維持することができる。これにより、プロセスガスフロー（３ａ、３ｂ）の設定の自由度を高めることができる。
【０１１７】
一方、従来のＭＯＣＶＤ装置の場合のように、冷却ガスのフローが原料ガスのフローと混入する構成では、原料ガスの流量を低減させる必要が生じた場合、前述した理由で、冷却ガスのフローを増加させて冷却効果を上昇させる必要が生じるが、結果として、基板上における流量は結果として余り変わらないことになる。したがって、原料ガスの流量を低減させるといった結晶成長の要請に十分応答することができないという問題があった。しかしながら、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、前述のように、原料ガスの設定の自由度が高いので、結晶成長の要請に十分に応答することができる。
【０１１８】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、冷却ガスフローチャンネル１２ｃ内の冷却ガスフロー３ｄによって、プロセスガスフローチャンネル１２ｂを冷却することにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂなどを構成する石英などの部材に反応生成物が堆積することを防ぐことができる。このため、ＭＯＣＶＤ装置に対するメンテナンスの周期を伸ばすことができると共に、基板１Ａ上へ反応生成物が飛来することを防いで、安定的に且つ再現性良く窒化物半導体を成長させることができる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
【０１２０】
具体的には、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法は、本発明の第１の実施形態に係る図１及び図２で示したＭＯＣＶＤ装置と全く同じ装置を用いて、本発明の第１の実施形態における図４で示した半導体と同じ構造よりなる半導体を連続して成長させる方法であるが、前述した第１の実施形態と共通する部分の説明は繰り返さない。
【０１２１】
本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法が、本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造方法と異なる点は、冷却ガスフロー３ｄを構成する冷却ガスとして、第１の実施形態で用いた窒素ガスの替わりに水素ガスを用いている点であって、ここでは、水素ガスの流量を毎分２０Ｌとして図４に示した半導体を製造した。
【０１２２】
図６は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、本実施形態における水素ガスよりなる冷却ガスフロー３ｄの場合と第１の実施形態における窒素ガスよりなる冷却ガスフロー３ｄの場合とのそれぞれにおいて、反射スペクトル強度（相対値）と成長回数（回）との関係を示している。
【０１２３】
図６に示すように、冷却ガスフロー３ｄが水素ガスよりなる場合には、図４を用いて説明した前述の１回の成長がおよそ３０回実施されるまで、反射スペクトルの測定が可能であった。したがって、冷却ガスフロー３ｄが水素ガスよりなる本実施形態によると、冷却ガスフロー３ｄが窒素ガスよりなる場合であって２０回の成長まで反射スペクトルの測定が可能であった前述の第１の実施形態と比べて、反射スペクトルの測定が可能な成長回数を増加させることができる。
【０１２４】
このような効果が得られた理由としては、水素ガスは窒素ガスよりも冷却効果が高いために、プロセスガスフローチャンネル１２ｂへの反応生成物の堆積をより抑制することができたからであると考えられる。
【０１２５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例について説明する。
【０１２６】
具体的には、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例は、図１及び図２で示した本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と全く同じ装置を用いて、図７に示す構造を有する半導体を製造する方法である。
【０１２７】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例で製造される半導体の構造、つまりＬＥＤ構造を示している。つまり、図７に示すように、サファイアよりなる基板１Ａの上には、低温ＧａＮバッファ層３１及びＧａＮ層３２が下から順に成長されており、引き続き、ｎ型ＧａＮコンタクト層３３、ＩｎＧａＮ活性層３４及びｐ型ＧａＮコンタクト層３５が下から順に成長している。
【０１２８】
以下に、図７に示したＬＥＤ構造よりなる半導体を成長させる各工程について説明する。なお、図７に示した構造のうち図４に示した構造と同様の部分の成長方法は、図４を用いた説明と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。
【０１２９】
まず、冷却ガス導入口２ｄから毎分２０Ｌの流量にて、冷却ガスフロー３ｄを構成する水素ガスを導入しながら、第１の実施形態と同様に、サーマルクリーニングを行なった後に、５００℃にて低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させると共に１０００℃にてＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１３０】
引き続いて、冷却ガスフロー３ｄとして毎分２０Ｌの流量の水素ガスをそのまま維持して、１０００℃にてｎ型ＧａＮコンタクト層３３を２μｍ成長させる。ここで、ｎ型のドーパントとしては、Ｓｉ又はＧｅなどを用いることができる。この場合、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの内部に、モノシラン又はモノゲルマンなどのドーピングガスを所定量にて導入することによってドーピングを行なうことができる。また、ドーピングガスは、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂのうちのいずれの導入口から導入させる構成であってもよい。また、Ｓｉ又はＧｅは、ＧａＮのIII 族サイトに入るので、モノシラン又はモノゲルマンなどのドーピングガスをIII 族ガスフロー３ｂに混入させる方が、基板１Ａ表面における面内均一性が向上するため好ましい。
【０１３１】
次に、III 族ガス導入口２ｂに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、V 族ガス導入口２ａに導入されるアンモニアの供給を継続したまま、サセプタ１５の温度をＩｎＧａＮの成長に好ましい温度である７５０℃まで低下させる。温度が安定したところで、ガス導入管１１内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー３ａには、毎分１０Ｌの流量の窒素ガス及び毎分２０Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流し、III 族ガスフロー３ｂには、毎分３０Ｌの流量の窒素ガスを流し、冷却ガスフロー３ｄには、毎分２０Ｌの窒素ガスを流す。
【０１３２】
この状態で、チャンバー１０内に存在していた水素ガスがほぼ追い出されるまでの時間保持した後、III 族ガスフロー３ｂ内にＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を混入して導入することにより、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる。一般に、ＩｎＧａＮを成長させる場合には、成長時におけるＩｎの取り込み効率が低いために、ＴＭＩをかなり過剰に供給する。このため、成長したＩｎＧａＮ層の厚さが薄い場合においても、プロセスガスフローチャンネル１２ｂへの反応生成物の堆積は比較的多くなる。しかしながら、本工程では、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスとして、水素ガスを用いずに窒素ガスを用いたことにより、反応生成物の堆積を抑制しながら、Ｉｎを十分に取り込んだＩｎＧａＮ活性層３４を実現することができる。なお、このメカニズムについては後述で詳説する。
【０１３３】
続いて、ＩｎＧａＮ活性層３４を５ｎｍ成長させたところで、ガス導入管１１内に導入されるすべての窒素ガスを水素ガスに再び切り替えると共に、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー２ａには、毎分１０Ｌの流量の水素ガス及び毎分２０Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流し、III 族ガスフロー２ｂには、毎分３０Ｌの流量の水素ガスを流し、冷却ガスフロー３ｄには、毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。そして、温度とフローとが安定したところで、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５を０．２μｍ成長させる。ｐ型のドーパントとしては、Ｍｇなどを用いることができる。この場合、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの内部に、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスを導入することによってドーピングを行なうことができる。また、Ｍｇは、ＧａＮのIII 族サイトに入るので、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスをIII 族ガスフロー３ｂに混入させる方が、基板１Ａ表面における面内均一性が向上するため好ましい。
【０１３４】
以上の一連の工程によって、Ｉｎが十分に取り込まれたＩｎＧａＮ活性層３４を有する波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤウェハを製造することができる。
【０１３５】
図８は、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる際の冷却ガスフロー３ｄを構成する冷却ガスとして、本実施形態で説明した窒素ガスを用いる方法と、窒素ガスの替わりに毎分２０Ｌの流量の水素ガスを用いる方法とのそれぞれにおいて、フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを比較した図を示している。ＰＬは、レーザ光をウェハに当てて発光波長を調べる手法であり、ウェハの状態でＬＥＤの発光波長を調べる手法である。
【０１３６】
水素ガスは分子量が小さいために、わずかな隙間からであっても拡散することができる性質を持っている。本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成するフローチャンネル１２のように、冷却ガスフロー３ｄとIII 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａとが分離された構造であっても、ガス導入管１１とフローチャンネル１２とが連設している隙間又はフローチャンネル１２を構成する石英よりなる部材同士の隙間などを介して、水素が拡散して基板１Ａ表面に到達する。このため、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させるときに用いる冷却ガスとして水素ガスを用いると、前述した隙間などからごく微量の水素ガスがＩｎＧａＮ活性層３４の表面に到達することにより、ＩｎＧａＮが水素によって分解されるので、ＩｎＧａＮ活性層３４におけるＩｎの組成比が低下して、図８に示すように、波長が短波長化する他、ＩｎＧａＮ活性層３４の結晶性が低下して発光強度が低下する。なお、波長の変化量などから類推すると、基板１Ａ上において、拡散されてきた水素の濃度は１％以下である。これに対して、本実施形態では、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスとして、水素ガスを用いずに窒素ガスを用いたことにより、前述したような水素ガスの拡散がないので、ＩｎＧａＮ活性層３４にはＩｎが十分に取り込まれており、ＰＬ強度及び波長ともに優れた値が得られている。
【０１３７】
図９は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる際の冷却ガスフロー３ｄを構成する冷却ガスとして、本実施形態で説明した窒素ガスを用いる方法と、窒素ガスの替わりに毎分２０Ｌの流量の水素ガスを用いる方法とのそれぞれにおいて、ＬＥＤの成長を繰り返した場合における反射スペクトル強度（相対値）と成長回数（回）との関係を示している。図９から明らかなように、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長させる際に用いる冷却ガスが、窒素ガスよりなるか又は水素ガスよりなるかによって、反射スペクトル強度の成長回数依存性にはほとんど差が生じていない。すなわち、いずれのガスを用いた場合であっても、ＬＥＤの成長が２０回なされるまでは、反射スペクトルの測定が可能である。ＩｎＧａＮ活性層３４の成長させる際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いると、前述したように、水素ガスを用いた場合に比べて冷却効果は低いが、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長温度は７５０℃であって、ＧａＮなどの成長温度よりも低いので、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長させる際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いても十分な効果を得ることができる。
【０１３８】
なお、反射スペクトルの測定可能な回数が、図９に示すように２０回であって、図６にて示した場合に比較して低下しているのは、図６に示した場合は、ＧａＮ層３２まで成長させた半導体を測定対象としており、図９に示した場合は、ＧａＮ層３２の上に更なる膜が堆積されてなる膜厚が厚いＬＥＤよりなる半導体を測定対象としているからであることは言うまでもない。
【０１３９】
本実施形態では、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長の際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いているが、窒素ガス以外のガスであっても、水素ガスを含まず且つＩｎＧａＮ活性層３４の成長に悪影響を与えないガスであればどんなガスを用いてもよく、例えば窒素ガスに替えてヘリウム、アルゴン、キセノン、又はクリプトンなどの希ガスを用いることもできる。また、メタン、エチレン、アセチレン、又はブタンなどの炭化水素よりなるガスを用いることもできる。但し、窒素ガスとして炭化水素ガスを用いる場合には、炭素数はおよそ６以下であれば良い。なぜなら、炭素数がおよそ６を超える場合には、ガスとして十分な蒸気圧が得られないばかりか、基板１Ａを加熱する熱によって炭化水素が分解されて水素を発生することがあって好ましくないからである。また、冷却ガスとしてアンモニアを用いることもできる。なぜなら、アンモニアは原料ガスであるので、チャンバー１０内にアンモニアが導入されても悪影響が生じないからである。また、冷却ガスとして、前述した使用可能なガスが混合されてなるガスを用いることもできる。
【０１４０】
なお、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長に悪影響を与えない前述したガスは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、又はＩｎＮなどの他のIII 族窒化物半導体を成長させる際に用いても悪影響がないので、これらの層を形成する際において、前述したガスを冷却ガスとして用いることができることは言うまでもない。
【０１４１】
なお、図８を参照しながら議論したように、冷却ガスフロー３ｄとIII 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａとの相互間においてガスのリークが完全に防止できるように、フローチャンネル１２を組み立てることはほとんど不可能である。したがって、実際には、多くて１％以下、より現実的には１００ｐｐｍ以下の濃度で、冷却ガスフロー３ｄとIII 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａとの相互間において、ガスの相互拡散が生じる。ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＮなどのＩｎを組成として含まないIII 族窒化物半導体層を成長させる場合には、１％以下の濃度で冷却ガスが混入されても、冷却ガスの種類が水素ガスであるか否かにかかわらず、基板１Ａ上における成長に対してほとんど影響はない。このため、冷却ガスを流す冷却ガスフローチャンネル１２ｃをプロセスガスフローチャンネル１２ｂと可能な限り分離させた構造を実現する場合には、基板１Ａ上における拡散されてきた冷却ガスの濃度が１％以下となるような構造を作製することが好ましい。
【０１４２】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１４３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。なお、図１０において、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分のうち、前述した図１に示した本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分と対応する部分には共通する符号を付しており、その説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置が、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と異なる点を中心に説明する。
【０１４４】
図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と、図１に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置とが相違する点は、ガス導入管１１の構成である。すなわち、図１０に示したガス導入管１１は、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び冷却ガス導入口２ｄに加え、III 族ガス導入口２ｂと冷却ガス導入口２ｄとの間に押圧ガス導入口２ｃが設けられている。このように、サセプタ１５に近い側から順に、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ、押圧ガス導入口２ｃが設置されていることにより、基板１Ａ上にアンモニアを効果的に供給することができる。なお、図１に示したＭＯＣＶＤ装置との互換性を容易にするため、つまり、図１及び図２に示したフローチャンネル１２をそのまま利用できるようにするため、図１０に示したガス導入管１１は、ガス導入管１１の全体の高さ及び冷却ガス導入口２ｄの高さは同じとして、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び押圧ガス導入口２ｃのそれぞれの高さを小さくする構成を有している。
【０１４５】
図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、押圧ガス導入口２ｃから導入される押圧ガスよりなる押圧ガスフロー３ｃによって、III 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ内における基板１Ａ近傍付近を流れるので、押圧ガスフロー３ｃがない場合に比べて、基板１Ａ上における原料ガスの濃度を実効的に高くすることができる。このため、原料ガスの利用効率を増大させることができる。
【０１４６】
以下に、本発明の第３の実施形態に係る図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた半導体の製造方法について、本発明の第１の実施形態に係る図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた半導体の製造方法と比較しながら説明する。なお、いずれの製造方法の場合についても、前述の図７に示したＬＥＤ構造を有する半導体を連続成長させる場合について説明するが、図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造を有する半導体の成長方法は、本発明の第２の実施形態で説明した通りである。
【０１４７】
したがって、以下に、本発明の第３の実施形態に係る図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた半導体の製造方法について説明する。
【０１４８】
まず、基板１Ａをサセプタ１５上に設置した後、サーマルクリーニング工程を実施する。本発明の第１の実施形態とほぼ同じ条件を再現する目的で、全流量は同じ毎分６０Ｌとする。具体的には、押圧ガス導入口２ｃから窒素ガスを毎分２０Ｌの流量、V 族ガス導入口２ａから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、III 族ガス導入口２ｂから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、冷却ガス導入口２ｄから水素ガスを毎分２０Ｌの流量にてガス導入管１１内に導入しながら、サセプタ１５の温度を１０００℃とする。
【０１４９】
次に、各導入口２ａ〜２ｄ内に導入される各ガスの流量はそのまま維持して、サセプタ１５の温度を５００℃に設定して、基板１Ａ上に低温ＧａＮバッファ層３１の成長を行なう。サセプタ１５の温度が安定したところで、III 族ガス導入口２ｂから導入される水素ガスのうち毎分１５Ｌの流量分をアンモニアに切り替えてアンモニアを導入する。さらに、ガスのフローが安定したところで、V 族ガス導入口２ａから導入される水素ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を輸送させて、ＴＭＧをIII 族ガスフロー３ｂに導入する。前述したように、押圧ガスフロー３ｃによってガスの利用効率が増加するので、図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた本実施形態によると、図１に示すＭＯＣＶＤ装置を用いた場合のアンモニアの流量（毎分２０Ｌ）よりも少ないアンモニアの流量（毎分１５Ｌ）であっても、特性がほぼ同じ膜を成長させることができる。
【０１５０】
次に、低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させたところで、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのままの状態でアンモニア及び水素ガスのみを引き続き供給して、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ１５の温度が１０００℃で安定したところで、V 族ガス導入口２ａにＴＭＧを再び導入してＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１５１】
引き続き、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのまま維持して、第２の実施形態でも説明したように、モノシランガスなどのドーピングガスをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入することにより、１０００℃でｎ型ＧａＮコンタクト層３３を２μｍ成長させる。
【０１５２】
次に、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共にアンモニアは供給させたままの状態で、サセプタ１５の温度を７５０℃まで低下させる。サセプタ１５の温度が安定したところで、ガス導入管１１内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の窒素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの窒素ガスを流す。この状態を所定時間保持した後、ＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をIII 族ガスフロー３ｂに混ぜて導入することにより、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる。
【０１５３】
次に、ＩｎＧａＮ活性層３４を５ｎｍ成長させたところで、ガス導入管１１内に導入されるすべての窒素ガスを再び水素ガスに切り替えると共に、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。
【０１５４】
次に、サセプタ１５の温度とガスのフローとが安定したところで、ＴＭＧとシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスとをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入して、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５を０．２μｍ成長させる。
【０１５５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の成長を終えたところで有機金属の供給を停止して、ヒータ１６を切ってサセプタ１５の温度を下げる。サセプタ１５の温度が５００℃になったところで、V 族ガスフロー３ａに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ１５の温度を室温付近まで下げた後、基板１Ａを取り出す。
【０１５６】
以上の一連の工程が１回の成長であって、この１回の成長を繰り返す。
【０１５７】
図１１は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、本発明の第２の実施の形態に係る半導体の製造方法による測定結果と本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造方法による測定結果との比較を示している。
【０１５８】
本発明の第２の実施形態に係る図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造を有する半導体の製造方法では、冷却ガスフロー３ｄの効果によって、およそ２０回の成長までは反射スペクトルの測定が可能であった。これに対して、本発明の第３の実施形態に係る図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造を有する半導体の製造方法では、冷却ガスフロー３ｄの効果に加えて押圧ガスフロー３ｃの効果によって、およそ４０回の成長までは反射スペクトルの測定が可能となるので、本発明の第１の実施形態における図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いる場合に比べて、さらにメンテナンスの周期を伸ばすことができる。
【０１５９】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、押圧ガス導入口２ｃを設けて、V 族ガスフロー３ａ及びIII 族ガスフロー３ｂの上に押圧ガスフロー３ｃが流れることにより、メンテナンスの周期をより伸ばすことができる。これにより、メンテナンスに要するコストをより削減できるので、設備の稼働率を一層向上させることができる。さらには、アンモニア及びＴＭＧなどの原料ガスの利用効率を増加させることができる。
【０１６０】
なお、押圧ガス導入口２ｃに導入する押圧ガスとしては、III 族窒化物半導体の成長に悪影響を与えないガスであればどんなガスであってもよく、例えば窒素ガスに替えてヘリウム、アルゴン、キセノン、又はクリプトンなどの希ガスを用いることができる。その他、メタン、エチレン、アセチレン又はブタンなどの炭化水素のガスを用いることもできる。但し、炭化水素ガスを用いる場合には、炭素数がおよそ６以下が良い。なぜなら、炭素数がおよそ６を超えると、ガスとして十分な蒸気圧が得られないので好ましくないからである。また、ＡｌＧａＮ又はＧａＮを成長させる場合には、押圧ガスとして水素ガスを用いることができるが、ＩｎＧａＮを成長させる場合には、押圧ガスとして水素ガスを用いることが好ましくないのは、第２の実施形態で説明した理由と同様である。また、前述したガスの混合ガスを押圧ガスとして用いることもできるが、ＩｎＧａＮを成長させる場合には水素ガスが混合されたガスを用いることが好ましくない点は同様である。
【０１６１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１６２】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。なお、図１２において、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分のうち、前述した図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分と対応する部分には共通する符号を付しており、その説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置が、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と異なる点を中心に説明する。
【０１６３】
図１２に示した本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と、図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置とが相違する点は、抵抗線よりなるヒータ１６の構成である。また、本実施形態ではヒータ１６の構成に特徴があるので、本実施形態の効果を確認する目的で、図１０に示した膜厚測定装置１８に替えて温度分布測定装置２１を設けており、温度分布測定装置２１は、サセプタ１５などから放出される赤外線を解析して、温度分布を画像として表示することができる装置である。
【０１６４】
図１２に示したＭＯＣＶＤ装置を構成するヒータ１６は、同心円状の内周ヒータ１６ａと外周ヒータ１６ｂとに分割された構成を有しており、内周ヒータ１６ａ及び外周ヒータ１６ｂはそれぞれ独立に投入電流を操作することが可能である。
【０１６５】
まず、以下では、冷却ガスに用いるガスの種類によって、サセプタ１５の温度分布がどのように変化するかについて実験した結果について説明する。
【０１６６】
図１３は、冷却ガスフロー３ｄとして窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを流す場合において、窒素ガスと水素ガスとの混合割合を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布を示している。
【０１６７】
ここで、サセプタ１５は加熱時において回転しているので、同心円状の温度分布を示す。このため、サセプタ１５の中央部を０ｍｍとして、ある半径位置の外側方向に向かって温度分布をプロットしている。このとき、押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量で窒素ガスを流し、III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量にて水素ガスを流し、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアを流すように設定すると共に、サセプタ１５の設定温度、すなわち熱電対がある位置の温度を１０００℃に設定している。内周ヒータ１６ａの電流と外周ヒータ１６ｂの電流とは同じとしている。つまり、外周電流／内周電流を内外周電流比と定義した場合、内外周電流比は１００％である。なお、ヒータ１６の制御は電流制御で行なっているので、内外周電流比で内周ヒータ１６ａと外周ヒータ１６ｂとに対する加熱量を調整しているが、温度の増減は、電流よりも電力の方が効いている。
【０１６８】
図１３から明らかなように、サセプタ１５の中央部、すなわち熱電対がある位置の近くでは、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスの混合割合にほとんど依存することなく、サセプタ１５の温度はほぼ１０００℃に保たれている。しかしながら、サセプタ１５の周辺部では、冷却ガスフロー３ｄの水素ガスの割合が多くなるほど冷却されて、サセプタ１５の温度が低下する一方、冷却ガスフロー３ｄの窒素ガスの割合が多くなるほど加熱されて、サセプタ１５の温度は上昇することが分かる。
【０１６９】
図１４は、冷却ガスフロー３ｄとして流量が毎分２０Ｌの水素ガスを流すと共に他の条件は図１３の場合と同様に設定し、内外周電流比を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布を示している。図１４から明らかなように、内外周電流比が１０５％である場合に、サセプタ１５の温度分布がほぼ均一になることが分かった。
【０１７０】
図１５は、冷却ガスフロー３ｄとして流量が毎分２０Ｌの窒素ガスに設定すると共に他の条件は図１３の場合と同様に設定し、内外周電流比を変化させたときのサセプタ１５の温度分布を示している。図１５から明らかなように、内外周電流比が９５％である場合に、サセプタ１５の温度分布がほぼ均一になることが分かった。
【０１７１】
以上に示したように、同じヒータを用いると共に同じ加熱条件で加熱する場合に、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスの種類を変更すると、サセプタ１５の温度分布が変化してしまう。したがって、このとき、ヒータが単一の構成よりなる場合には、均一な温度分布が得られるように、成長条件に応じてヒータの巻き方又は太さを工夫したヒータに取り替える必要があった。
【０１７２】
以上の実験結果に基づいて、本発明の第４の実施形態では、少なくとも２分割以上に分割したヒータ１６を用いると共にヒータ間の電流比を適切に設定することにより、冷却ガスフロー３ｄがどのような種類のガスよりなる場合であっても均一な温度分布が得られることを実現するものである。そこで、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置におけるヒータ１６として、内周ヒータ１６ａ及び外周ヒータ１６ｂよりなる２分割されたヒータ１６を一例として用いている。
【０１７３】
また、以下に、プロセスガスに用いるガスの種類によって、サセプタ１５の温度分布がどのように変化するかについて実験した結果について説明する。
【０１７４】
図１６は、III 族ガスフロー３ｂに水素及び窒素よりなる混合ガスを流す場合について、水素と窒素との割合を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布を示している。このとき、冷却ガスフロー３ｄに毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流し、押圧ガスフロー３ｃに毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流し、V 族ガスフロー３ａに毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアを流すと共に、サセプタ１５の設定温度、すなわち熱電対の位置での温度を１０００℃に設定している。また、内外周電流比を１００％としている。
【０１７５】
図１６から明らかなように、III 族ガスフロー３ｂにおける窒素の割合を増加させると、サセプタ１５の周辺部の温度が上昇することが確認された。
【０１７６】
図１７は、III 族ガスフロー３ｂに毎分２０Ｌの窒素ガスを流した場合について、内外周電流比を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布の変化を示している。
【０１７７】
図１７から明らかなように、内外周電流比が９０％であると、サセプタ１５の温度はほぼ均一になることが分かった。
【０１７８】
以上の実験結果から分かるように、冷却ガスに用いるガスの種類だけではなく、プロセスガスの種類を変更する場合においても、サセプタ１５の温度分布が変化することが明らかである。このため、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置では、内周ヒータ１６ａ及び外周ヒータ１６ｂよりなる分割された構造を有するヒータ１６を用いることにより、任意に選択された冷却ガス及びプロセスガスの種類に応じてサセプタ１５の温度を均一に保つことができる。このため、基板１Ａ上に成長させる各窒化物半導体の成長条件毎にヒータ１６の巻き方又は太さ等を変更する必要がない。
【０１７９】
以下に、以上の実験結果に基づいて、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造の半導体を製造する方法について説明する。
【０１８０】
図１８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体層の製造方法によって製造されるＬＥＤ構造の半導体層を示している。つまり、図１８に示すように、サファイアよりなる基板１Ａの上には、低温ＧａＮバッファ層３１及びＧａＮ層３２が下から順に成長されており、引き続き、ｎ型ＧａＮコンタクト層３３、ＩｎＧａＮ活性層３４が下から順に成長している。さらに、ＩｎＧａＮ活性層３４の直上には、組成比１５％、厚さ１０ｎｍのＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６が成長している。該電子障壁層３６の上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５が成長している。図１８に示したＬＥＤ構造は、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６を設けることで、ＬＥＤの効率を増加させることを目的とした構造である。
【０１８１】
以下に、図１８に示したＬＥＤ構造の半導体を成長させる各工程について説明する。なお、前述した図７に示した構造と同様の部分の成長方法は、図７を用いた説明と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。
【０１８２】
まず、基板１Ａをサセプタ１５上に設置した後、サーマルクリーニング工程を実施する。本発明の第３の実施形態とほぼ同じ条件を再現する目的で、全流量は同じ毎分６０Ｌとする。具体的には、押圧ガス導入口２ｃから窒素ガスを毎分２０Ｌの流量、V 族ガス導入口２ａから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、III 族ガス導入口２ｂから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、冷却ガス導入口２ｄから水素ガスを毎分２０Ｌの流量にてガス導入管１１内に導入しながら、サセプタ１５の温度を１０００℃とする。また、内外周電流比を１０５％とする。
【０１８３】
次に各導入口２ａ〜２ｄ内に導入される各ガスの流量はそのまま維持して、サセプタ１５の温度を５００℃に設定して、第３の実施形態と同様にして、基板１Ａ上に低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させる。
【０１８４】
低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させたところで、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのままの状態でアンモニア及び水素ガスのみを引き続き供給して、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ１５の温度が１０００℃で安定したところで、V 族ガス導入口２ａにＴＭＧを再び導入してＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１８５】
引き続き、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのまま維持して、第３の実施形態と同様に、モノシランガスなどのドーピングガスをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入することにより、１０００℃でｎ型ＧａＮコンタクト層３３を２μｍ成長させる。なお、このとき、押圧ガスフロー３ｃには窒素ガスが流れている。
【０１８６】
次に、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共にアンモニアは供給させたままの状態で、サセプタ１５の温度を７７０℃まで低下させる。このとき、内外周電流比を９５％に変更する。
【０１８７】
サセプタ１５の温度が安定したところで、ガス導入管１１内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の窒素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの窒素ガスを流す。この状態を所定時間保持した後、ＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をIII 族ガスフロー３ｂに混ぜて導入することにより、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる。
【０１８８】
次に、ＩｎＧａＮ活性層３４を５ｎｍ成長させたところで、ガス導入管１１内に導入されるすべての窒素ガスを再び水素ガスに切り替えると共に、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。
【０１８９】
次に、サセプタ１５の温度とガスのフローとが安定したところで、ＴＭＧと共に適切な割合のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を導入することにより、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６を１０ｎｍ成長させる。続いて、ＴＭＧとシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスとをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入して、電子障壁層３６の上にｐ型ＧａＮコンタクト層３５を０．２μｍ成長させる。
【０１９０】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の成長を終えたところで有機金属の供給を停止して、ヒータ１６を切ってサセプタ１５の温度を下げる。サセプタ１５の温度が５００℃になったところで、V 族ガスフロー３ａに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ１５の温度を室温付近まで下げた後、基板１Ａを取り出す。
【０１９１】
以上の成長工程により、青色ＬＥＤウェハが完成する。
【０１９２】
図１９は、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６におけるＡｌ組成比のウェハ内分布の内外周電流依存性を示しており、具体的には、電子障壁層３６を成長させる場合のガスフロー条件は前述した条件と同じとし、内外周電流比を変化させた場合におけるＡｌ組成比（％）とウェハの位置との関係を示している。
【０１９３】
図１９から明らかなように、前述した電子障壁層３６の成長条件と同じ条件の内外周電流比が１０５％である場合には、Ａｌ組成比はウェハ内で均一であることが分かる。しかしながら、内外周電流比を変化させると、Ａｌ組成比の分布が拡大していることが分かる。この結果は、温度が上昇するとＧａが蒸発してＡｌ組成比が増加する一方、温度が低下するとＧａの蒸発が抑制されてＡｌ組成比が低下することに対応している。本実施形態に係る半導体の製造方法では、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６を成長させる際に内外周電流比を１０５％としたことにより、ウェハ内で均一なＡｌ組成比を得ることができる。
【０１９４】
図２０は、ＩｎＧａＮ活性層３４の発光波長のウェハ内分布の内外周電流依存性を示しており、具体的には、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる場合のガスフロー条件は前述した条件と同じとし、内外周電流比を変化させた場合におけるＰＬ発光波長（ｎｍ）とウェハの位置との関係を示している。
【０１９５】
図２０から明らかなように、前述したＩｎＧａＮ活性層３４の成長条件と同じ条件の内外周電流比が９５％である場合には、発光波長はウェハ内で均一であることが分かる。しかしながら、内外周電流比を変化させると、発光波長の分布が拡大していることが分かる。この結果は、温度が上昇するとＩｎの取り込みが減少する一方、温度が低下するとＩｎの取り込みが増加することに対応している。本実施形態に係る半導体の製造方法では、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる際に内外周電流比を９５％としたことにより、ウェハ内で均一な発光波長分布を得ることができる。
【０１９６】
なお、本実施形態に係る半導体の製造方法では、ヒータ１６の内外周電流比を変化させて、ＩｎＧａＮ活性層３４及び電子障壁層３６を成長させることを除けば、前述した本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造方法とほとんど同じであるので、メンテナンスの周期は、第３の実施形態の場合と同様のほぼ同じ約４０回成長毎となる。
【０１９７】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体層の製造方法によると、III 族窒化物半導体の成長において、用いるプロセスガス及びその流量などの成長条件が他の半導体の成長条件と大きく異なるＡｌＧａＮよりなる電子障壁層とＩｎＧａＮ層とのいずれの成長においても、Ａｌ組成の分布がウェハ内で均一な電子障壁層及び発光波長分布がウェハ面内で均一となるＩｎＧａＮ層を成長させることができる。しかも、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体の製造方法では、本発明に係る第１〜第３の実施形態で説明したように、冷却ガスフロー３ｄ及び押圧ガスフロー３ｃの効果により、前述したような均一な分布を有する半導体を高い稼働率で安定して成長させ続けることができるので、産業利用上非常に有用である。なお、本実施形態では、ＬＥＤ構造を有する半導体層を製造する場合について説明したが、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮの両方を備えた半導体装置、特に、レーザ又はヘテロバイポーラトランジスタなどの半導体装置を製造する場合にも非常に有効であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明に係る有機金属気相成長装置及び半導体層の製造方法は、III 族窒化物半導体を再現性良く成長させる方法を提供すると共に、III 族窒化物半導体を用いた半導体装置を効率よく製造することにとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるフローチャンネルの構造を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるフローチャンネルの構造の変形例を説明するための概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における冷却ガスフローに窒素ガスを流した場合と流さない場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるＩｎＧａＮ活性層の成長時に用いる冷却ガスが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについてのフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度と波長との関係図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるＩｎＧａＮ活性層の成長時に用いる冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における、冷却ガスフローが窒素ガスと水素ガスとの混合ガスよりなる場合に、その混合割合を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における、冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における、冷却ガスフローが窒素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態における、III 族ガスフローの水素ガス及び窒素ガスの混合割合を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態における、III 族ガスフローが窒素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態におけるＡｌＧａＮよりなる電子障壁層のＡｌ組成比とウェハ位置との関係図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態におけるＩｎＧａＮのＰＬ発光波長とウェハ位置との関係図である。
【図２１】第１の従来例に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。
【図２２】第２の従来例に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０２００】
１Ａ 基板
２ａ V 族ガス導入口
２ｂ III 族ガス導入口
２ｃ 押圧ガス導入口
２ｄ 冷却ガス導入口
３ａ V 族ガスフロー
３ｂ III 族ガスフロー
３ｃ 押圧ガスフロー
３ｄ 冷却ガスフロー
１０ チャンバー
１１ ガス導入管
１２ フローチャンネル
１２ａ、１２ｄ フローチャンネルベース
１２ｂ プロセスガスフローチャンネル
１２ｃ 冷却ガスフローチャンネル
１２ｅ 遮熱板
１３ 排気管
１４ 回転軸
１５ サセプタ
１６ ヒータ
１７ 観察窓
１８ 膜厚測定装置
１８ａ 白色光
１９ 回転角度検出機構
２０ 回転信号ケーブル
２１ 温度分布測定装置
３１ 低温ＧａＮバッファ層
３２ ＧａＮ層
３３ ｎ型ＧａＮコンタクト層
３４ ＩｎＧａＮ活性層
３５ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３６ 電子障壁層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属気相成長装置及びその装置を用いた半導体の製造方法に関するものであり、特に、III 族窒化物半導体を再現性良く成長させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、これらの混晶であるＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮなどのIII族窒化物半導体は、可視から紫外領域の発光素子、受光素子又は高速動作トランジスタに用いる半導体材料として有望である。
【０００３】
III 族窒化物半導体を成長させる装置としては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置が使用されることが多い。ＭＯＣＶＤ法を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合、通常、１０００℃以上の高温で基板を加熱しながらIII 族窒化物半導体を成長させる。このため、反応炉における基板周辺の部材は非常な高温に加熱される。高温に加熱された部材が存在すると、原料ガスがその高温に加熱された部材と反応して反応生成物が生じ、加熱された部材にその反応生成物が付着する。
【０００４】
このような反応生成物が、例えば、基板をモニタリングするために設けている透明な石英の部材に付着すると、結晶成長中の表面状態又は温度をモニタリングすることができなくなるという問題がある。
【０００５】
また、多くの場合、反応生成物はフレーク状に剥がれやすく、剥がれた反応生成物が基板上に飛来することにより、結晶成長を阻害するという問題がある。
【０００６】
これらの問題に対しては、以下に示す第１及び第２の従来例が提案されている。
【０００７】
まず、第１の従来例（例えば特許文献１参照）に係る半導体結晶膜の成長装置の構成について、図２１を参照しながら概説する。
【０００８】
図２１に示すように、反応容器１００の内部において、シャフト１０１に支持されたサセプタ１０２上には基板１００Ａが搭載されており、サセプタ１０２の下側には、基板１００Ａを加熱するためのヒータ１０３が設置されている。また、反応容器１００の側壁部には、基板１００Ａに対して反応ガスを水平方向から噴射するように反応ガス噴射管１０４が設置されている。また、反応容器１００の上壁部には、上端が外部に突出すると共に下端が下方に向かってテーパー形状を有する副噴射管１０５が設置されている。また、反応容器１００の外部には、光源１０６及び光線センサー１０７が設けられている。さらに、反応容器１００には、内部のガスを排気する排気ポンプ１０８が設けられている。
【０００９】
以上のような構成を有する第１の従来例に係る半導体結晶膜の成長装置では、基板１００Ａに向かって水平方向から反応ガスを噴射するすると共に、基板１００Ａに対して副噴射管１０５から不活性ガスを噴射させることにより、副噴射管１０５への反応生成物の堆積を防いで、基板上における結晶成長中の表面状態を副噴射管１０５を介してモニタリングすることができる。
【００１０】
また、第２の従来例（例えば特許文献２参照）に係る半導体結晶膜の成長装置の構成について、図２２を参照しながら概説する。
【００１１】
図２２に示すように、分岐部を有する外筒２００と内筒２０１との二重構造によって反応炉は構成されている。また、上部側の内筒２０１の一部には、外筒２００を流れるガスを導入可能なように傾斜板２０１ａが設けられている。また、内筒２０１の内部には、２本の原料供給管２０２が設けられている。また、下部に位置する外筒２００の分岐部及び内筒２０１に設けられた開口部には、回転軸２０３に固定され且つ内部にヒータ２０４を備えたサセプタ２０５が設けられている。
【００１２】
以上のような構成を有する第２の従来例に係る半導体結晶膜の成長装置では、内筒２０１内には原料ガスを流すと共に外筒２００内にはパージガスを流し、サセプタ２０５上の基板２００Ａの近傍において、外筒２００内を流れるパージガスを内筒２０１に流入させることにより、外筒２００から内筒２０１に流入するパージガスによって原料ガスが基板２００Ａに押し付けられるので、基板２００Ａ上で成長が起こりやすくなる。これにより、内筒２０１の内壁に堆積する反応生成物を抑制することができる。
【特許文献１】特開平０４−１７０３９０号公報
【特許文献２】特開平１０−１６７８９７号公報
【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、前述した第１及び第２の従来例の構造では、反応生成物の生成を抑制するために用いるガスであるいわゆるパージガスが、反応ガス又は原料ガスであるいわゆるキャリアガスのフロー中に混入してしまう構造となっている。このため、以下の問題が生じる。
【００１４】
まず、キャリアガスとパージガスとを独立に制御することができないので、成長条件を制御することが非常に難しいという問題がある。特に、III 族窒化物半導体を成長させる場合には、成長させる混晶層に応じて、用いるキャリアガスの条件が異なるので、成長条件を制御することが特に難しい。例えば、III 族窒化物半導体を成長させる場合として、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮを成長させる場合には水素を主成分とするキャリアガスを用いる一方、例えばＩｎＧａＮを成長させる場合には窒素を主成分とするキャリアガスを用いる。また、ＡｌＧａＮを成長させる場合には、原料となるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニアとが、基板に到達する前に気相反応を起こして、成長に寄与しない重合反応を起こしやすいことから、キャリアガスのガス流量を増やして流速を上げることにより、キャリアガスがガスの噴射口から基板上に到達するまでの時間を短縮して、気相反応を抑制することが行なわれている。このように、III 族窒化物半導体の混晶の種類に応じてキャリアガスの成分又は流量を変化させる必要があるので、最適なパージガスの条件も変化することになる。このため、III 族窒化物半導体の混晶の種類毎にキャリアガスとパージガスとを制御する必要が生じるので、成長条件の設定が非常に難しく、さらに、その制御は非常に困難である。
【００１５】
また、不活性ガスよりなるパージガスがキャリアガス中に流入する構造であるので、基板上のアンモニア分圧を大きくすることができないという問題がある。
【００１６】
III 族窒化物半導体を成長させる場合には、V 族元素である窒素の取り込み効率が悪いので、窒素の原料ガスであるアンモニア分圧を大きくする必要がある。しかしながら、パージガスがキャリアガス中に流入する構造であると、基板上ではアンモニアがパージガスによって薄められるので、アンモニア分圧が低下してしまう。多数枚を成長させる場合などのために大型化された装置を用いる場合には、下流にいくほどパージガスとアンモニアとが混合する割合が高くなるので、アンモニア分圧が低下する。このため、全ての基板に対して十分なアンモニア分圧を維持することが難しくなる。
【００１７】
したがって、ＭＯＣＶＤ装置を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、製造レベルで安定して再現性良く装置を運転すること、又は生産の効率化のために大型化された設備を用いて多数枚を成長させたり又は大面積のウェハ上で成長させることが難しいという事情がある。
【００１８】
前記に鑑み、本発明の目的は、反応生成物が基板以外の領域に堆積することを防止すると共に、再現性良く半導体を成長させることができるＭＯＣＶＤ装置又は半導体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る有機金属気相成長装置は、内部に配置されたサセプタ上に基板を保持するチャンバーと、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられ、チャンバー内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、チャンバーの壁部から内部にかけて冷却ガス導入口とは独立して設けられ、チャンバー内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口と、プロセスガス導入口から連続するように設けられ、プロセスガス導入口から導入される原料ガスを基板上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備え、冷却ガス導入口は、冷却ガスがプロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る有機金属気相成長装置によると、冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを冷却することができるので、反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを抑制することができる。これにより、基板上への反応生成物の飛来が低減され、再現性良く半導体を製造できる有機金属気相成長装置を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口とを有し、第１の導入口と第２の導入口とは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００２３】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、第１の導入口及び第２の導入口は、この順でサセプタに近い側から設置されていることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる。
【００２５】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガス導入口は、プロセスガス導入口の上に重なるように設置されていることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、冷却ガス導入口から導入される冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。また、このような簡易な構造で前述の効果を実現することができるので、組み立て精度に左右されることなく安定して前述の効果を得ることができる。
【００２７】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガス導入口から連続するように設けられた冷却ガスフローチャンネルをさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、冷却ガスが流れる冷却ガスフローチャンネルによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。
【００２９】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガスフローチャンネルは、プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設置されていることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、冷却ガスフローチャンネルがプロセスガスフローチャンネル上に重なるような構造となるので、プロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。また、このような簡易な構造で前述の効果を実現することができるので、組み立て精度に左右されることなく安定して前述の効果を得ることができる。
【００３１】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガスフローチャンネルが、石英よりなることが好ましく、また、この場合には、原料ガスに用いるV 族ガスによって冷却ガスフローチャンネルが腐食することを防止することができる。
【００３２】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガスフローチャンネルは、石英よりなることが好ましく、また、この場合には、原料ガスに用いるV 族ガスによってプロセスガスフローチャンネルが腐食することを防止することができる。
【００３３】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口と、押圧ガスを導入する第３の導入口とを有し、第１の導入口と、第２の導入口と、第３の導入口とは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、押圧ガスによって基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的に高めることができるので、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００３５】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、第１の導入口、第２の導入口及び第３の導入口は、この順でサセプタに近い側から設置されていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがV 族ガス及びIII 族ガスの上を流れるので、基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的により高めることができる。
【００３７】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、基板を加熱するヒータをさらに備え、ヒータは、少なくとも２つ以上に分割された構造を有していることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。このため、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。
【００３９】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、ヒータは、同心円上に分割されていることが好ましい理由は、サセプタにおける温度分布は、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて、サセプタの中央から外側に向かう程ばらつくからである。
【００４０】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、ヒータの各々は、互いに独立して電力を制御することが好ましい。
【００４１】
このようにすると、サセプタにおける温度分布を均一に調整することが可能になる。
【００４２】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、チャンバーの外部に設けられ、プロセスガスフローチャンネルを介して、基板に対して光を照射する装置をさらに備えていることが好ましい。
【００４３】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、光を照射する装置は、基板における膜厚を測定する装置であることが好ましい。
【００４４】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、光を照射する装置は、基板の回転に同期して動作することが好ましい。
【００４５】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、チャンバーの外部に設けられ、プロセスガスフローチャンネルを介して、基板又はサセプタからの赤外線を測定する装置をさらに備えていることが好ましい。
【００４６】
本発明に係る有機金属気相成長装置において、赤外線を測定する装置は、サセプタの温度を測定する装置であることが好ましい。
【００４７】
本発明に係る半導体の製造方法は、チャンバー内に配置されたサセプタ上に保持された基板上に、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられたプロセスガス導入口から導入される原料ガスを、プロセスガス導入口から連続するように設けられたプロセスガスフローチャンネルを介して搬送することにより、基板上に半導体を成長させる半導体の製造方法であって、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられた冷却ガス導入口から導入される冷却ガスを、プロセスガスフローチャネルの外壁に当てながら、半導体を成長させることを特徴とする。
【００４８】
本発明に係る半導体の製造方法によると、冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを冷却することができるので、反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを抑制することができる。これにより、基板上への反応生成物の飛来が低減され、再現性良く半導体を製造できる有機金属気相成長装置を提供することができる。
【００４９】
本発明に係る半導体の製造方法において、プロセスガス導入口から導入される原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスとを含み、III 族ガスとV 族ガスとは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００５１】
本発明に係る半導体の製造方法において、III 族ガス及びV 族ガスは、サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる。
【００５３】
本発明に係る半導体の製造方法において、V 族ガスは、アンモニアガスを含むことが好ましい。
【００５４】
このようにすると、第１の導入口から導入されるアンモニアガスを基板上に効果的に供給することができる。
【００５５】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスは、冷却ガス導入口から連続すると共にプロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設けられた冷却ガスフローチャンネル内に導入されることが好ましい。
【００５６】
このようにすると、冷却ガスが流れる冷却ガスフローチャンネルによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。
【００５７】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスとして冷却効果に優れた水素ガスを用いることができる。
【００５８】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスとして窒素ガスを用いることもできる。また、製造する半導体によって水素ガスよりなる冷却ガスを用いることが好ましくない場合に窒素ガスが有効である。
【００５９】
本発明に係る半導体の製造方法において、半導体としてＩｎを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、水素ガスを含むガスよりなる冷却ガスを用いると共に、半導体としてＩｎを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスよりなる冷却ガスを用いることが好ましい。
【００６０】
このようにすると、水素ガスによる影響がほとんど見られないＩｎを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、冷却効果に優れた水素ガスを用いて反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを効果的に抑制すると共に、水素ガスによる影響が大きいＩｎを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスを用いた冷却を行なうことにより、Ｉｎの取り込みが十分なIII 族窒化物半導体を成長させることができる。
【００６１】
本発明に係る半導体の製造方法において、プロセスガス導入口から導入される原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとを含み、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることが好ましい。
【００６２】
このようにすると、押圧ガスによって基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的に高めることができるので、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。
【００６３】
本発明に係る半導体の製造方法において、III 族ガス、V 族ガス及び押圧ガスは、サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、第１の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがV 族ガス及びIII 族ガスの上を流れるので、基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的により高めることができる。
【００６５】
本発明に係る半導体の製造方法において、V 族ガスは、アンモニアガスを含むことが好ましい。
【００６６】
このようにすると、アンモニアガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがアンモニアガスの上を流れるので、基板上におけるアンモニアガスの濃度を実効的により高めることができる。
【００６７】
本発明に係る半導体の製造方法において、押圧ガスは、窒素ガスを含む場合には、III 族窒化物半導体を成長させる際に好ましい。
【００６８】
本発明に係る半導体の製造方法において、基板を加熱するために設けられているヒータは、同心円上に内側から少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、半導体を成長させることが好ましい。
【００６９】
このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。特に、サセプタにおける温度分布は冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて変化するので、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させることにより、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。
【００７０】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることが好ましい理由は、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が低下するからである。
【００７１】
本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることが好ましい理由は、冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が上昇するからである。
【００７２】
本発明に係る半導体の製造方法において、基板を加熱するために設けられたヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、半導体を成長させることが好ましい。
【００７３】
このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。特に、サセプタにおける温度分布は原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて変化するので、原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第１のヒータと第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させることにより、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。
【００７４】
本発明に係る半導体の製造方法において、原料ガスに含まれる水素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることが好ましい理由は、原料ガスに含まれる水素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が低下するからである。
【００７５】
本発明に係る半導体の製造方法において、原料ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、第２のヒータに印加する電力を第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることが好ましい理由は、原料ガスに含まれる窒素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が上昇するからである。
【発明の効果】
【００７６】
本発明に係る有機金属気相成長装置及び半導体の製造方法によると、チャンバー内における基板以外の部分へ反応生成物が堆積することを防止できるので、再現性良く半導体を製造することができる。特に、本発明は、III 族窒化物半導体を製造する場合に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る有機金属気相成長装置及び半導体層の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機金属気相成長装置（以下、ＭＯＣＶＤ装置と記す）の構成を示す概略断面図である。
【００７９】
図１に示すＭＯＣＶＤ装置は、ステンレス製のチャンバー１０の内部に、ステンレス製のガス導入管１１、後述で詳説するフローチャンネル１２、及びガスを排気する石英よりなる排気管４が水平方向に配置された横型のＭＯＣＶＤ装置であって、具体的には、以下の構成を有している。
【００８０】
図１に示すように、チャンバー１０の内部には、チャンバー１０の側壁部に設置された後述するガス導入口から延びるように、ガス導入管１１が設けられており、該ガス導入管１１に連設するように、フローチャンネル１２が設けられている。また、チャンバー１０の内部には、フローチャンネル１２の端部近傍からチャンバー１０の側壁部まで延びるように、内部のガスを外部に排気する排気管１３が設けられている。また、フローチャンネル１２の下部には開口部が形成されており、該開口部には、チャンバー１０の外部から内部へ延びる回転軸１４によって固定されたカーボン製のサセプタ１５が設けられている。そして、半導体を成長させる際には、サセプタ１５の上に基板１Ａを搭載する。なお、サセプタ１５の上には、２インチの基板を３枚搭載することができる。
【００８１】
また、回転軸１４は中空構造を有しており、その中空の内部にはサセプタ１５の温度を測定する熱電対（図示せず）が設けられている。なお、以降では、特に注釈がない限り、サセプタ１５の温度とは、熱電対の位置における温度を意味する。また、サセプタ１５の下部には、該サセプタ１５を加熱する抵抗線よりなるヒータ１６が設けられている。また、チャンバー１０の上部には、サセプタ１５上に搭載された基板１Ａ上に結晶成長する半導体を観察できる観察窓１７が設けられている。また、観察窓１７の上方には、基板１Ａ上に結晶成長する半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置１８が設けられている。膜厚測定装置１８は、基板１Ａに対して白色光１８ａを照射して、反射スペクトルを解析することによって膜厚を解析する。反射スペクトルには、結晶成長させた半導体層の膜厚に応じた干渉が発生するので、反射スペクトルを解析することにより、その膜厚を測定することが可能になっている。なお、結晶成長中は、回転軸１４によってサセプタ１５を回転させるので、基板１Ａの位置に同期させて膜厚の測定を行なう必要がある。このため、回転軸１４には、回転角度検出機構１９が設けられており、膜厚測定装置１８は、回転信号ケーブル２０を通じて回転角度検出機構１９からの回転信号を受けて、基板１Ａの位置に同期して膜厚を測定することができる。
【００８２】
以下では、図１に示すＭＯＣＶＤ装置の構成についてさらに具体的に説明する。
【００８３】
ガス導入管１１には、原料ガスを導入するガス導入口として、基板１Ａ近傍まで互いに分離したV 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂが設けられている。これにより、V 族ガスであるアンモニアとIII 族窒化物半導体の原料となる有機金属とが基板１Ａ近傍に至るまでに気相反応することを防止することができる。また、サセプタ１５に近い側から順に、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂが設けられているので、基板１Ａの表面上にV 族ガスであるアンモニアを効果的に供給することができる。さらに、ガス導入管１１には、ガス導入口として、フローチャンネル１２を冷却する目的で、冷却ガス導入口２ｄが設けられている。また、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び冷却ガス導入口２ｄは重なるように下から順に設けており、チャンバー１０における同じ側からフローチャンネル１２内へガスを導入することができる構成となっている。
【００８４】
フローチャンネル１２については、図２を参照しながら説明する。
【００８５】
図２に示すように、フローチャンネル１２は、石英よりなり、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃの組み合わせによって構成されている。
【００８６】
フローチャンネルベース１２ａは、フローチャンネル１２全体を支える役割を有し、中央付近にサセプタ１５が入る開口を有している。
【００８７】
プロセスガスフローチャンネル１２ｂは、フローチャンネルベース１２ａの上に重ねられている。V 族ガス導入口２ａから導入され、V 族ガスフロー３ａ（図１参照）を流れるV 族ガスと、III 族ガス導入口２ｂから導入され、III 族ガスフロー３ｂ（図１参照）を流れるIII 族ガスとは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂとフローチャンネルベース１２ａとの間の空間、すなわち、フローチャンネルベース１２ａの上壁ａ１とプロセスガスフローチャンネル１２ｂの内壁ｂ１とで囲まれた領域内を流れる。
【００８８】
冷却ガスフローチャンネル１２ｃは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上に重ねられている。冷却ガス導入口２ｄから導入され、冷却ガスフロー３ｄ（図１参照）を流れる冷却ガスは、冷却ガスフローチャンネル１２ｃとプロセスガスフローチャンネル１２ｂとの間の空間、すなわち、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁ｂ２と冷却ガスフローチャンネル１２ｃの内壁ｃ１とで囲まれた領域内を流れる。
【００８９】
このように、フローチャンネル１２は、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃが重なるように構成されているため、冷却ガスフローチャンネル１２ｃ内を流れる冷却ガス導入口２ｄ（図１参照）から導入された冷却ガスは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ上、つまり、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁ｂ２上を流れるので、プロセスガスフローチャンネル１２ｂを効果的に冷却することができる。
【００９０】
また、ここで、フローチャンネル１２の構成の変形例について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００９１】
図３（ａ）に示すように、フローチャンネル１２は、石英よりなり、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、及び内部に中空部を有する冷却ガスフローチャンネル１２ｄが重ねられた構成であってもよい。このような構成にすると、取り替え頻度が高いプロセスガスフローチャンネル１２ｂのみを容易に取り替えることができる。また、このような構成を有する場合であっても、冷却ガスフロー３ｄにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁ｂ２を間接的に冷却することができる。
【００９２】
また、図３（ｂ）に示すように、フローチャンネル１２は、石英よりなり、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、観察用窓を有する遮熱板１２ｅ、及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃが重ねられた構成であってもよい。このような構成にするのは、石英は輻射熱が大きいので、遮熱板１２ｅを設けることにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂに対する冷却効果が抑制されることを防止できる。
【００９３】
なお、前述したフローチャンネル１２は、フローチャンネルベース１２ａ、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ、及び冷却ガスフローチャンネル１２ｃが単に重ねられた構成よりなる場合について説明したが、これらの部材を必要に応じて溶接などによって一体化してもよい。また、フローチャンネル１２を構成する材料は、石英以外の材料であっても、高温に耐えると共にアンモニアなどによって腐食されない材料、例えばアルミナ、サファイア若しくはＳｉＣよりなる材料、又はこれらのうちのいずれかの材料によってコーティングされた材料などを用いることも可能である。
【００９４】
また、プロセスガスフローチャンネル１２などの部材は一体の石英よりなる場合について説明したが、プロセスガスフローチャンネル１２は、石英が二重に重ねられてなる場合であってもよい。この場合であっても、冷却ガスフロー３ｄにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上壁１２ｂを直接的に冷却することができる。
【００９５】
排気管１３は、プロセスガスフローチャンネル１２内を流れる原料ガスと、冷却ガスフローチャンネル１２ｃ内を流れる冷却ガスとを排気するものであり、ＭＯＣＶＤ装置の外部に配置された排気ガス処理装置（図示せず）へ排気口４ａを通じて接続されている。
【００９６】
また、図１に示すように、フローチャンネル１２と排気管１３とが配置されていることにより、V 族ガスが流れるV 族ガスフロー３ａ及びIII 族ガスが流れるIII 族ガスフロー３ｂと、冷却ガスが流れる冷却ガスフロー３ｄとは、サセプタ１５上に搭載された基板１Ａの直上において分離された状態であって、排気管１３の直前において合流している。このため、基板１Ａの直上におけるV 族ガスフロー３ａとIII 族ガスフロー３ｂとは、冷却ガスフロー３ｄの影響を受けることはない。
【００９７】
また、図１に示すように、冷却ガス導入口２ｄは、ガス導入管１１内において、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂと一体となって形成されている。このため、導入される冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネル１２が冷却されるような位置に、冷却ガス導入口２ｄを別途設けることなく、より効果的にプロセスガスフローチャンネル１２を冷却することができる。また、図１及び図２に示すように、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの外壁ｂ２上にプロセスガスを導く構造は、冷却ガスフローチャンネル１２ｃをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ上に重ねただけの単純な構造である。このため、図１に示したＭＯＣＶＤ装置は、フローチャンネル１２の組み立て精度などに依存することなく、冷却ガスフロー３ｄによって得られる効果を容易に実現することができる。なお、ここでは、冷却ガス導入口２ｄが、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂと一体的に形成されている場合について説明したが、例えばチャンバー１０の上壁などのチャンバー１０における他の位置に冷却ガス導入口２ｄを設ける場合であっても、その位置から冷却ガスをプロセスガスフローチャンネル１２ｂの外壁ｂ２に吹き付ける構成とすることで、プロセスガスフローチャンネル１２ｂを冷却する効果が実現される。
【００９８】
次に、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いて、III 族窒化物半導体を連続して成長させた場合における膜厚測定装置１８によって解析される反射スペクトルの測定結果について、冷却ガスフロー３ｄが無い場合も含めて説明する。
【００９９】
まず、図４は、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いて、III 族窒化物半導体を連続して成長させてなる半導体の構造を示す断面概略図を示しており、サファイアよりなる基板１Ａの上には、低温ＧａＮバッファ層３１及びＧａＮ層３２が下から順に成長している。
【０１００】
以下に、図４に示す構造よりなる半導体を成長させる各工程について説明する。なお、ここではまず、後述する冷却ガスを流さない場合との比較のために、図１に示したＭＯＣＶＤ装置において、冷却ガスを流すことなく、半導体の１回の成長方法について説明する。
【０１０１】
まず、サファイアよりなる基板１Ａをサセプタ１５の上に設置した後に、チャンバー１０内を密閉する。
【０１０２】
次に、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂから、それぞれ毎分３０Ｌの流量にて水素ガスを導入しながら、サセプタ１５の温度が１０００℃となるように、ヒータ１６を加熱する。このサーマルクリーニングと呼ばれる工程により、サファイアよりなる基板１Ａの表面に付着している不純物を蒸発させる。
【０１０３】
次に、サセプタ１５の温度を５００℃に設定する。サセプタ１５の温度が安定したところで、V 族ガス導入口２ａに導入される水素ガスのうち毎分２０Ｌの流量分をアンモニアに切り替えることにより、V 族ガス導入口２ａからアンモニアを導入して、そのアンモニアをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に供給する。続いて、V 族ガス導入口２ａから導入されるガスのフローが安定したところで、III 族ガス導入口２ｂに導入される水素ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を輸送させて、ＴＭＧをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に供給する。有機金属の流量は毎分μｍｏｌオーダーであって非常に微量であるため、全体のフローに対する割合は非常に少ないので、有機金属を貯蔵した容器内に水素ガスを通じることにより、蒸発した有機金属が水素ガスによって輸送されて、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入される。これにより、加熱された基板１Ａ上において、アンモニアとＴＭＧとが反応して、低温ＧａＮバッファ層３１が成長する。
【０１０４】
次に、低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させたところで、III 族ガス導入口２ｂに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、V 族ガスフロー３ａの流量及びIII 族ガスフロー３ｂの流量はそのまま維持し、アンモニア及び水素ガスのみを供給させて、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。
【０１０５】
次に、サセプタ１５の温度が１０００℃で安定したところで、V 族ガスフロー３ａの流量及びIII 族ガスフロー３ｂの流量はそのまま維持し、III 族ガス導入口２ｂにＴＭＧを再び導入することにより、ＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１０６】
次に、ＧａＮ層３２が２μｍ成長したところで、III 族ガス導入口２ｂに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、ヒータ１６を切ってサセプタ１５の温度を下げる。サセプタ１５の温度が５００℃になるところで、V 族ガス導入口２ａに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ１５の温度を室温付近まで下げた後、基板１Ａを取り出す。
【０１０７】
以上の一連の工程が、１回の成長である。
【０１０８】
ここで、比較のために、冷却ガスフロー３ｄがない場合と、サセプタ１５上に基板１Ａを搭載する工程及びサセプタ１５から基板１Ａを取り出す工程以外の工程を通じて冷却ガスフロー３ｄがある場合とのそれぞれの場合において、膜厚測定装置１８によって測定される反射スペクトルの特定の波長の強度についての成長毎の変化を測定した。反射スペクトルは前述したように膜厚に依存する性質を有するので、いずれの場合においても、ＧａＮ層３２を２μｍ成長させた直後における反射スペクトル強度を測定すると共に、測定波長を６００ｎｍと一定にすることにより、膜厚又は測定波長の影響がない条件下で、それぞれの変化を測定した。また、冷却ガス導入口２ｄから導入される冷却ガスとして、窒素ガスを用いると共に、その流量を毎分２０Ｌとした。
【０１０９】
以上の条件下で、前述した１回の成長を繰り返して行なっていくと、通常、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ内の原料ガスが接する内壁ｂ１に反応生成物が堆積する。このため、膜厚測定装置１８から出射される白色光１８ａが反応堆積物に遮られることにより、基板１Ａからの反射スペクトル強度が減少することになる。そして、反射スペクトル強度が未使用のプロセスガスフローチャンネル１２ｂを用いたときに得られる反射スペクトル強度の２０％（本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いた場合）まで減衰するとノイズが多くなるので、本実施形態における膜厚測定装置１８は反射スペクトル強度を正確に測定することができない。このため、反射スペクトル強度が約２０％にまで減衰した時点で、フローチャンネル１２を交換するメンテナンスの必要が生じる。
【０１１０】
図５は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、冷却ガス導入口２ｄから導入された窒素の冷却ガスフロー３ｄがある場合と、冷却ガス導入口２ｄから冷却ガスを導入しない場合とのそれぞれについて、反射スペクトル強度（相対値）と成長回数（回）との関係を示している。
【０１１１】
図５に示すように、冷却ガスを流さない場合には、前述の１回の成長を５回実施した時点で、反射スペクトル強度はほとんどゼロとなっており、反射スペクトルを測定することが不可能になってしまう。一方、冷却ガスを導入して冷却ガスフロー３ｄがある場合には、冷却ガスを流さない場合に比べて、反応生成物の堆積が抑制されており、前述の１回の成長がおよそ２０回実施されるまで、反射スペクトルの測定が可能であった。このような結果が得られたのは、冷却ガスフロー３ｄによってプロセスガスフローチャンネル１２ｂが冷却されることにより、反応生成物の堆積が抑制されたためである。
【０１１２】
ここで、冷却ガスフロー３ｄによる冷却温度について、以下のように考察することができる。ＴＭＧとアンモニアとによってＧａＮを成長させる場合には、およそ３５０℃で成長が開始し、５００℃以上になると、供給量にほぼ律速された成長速度で飽和することが分かっている。したがって、冷却ガスフロー３ｄにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの温度を３５０℃未満に低下させることによって、反応生成物の堆積を抑制することが可能になる。
【０１１３】
本実施形態に係る冷却ガスフロー３ｄを持つＭＯＣＶＤ装置は、以下に示す利点を有している。図５に示した結果からも明らかなように、冷却ガスフロー３ｄを持たないＭＯＣＶＤ装置の場合には、反射スペクトルを測定するために、数回成長させる度にフローチャンネル１２を交換するメンテナンスを行なう必要が生じる一方、本実施形態に係る冷却ガスフロー３ｄを持つＭＯＣＶＤ装置によると、メンテナンスの周期を大きく伸ばすことができる。また、冷却ガスフロー３ｄによって反応生成物がプロセスガスフローチャンネル１２ｂに堆積されることを抑制できるため、反応生成物が基板１Ａ上へ飛来することを低減できるので、より安定して再現性良く結晶成長を行なうことが可能になる。
【０１１４】
また、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置は、他の機構を有するＭＯＣＶＤ装置と比べて、以下に示す利点を有している。一般的に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、反応性の高いアンモニアガスを用いるために、材料の選択の自由度が制限される。例えば、フローチャンネルを冷却する手段として、ステンレス、銅若しくはアルミニウムなどよりなる水冷機構又は放熱機構を用いる場合には、アンモニアガスと反応してこれらの機構が腐食するなどの問題が生じるので、水冷機構又は放熱機構を構成する材料の選択が非常に困難であると共にこれらの機構を備えた構造を作製することが非常に難しい。たとえこれらの機構を用いた構造を実現できた場合であっても、メンテナンスの周期が短いなどの問題が生じやすい。例えば、ＧａＡｓを成長させる装置として、ステンレス、銅又はアルミニウムなどよりなる水冷機構を備えた装置を実現することはできるが、これは、ＧａＡｓを成長させる場合には、ステンレス、銅又はアルミニウムなどに対して反応性が高いガスを用いる必要がないので、水冷機構が腐食するという問題を懸念する必要がない。しかしながら、III 族窒化物半導体を成長させる場合には、アンモニアガスに対して反応性が高いステンレス、銅又はアルミニウムなどよりなる水冷機構を備えることは困難である。
【０１１５】
これに対して、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置では、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの上に、該プロセスガスフローチャンネル１２ｂと同じ材質である石英よりなる冷却ガスフローチャンネル１２ｃを重ねて、冷却ガスフローチャンネル１２ｃの内部に冷却ガスを流すというシンプルな構成により、プロセスガスフローチャンネル１２ｂに対する冷却効果を実現することができる。このように、本実施形態では、冷却ガスを用いてプロセスガスフローチャンネル１２ｂを冷却する構成であるので、水冷などの冷却方式に比べると、冷却効果は小さいと考えられるが、実際には、前述したように、３５０℃未満の温度であれば、反応生成物の堆積を抑制する効果が現れる。このため、水冷によって１００℃以下に強く冷却しなくても、本実施形態における冷却ガスを用いた冷却ガスフロー３ｄによる冷却方式によって、必要な冷却効果を得ることができる。
【０１１６】
また、本実施形態では、前述したように、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び冷却ガス導入口２ｄはそれぞれ独立して設けられており、V 族ガス導入口２ａから導入されるV 族ガス、III 族ガス導入口２ｂから導入されるIII 族ガス、及び冷却ガス導入口２ｄから導入される冷却ガスはそれぞれ独立した空間内に導入されるので、それぞれのガスを独立して制御することができる。このことは、以下のような場合に有効である。例えば、結晶成長の要請によってプロセスガスフロー（３ａ、３ｂ）の流速を落とした場合、プロセスガスが輸送する熱量が低下することにより、フローチャンネル１２の温度が上昇してしまうことがある。このとき、冷却ガスフロー３ｄの流量を増やすことにより、フローチャンネル１２の温度を低く維持することができる。これにより、プロセスガスフロー（３ａ、３ｂ）の設定の自由度を高めることができる。
【０１１７】
一方、従来のＭＯＣＶＤ装置の場合のように、冷却ガスのフローが原料ガスのフローと混入する構成では、原料ガスの流量を低減させる必要が生じた場合、前述した理由で、冷却ガスのフローを増加させて冷却効果を上昇させる必要が生じるが、結果として、基板上における流量は結果として余り変わらないことになる。したがって、原料ガスの流量を低減させるといった結晶成長の要請に十分応答することができないという問題があった。しかしながら、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、前述のように、原料ガスの設定の自由度が高いので、結晶成長の要請に十分に応答することができる。
【０１１８】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、冷却ガスフローチャンネル１２ｃ内の冷却ガスフロー３ｄによって、プロセスガスフローチャンネル１２ｂを冷却することにより、プロセスガスフローチャンネル１２ｂなどを構成する石英などの部材に反応生成物が堆積することを防ぐことができる。このため、ＭＯＣＶＤ装置に対するメンテナンスの周期を伸ばすことができると共に、基板１Ａ上へ反応生成物が飛来することを防いで、安定的に且つ再現性良く窒化物半導体を成長させることができる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
【０１２０】
具体的には、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法は、本発明の第１の実施形態に係る図１及び図２で示したＭＯＣＶＤ装置と全く同じ装置を用いて、本発明の第１の実施形態における図４で示した半導体と同じ構造よりなる半導体を連続して成長させる方法であるが、前述した第１の実施形態と共通する部分の説明は繰り返さない。
【０１２１】
本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法が、本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造方法と異なる点は、冷却ガスフロー３ｄを構成する冷却ガスとして、第１の実施形態で用いた窒素ガスの替わりに水素ガスを用いている点であって、ここでは、水素ガスの流量を毎分２０Ｌとして図４に示した半導体を製造した。
【０１２２】
図６は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、本実施形態における水素ガスよりなる冷却ガスフロー３ｄの場合と第１の実施形態における窒素ガスよりなる冷却ガスフロー３ｄの場合とのそれぞれにおいて、反射スペクトル強度（相対値）と成長回数（回）との関係を示している。
【０１２３】
図６に示すように、冷却ガスフロー３ｄが水素ガスよりなる場合には、図４を用いて説明した前述の１回の成長がおよそ３０回実施されるまで、反射スペクトルの測定が可能であった。したがって、冷却ガスフロー３ｄが水素ガスよりなる本実施形態によると、冷却ガスフロー３ｄが窒素ガスよりなる場合であって２０回の成長まで反射スペクトルの測定が可能であった前述の第１の実施形態と比べて、反射スペクトルの測定が可能な成長回数を増加させることができる。
【０１２４】
このような効果が得られた理由としては、水素ガスは窒素ガスよりも冷却効果が高いために、プロセスガスフローチャンネル１２ｂへの反応生成物の堆積をより抑制することができたからであると考えられる。
【０１２５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例について説明する。
【０１２６】
具体的には、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例は、図１及び図２で示した本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と全く同じ装置を用いて、図７に示す構造を有する半導体を製造する方法である。
【０１２７】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例で製造される半導体の構造、つまりＬＥＤ構造を示している。つまり、図７に示すように、サファイアよりなる基板１Ａの上には、低温ＧａＮバッファ層３１及びＧａＮ層３２が下から順に成長されており、引き続き、ｎ型ＧａＮコンタクト層３３、ＩｎＧａＮ活性層３４及びｐ型ＧａＮコンタクト層３５が下から順に成長している。
【０１２８】
以下に、図７に示したＬＥＤ構造よりなる半導体を成長させる各工程について説明する。なお、図７に示した構造のうち図４に示した構造と同様の部分の成長方法は、図４を用いた説明と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。
【０１２９】
まず、冷却ガス導入口２ｄから毎分２０Ｌの流量にて、冷却ガスフロー３ｄを構成する水素ガスを導入しながら、第１の実施形態と同様に、サーマルクリーニングを行なった後に、５００℃にて低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させると共に１０００℃にてＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１３０】
引き続いて、冷却ガスフロー３ｄとして毎分２０Ｌの流量の水素ガスをそのまま維持して、１０００℃にてｎ型ＧａＮコンタクト層３３を２μｍ成長させる。ここで、ｎ型のドーパントとしては、Ｓｉ又はＧｅなどを用いることができる。この場合、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの内部に、モノシラン又はモノゲルマンなどのドーピングガスを所定量にて導入することによってドーピングを行なうことができる。また、ドーピングガスは、V 族ガス導入口２ａ及びIII 族ガス導入口２ｂのうちのいずれの導入口から導入させる構成であってもよい。また、Ｓｉ又はＧｅは、ＧａＮのIII 族サイトに入るので、モノシラン又はモノゲルマンなどのドーピングガスをIII 族ガスフロー３ｂに混入させる方が、基板１Ａ表面における面内均一性が向上するため好ましい。
【０１３１】
次に、III 族ガス導入口２ｂに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、V 族ガス導入口２ａに導入されるアンモニアの供給を継続したまま、サセプタ１５の温度をＩｎＧａＮの成長に好ましい温度である７５０℃まで低下させる。温度が安定したところで、ガス導入管１１内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー３ａには、毎分１０Ｌの流量の窒素ガス及び毎分２０Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流し、III 族ガスフロー３ｂには、毎分３０Ｌの流量の窒素ガスを流し、冷却ガスフロー３ｄには、毎分２０Ｌの窒素ガスを流す。
【０１３２】
この状態で、チャンバー１０内に存在していた水素ガスがほぼ追い出されるまでの時間保持した後、III 族ガスフロー３ｂ内にＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を混入して導入することにより、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる。一般に、ＩｎＧａＮを成長させる場合には、成長時におけるＩｎの取り込み効率が低いために、ＴＭＩをかなり過剰に供給する。このため、成長したＩｎＧａＮ層の厚さが薄い場合においても、プロセスガスフローチャンネル１２ｂへの反応生成物の堆積は比較的多くなる。しかしながら、本工程では、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスとして、水素ガスを用いずに窒素ガスを用いたことにより、反応生成物の堆積を抑制しながら、Ｉｎを十分に取り込んだＩｎＧａＮ活性層３４を実現することができる。なお、このメカニズムについては後述で詳説する。
【０１３３】
続いて、ＩｎＧａＮ活性層３４を５ｎｍ成長させたところで、ガス導入管１１内に導入されるすべての窒素ガスを水素ガスに再び切り替えると共に、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー２ａには、毎分１０Ｌの流量の水素ガス及び毎分２０Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流し、III 族ガスフロー２ｂには、毎分３０Ｌの流量の水素ガスを流し、冷却ガスフロー３ｄには、毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。そして、温度とフローとが安定したところで、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５を０．２μｍ成長させる。ｐ型のドーパントとしては、Ｍｇなどを用いることができる。この場合、プロセスガスフローチャンネル１２ｂの内部に、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスを導入することによってドーピングを行なうことができる。また、Ｍｇは、ＧａＮのIII 族サイトに入るので、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスをIII 族ガスフロー３ｂに混入させる方が、基板１Ａ表面における面内均一性が向上するため好ましい。
【０１３４】
以上の一連の工程によって、Ｉｎが十分に取り込まれたＩｎＧａＮ活性層３４を有する波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤウェハを製造することができる。
【０１３５】
図８は、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる際の冷却ガスフロー３ｄを構成する冷却ガスとして、本実施形態で説明した窒素ガスを用いる方法と、窒素ガスの替わりに毎分２０Ｌの流量の水素ガスを用いる方法とのそれぞれにおいて、フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを比較した図を示している。ＰＬは、レーザ光をウェハに当てて発光波長を調べる手法であり、ウェハの状態でＬＥＤの発光波長を調べる手法である。
【０１３６】
水素ガスは分子量が小さいために、わずかな隙間からであっても拡散することができる性質を持っている。本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成するフローチャンネル１２のように、冷却ガスフロー３ｄとIII 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａとが分離された構造であっても、ガス導入管１１とフローチャンネル１２とが連設している隙間又はフローチャンネル１２を構成する石英よりなる部材同士の隙間などを介して、水素が拡散して基板１Ａ表面に到達する。このため、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させるときに用いる冷却ガスとして水素ガスを用いると、前述した隙間などからごく微量の水素ガスがＩｎＧａＮ活性層３４の表面に到達することにより、ＩｎＧａＮが水素によって分解されるので、ＩｎＧａＮ活性層３４におけるＩｎの組成比が低下して、図８に示すように、波長が短波長化する他、ＩｎＧａＮ活性層３４の結晶性が低下して発光強度が低下する。なお、波長の変化量などから類推すると、基板１Ａ上において、拡散されてきた水素の濃度は１％以下である。これに対して、本実施形態では、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスとして、水素ガスを用いずに窒素ガスを用いたことにより、前述したような水素ガスの拡散がないので、ＩｎＧａＮ活性層３４にはＩｎが十分に取り込まれており、ＰＬ強度及び波長ともに優れた値が得られている。
【０１３７】
図９は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる際の冷却ガスフロー３ｄを構成する冷却ガスとして、本実施形態で説明した窒素ガスを用いる方法と、窒素ガスの替わりに毎分２０Ｌの流量の水素ガスを用いる方法とのそれぞれにおいて、ＬＥＤの成長を繰り返した場合における反射スペクトル強度（相対値）と成長回数（回）との関係を示している。図９から明らかなように、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長させる際に用いる冷却ガスが、窒素ガスよりなるか又は水素ガスよりなるかによって、反射スペクトル強度の成長回数依存性にはほとんど差が生じていない。すなわち、いずれのガスを用いた場合であっても、ＬＥＤの成長が２０回なされるまでは、反射スペクトルの測定が可能である。ＩｎＧａＮ活性層３４の成長させる際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いると、前述したように、水素ガスを用いた場合に比べて冷却効果は低いが、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長温度は７５０℃であって、ＧａＮなどの成長温度よりも低いので、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長させる際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いても十分な効果を得ることができる。
【０１３８】
なお、反射スペクトルの測定可能な回数が、図９に示すように２０回であって、図６にて示した場合に比較して低下しているのは、図６に示した場合は、ＧａＮ層３２まで成長させた半導体を測定対象としており、図９に示した場合は、ＧａＮ層３２の上に更なる膜が堆積されてなる膜厚が厚いＬＥＤよりなる半導体を測定対象としているからであることは言うまでもない。
【０１３９】
本実施形態では、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長の際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いているが、窒素ガス以外のガスであっても、水素ガスを含まず且つＩｎＧａＮ活性層３４の成長に悪影響を与えないガスであればどんなガスを用いてもよく、例えば窒素ガスに替えてヘリウム、アルゴン、キセノン、又はクリプトンなどの希ガスを用いることもできる。また、メタン、エチレン、アセチレン、又はブタンなどの炭化水素よりなるガスを用いることもできる。但し、窒素ガスとして炭化水素ガスを用いる場合には、炭素数はおよそ６以下であれば良い。なぜなら、炭素数がおよそ６を超える場合には、ガスとして十分な蒸気圧が得られないばかりか、基板１Ａを加熱する熱によって炭化水素が分解されて水素を発生することがあって好ましくないからである。また、冷却ガスとしてアンモニアを用いることもできる。なぜなら、アンモニアは原料ガスであるので、チャンバー１０内にアンモニアが導入されても悪影響が生じないからである。また、冷却ガスとして、前述した使用可能なガスが混合されてなるガスを用いることもできる。
【０１４０】
なお、ＩｎＧａＮ活性層３４の成長に悪影響を与えない前述したガスは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、又はＩｎＮなどの他のIII 族窒化物半導体を成長させる際に用いても悪影響がないので、これらの層を形成する際において、前述したガスを冷却ガスとして用いることができることは言うまでもない。
【０１４１】
なお、図８を参照しながら議論したように、冷却ガスフロー３ｄとIII 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａとの相互間においてガスのリークが完全に防止できるように、フローチャンネル１２を組み立てることはほとんど不可能である。したがって、実際には、多くて１％以下、より現実的には１００ｐｐｍ以下の濃度で、冷却ガスフロー３ｄとIII 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａとの相互間において、ガスの相互拡散が生じる。ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＮなどのＩｎを組成として含まないIII 族窒化物半導体層を成長させる場合には、１％以下の濃度で冷却ガスが混入されても、冷却ガスの種類が水素ガスであるか否かにかかわらず、基板１Ａ上における成長に対してほとんど影響はない。このため、冷却ガスを流す冷却ガスフローチャンネル１２ｃをプロセスガスフローチャンネル１２ｂと可能な限り分離させた構造を実現する場合には、基板１Ａ上における拡散されてきた冷却ガスの濃度が１％以下となるような構造を作製することが好ましい。
【０１４２】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１４３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。なお、図１０において、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分のうち、前述した図１に示した本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分と対応する部分には共通する符号を付しており、その説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置が、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と異なる点を中心に説明する。
【０１４４】
図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と、図１に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置とが相違する点は、ガス導入管１１の構成である。すなわち、図１０に示したガス導入管１１は、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び冷却ガス導入口２ｄに加え、III 族ガス導入口２ｂと冷却ガス導入口２ｄとの間に押圧ガス導入口２ｃが設けられている。このように、サセプタ１５に近い側から順に、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ、押圧ガス導入口２ｃが設置されていることにより、基板１Ａ上にアンモニアを効果的に供給することができる。なお、図１に示したＭＯＣＶＤ装置との互換性を容易にするため、つまり、図１及び図２に示したフローチャンネル１２をそのまま利用できるようにするため、図１０に示したガス導入管１１は、ガス導入管１１の全体の高さ及び冷却ガス導入口２ｄの高さは同じとして、V 族ガス導入口２ａ、III 族ガス導入口２ｂ及び押圧ガス導入口２ｃのそれぞれの高さを小さくする構成を有している。
【０１４５】
図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、押圧ガス導入口２ｃから導入される押圧ガスよりなる押圧ガスフロー３ｃによって、III 族ガスフロー３ｂ及びV 族ガスフロー３ａは、プロセスガスフローチャンネル１２ｂ内における基板１Ａ近傍付近を流れるので、押圧ガスフロー３ｃがない場合に比べて、基板１Ａ上における原料ガスの濃度を実効的に高くすることができる。このため、原料ガスの利用効率を増大させることができる。
【０１４６】
以下に、本発明の第３の実施形態に係る図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた半導体の製造方法について、本発明の第１の実施形態に係る図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた半導体の製造方法と比較しながら説明する。なお、いずれの製造方法の場合についても、前述の図７に示したＬＥＤ構造を有する半導体を連続成長させる場合について説明するが、図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造を有する半導体の成長方法は、本発明の第２の実施形態で説明した通りである。
【０１４７】
したがって、以下に、本発明の第３の実施形態に係る図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた半導体の製造方法について説明する。
【０１４８】
まず、基板１Ａをサセプタ１５上に設置した後、サーマルクリーニング工程を実施する。本発明の第１の実施形態とほぼ同じ条件を再現する目的で、全流量は同じ毎分６０Ｌとする。具体的には、押圧ガス導入口２ｃから窒素ガスを毎分２０Ｌの流量、V 族ガス導入口２ａから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、III 族ガス導入口２ｂから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、冷却ガス導入口２ｄから水素ガスを毎分２０Ｌの流量にてガス導入管１１内に導入しながら、サセプタ１５の温度を１０００℃とする。
【０１４９】
次に、各導入口２ａ〜２ｄ内に導入される各ガスの流量はそのまま維持して、サセプタ１５の温度を５００℃に設定して、基板１Ａ上に低温ＧａＮバッファ層３１の成長を行なう。サセプタ１５の温度が安定したところで、III 族ガス導入口２ｂから導入される水素ガスのうち毎分１５Ｌの流量分をアンモニアに切り替えてアンモニアを導入する。さらに、ガスのフローが安定したところで、V 族ガス導入口２ａから導入される水素ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を輸送させて、ＴＭＧをIII 族ガスフロー３ｂに導入する。前述したように、押圧ガスフロー３ｃによってガスの利用効率が増加するので、図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いた本実施形態によると、図１に示すＭＯＣＶＤ装置を用いた場合のアンモニアの流量（毎分２０Ｌ）よりも少ないアンモニアの流量（毎分１５Ｌ）であっても、特性がほぼ同じ膜を成長させることができる。
【０１５０】
次に、低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させたところで、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのままの状態でアンモニア及び水素ガスのみを引き続き供給して、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ１５の温度が１０００℃で安定したところで、V 族ガス導入口２ａにＴＭＧを再び導入してＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１５１】
引き続き、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのまま維持して、第２の実施形態でも説明したように、モノシランガスなどのドーピングガスをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入することにより、１０００℃でｎ型ＧａＮコンタクト層３３を２μｍ成長させる。
【０１５２】
次に、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共にアンモニアは供給させたままの状態で、サセプタ１５の温度を７５０℃まで低下させる。サセプタ１５の温度が安定したところで、ガス導入管１１内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の窒素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの窒素ガスを流す。この状態を所定時間保持した後、ＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をIII 族ガスフロー３ｂに混ぜて導入することにより、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる。
【０１５３】
次に、ＩｎＧａＮ活性層３４を５ｎｍ成長させたところで、ガス導入管１１内に導入されるすべての窒素ガスを再び水素ガスに切り替えると共に、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。
【０１５４】
次に、サセプタ１５の温度とガスのフローとが安定したところで、ＴＭＧとシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスとをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入して、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５を０．２μｍ成長させる。
【０１５５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の成長を終えたところで有機金属の供給を停止して、ヒータ１６を切ってサセプタ１５の温度を下げる。サセプタ１５の温度が５００℃になったところで、V 族ガスフロー３ａに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ１５の温度を室温付近まで下げた後、基板１Ａを取り出す。
【０１５６】
以上の一連の工程が１回の成長であって、この１回の成長を繰り返す。
【０１５７】
図１１は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、本発明の第２の実施の形態に係る半導体の製造方法による測定結果と本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造方法による測定結果との比較を示している。
【０１５８】
本発明の第２の実施形態に係る図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造を有する半導体の製造方法では、冷却ガスフロー３ｄの効果によって、およそ２０回の成長までは反射スペクトルの測定が可能であった。これに対して、本発明の第３の実施形態に係る図１０に示したＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造を有する半導体の製造方法では、冷却ガスフロー３ｄの効果に加えて押圧ガスフロー３ｃの効果によって、およそ４０回の成長までは反射スペクトルの測定が可能となるので、本発明の第１の実施形態における図１に示したＭＯＣＶＤ装置を用いる場合に比べて、さらにメンテナンスの周期を伸ばすことができる。
【０１５９】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置によると、押圧ガス導入口２ｃを設けて、V 族ガスフロー３ａ及びIII 族ガスフロー３ｂの上に押圧ガスフロー３ｃが流れることにより、メンテナンスの周期をより伸ばすことができる。これにより、メンテナンスに要するコストをより削減できるので、設備の稼働率を一層向上させることができる。さらには、アンモニア及びＴＭＧなどの原料ガスの利用効率を増加させることができる。
【０１６０】
なお、押圧ガス導入口２ｃに導入する押圧ガスとしては、III 族窒化物半導体の成長に悪影響を与えないガスであればどんなガスであってもよく、例えば窒素ガスに替えてヘリウム、アルゴン、キセノン、又はクリプトンなどの希ガスを用いることができる。その他、メタン、エチレン、アセチレン又はブタンなどの炭化水素のガスを用いることもできる。但し、炭化水素ガスを用いる場合には、炭素数がおよそ６以下が良い。なぜなら、炭素数がおよそ６を超えると、ガスとして十分な蒸気圧が得られないので好ましくないからである。また、ＡｌＧａＮ又はＧａＮを成長させる場合には、押圧ガスとして水素ガスを用いることができるが、ＩｎＧａＮを成長させる場合には、押圧ガスとして水素ガスを用いることが好ましくないのは、第２の実施形態で説明した理由と同様である。また、前述したガスの混合ガスを押圧ガスとして用いることもできるが、ＩｎＧａＮを成長させる場合には水素ガスが混合されたガスを用いることが好ましくない点は同様である。
【０１６１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１６２】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。なお、図１２において、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分のうち、前述した図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を構成する部分と対応する部分には共通する符号を付しており、その説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置が、本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と異なる点を中心に説明する。
【０１６３】
図１２に示した本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置と、図１０に示した本発明の第３の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置とが相違する点は、抵抗線よりなるヒータ１６の構成である。また、本実施形態ではヒータ１６の構成に特徴があるので、本実施形態の効果を確認する目的で、図１０に示した膜厚測定装置１８に替えて温度分布測定装置２１を設けており、温度分布測定装置２１は、サセプタ１５などから放出される赤外線を解析して、温度分布を画像として表示することができる装置である。
【０１６４】
図１２に示したＭＯＣＶＤ装置を構成するヒータ１６は、同心円状の内周ヒータ１６ａと外周ヒータ１６ｂとに分割された構成を有しており、内周ヒータ１６ａ及び外周ヒータ１６ｂはそれぞれ独立に投入電流を操作することが可能である。
【０１６５】
まず、以下では、冷却ガスに用いるガスの種類によって、サセプタ１５の温度分布がどのように変化するかについて実験した結果について説明する。
【０１６６】
図１３は、冷却ガスフロー３ｄとして窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを流す場合において、窒素ガスと水素ガスとの混合割合を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布を示している。
【０１６７】
ここで、サセプタ１５は加熱時において回転しているので、同心円状の温度分布を示す。このため、サセプタ１５の中央部を０ｍｍとして、ある半径位置の外側方向に向かって温度分布をプロットしている。このとき、押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量で窒素ガスを流し、III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量にて水素ガスを流し、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアを流すように設定すると共に、サセプタ１５の設定温度、すなわち熱電対がある位置の温度を１０００℃に設定している。内周ヒータ１６ａの電流と外周ヒータ１６ｂの電流とは同じとしている。つまり、外周電流／内周電流を内外周電流比と定義した場合、内外周電流比は１００％である。なお、ヒータ１６の制御は電流制御で行なっているので、内外周電流比で内周ヒータ１６ａと外周ヒータ１６ｂとに対する加熱量を調整しているが、温度の増減は、電流よりも電力の方が効いている。
【０１６８】
図１３から明らかなように、サセプタ１５の中央部、すなわち熱電対がある位置の近くでは、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスの混合割合にほとんど依存することなく、サセプタ１５の温度はほぼ１０００℃に保たれている。しかしながら、サセプタ１５の周辺部では、冷却ガスフロー３ｄの水素ガスの割合が多くなるほど冷却されて、サセプタ１５の温度が低下する一方、冷却ガスフロー３ｄの窒素ガスの割合が多くなるほど加熱されて、サセプタ１５の温度は上昇することが分かる。
【０１６９】
図１４は、冷却ガスフロー３ｄとして流量が毎分２０Ｌの水素ガスを流すと共に他の条件は図１３の場合と同様に設定し、内外周電流比を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布を示している。図１４から明らかなように、内外周電流比が１０５％である場合に、サセプタ１５の温度分布がほぼ均一になることが分かった。
【０１７０】
図１５は、冷却ガスフロー３ｄとして流量が毎分２０Ｌの窒素ガスに設定すると共に他の条件は図１３の場合と同様に設定し、内外周電流比を変化させたときのサセプタ１５の温度分布を示している。図１５から明らかなように、内外周電流比が９５％である場合に、サセプタ１５の温度分布がほぼ均一になることが分かった。
【０１７１】
以上に示したように、同じヒータを用いると共に同じ加熱条件で加熱する場合に、冷却ガスフロー３ｄを構成するガスの種類を変更すると、サセプタ１５の温度分布が変化してしまう。したがって、このとき、ヒータが単一の構成よりなる場合には、均一な温度分布が得られるように、成長条件に応じてヒータの巻き方又は太さを工夫したヒータに取り替える必要があった。
【０１７２】
以上の実験結果に基づいて、本発明の第４の実施形態では、少なくとも２分割以上に分割したヒータ１６を用いると共にヒータ間の電流比を適切に設定することにより、冷却ガスフロー３ｄがどのような種類のガスよりなる場合であっても均一な温度分布が得られることを実現するものである。そこで、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置におけるヒータ１６として、内周ヒータ１６ａ及び外周ヒータ１６ｂよりなる２分割されたヒータ１６を一例として用いている。
【０１７３】
また、以下に、プロセスガスに用いるガスの種類によって、サセプタ１５の温度分布がどのように変化するかについて実験した結果について説明する。
【０１７４】
図１６は、III 族ガスフロー３ｂに水素及び窒素よりなる混合ガスを流す場合について、水素と窒素との割合を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布を示している。このとき、冷却ガスフロー３ｄに毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流し、押圧ガスフロー３ｃに毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流し、V 族ガスフロー３ａに毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアを流すと共に、サセプタ１５の設定温度、すなわち熱電対の位置での温度を１０００℃に設定している。また、内外周電流比を１００％としている。
【０１７５】
図１６から明らかなように、III 族ガスフロー３ｂにおける窒素の割合を増加させると、サセプタ１５の周辺部の温度が上昇することが確認された。
【０１７６】
図１７は、III 族ガスフロー３ｂに毎分２０Ｌの窒素ガスを流した場合について、内外周電流比を変化させたときにおけるサセプタ１５の温度分布の変化を示している。
【０１７７】
図１７から明らかなように、内外周電流比が９０％であると、サセプタ１５の温度はほぼ均一になることが分かった。
【０１７８】
以上の実験結果から分かるように、冷却ガスに用いるガスの種類だけではなく、プロセスガスの種類を変更する場合においても、サセプタ１５の温度分布が変化することが明らかである。このため、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置では、内周ヒータ１６ａ及び外周ヒータ１６ｂよりなる分割された構造を有するヒータ１６を用いることにより、任意に選択された冷却ガス及びプロセスガスの種類に応じてサセプタ１５の温度を均一に保つことができる。このため、基板１Ａ上に成長させる各窒化物半導体の成長条件毎にヒータ１６の巻き方又は太さ等を変更する必要がない。
【０１７９】
以下に、以上の実験結果に基づいて、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を用いたＬＥＤ構造の半導体を製造する方法について説明する。
【０１８０】
図１８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体層の製造方法によって製造されるＬＥＤ構造の半導体層を示している。つまり、図１８に示すように、サファイアよりなる基板１Ａの上には、低温ＧａＮバッファ層３１及びＧａＮ層３２が下から順に成長されており、引き続き、ｎ型ＧａＮコンタクト層３３、ＩｎＧａＮ活性層３４が下から順に成長している。さらに、ＩｎＧａＮ活性層３４の直上には、組成比１５％、厚さ１０ｎｍのＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６が成長している。該電子障壁層３６の上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５が成長している。図１８に示したＬＥＤ構造は、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６を設けることで、ＬＥＤの効率を増加させることを目的とした構造である。
【０１８１】
以下に、図１８に示したＬＥＤ構造の半導体を成長させる各工程について説明する。なお、前述した図７に示した構造と同様の部分の成長方法は、図７を用いた説明と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。
【０１８２】
まず、基板１Ａをサセプタ１５上に設置した後、サーマルクリーニング工程を実施する。本発明の第３の実施形態とほぼ同じ条件を再現する目的で、全流量は同じ毎分６０Ｌとする。具体的には、押圧ガス導入口２ｃから窒素ガスを毎分２０Ｌの流量、V 族ガス導入口２ａから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、III 族ガス導入口２ｂから水素ガスを毎分２０Ｌの流量、冷却ガス導入口２ｄから水素ガスを毎分２０Ｌの流量にてガス導入管１１内に導入しながら、サセプタ１５の温度を１０００℃とする。また、内外周電流比を１０５％とする。
【０１８３】
次に各導入口２ａ〜２ｄ内に導入される各ガスの流量はそのまま維持して、サセプタ１５の温度を５００℃に設定して、第３の実施形態と同様にして、基板１Ａ上に低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させる。
【０１８４】
低温ＧａＮバッファ層３１を２０ｎｍ成長させたところで、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共に、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのままの状態でアンモニア及び水素ガスのみを引き続き供給して、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。サセプタ１５の温度が１０００℃で安定したところで、V 族ガス導入口２ａにＴＭＧを再び導入してＧａＮ層３２を２μｍ成長させる。
【０１８５】
引き続き、各ガスフロー３ａ〜３ｄの流量はそのまま維持して、第３の実施形態と同様に、モノシランガスなどのドーピングガスをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入することにより、１０００℃でｎ型ＧａＮコンタクト層３３を２μｍ成長させる。なお、このとき、押圧ガスフロー３ｃには窒素ガスが流れている。
【０１８６】
次に、V 族ガス導入口２ａに導入されるＴＭＧの供給を停止すると共にアンモニアは供給させたままの状態で、サセプタ１５の温度を７７０℃まで低下させる。このとき、内外周電流比を９５％に変更する。
【０１８７】
サセプタ１５の温度が安定したところで、ガス導入管１１内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の窒素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の窒素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの窒素ガスを流す。この状態を所定時間保持した後、ＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をIII 族ガスフロー３ｂに混ぜて導入することにより、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる。
【０１８８】
次に、ＩｎＧａＮ活性層３４を５ｎｍ成長させたところで、ガス導入管１１内に導入されるすべての窒素ガスを再び水素ガスに切り替えると共に、サセプタ１５の温度を１０００℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー３ａには毎分５Ｌの流量の水素ガス及び毎分１５Ｌの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー３ｂには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。押圧ガスフロー３ｃには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。冷却ガスフロー３ｄには毎分２０Ｌの流量の水素ガスを流す。
【０１８９】
次に、サセプタ１５の温度とガスのフローとが安定したところで、ＴＭＧと共に適切な割合のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を導入することにより、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６を１０ｎｍ成長させる。続いて、ＴＭＧとシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）などのドーピングガスとをプロセスガスフローチャンネル１２ｂ内に導入して、電子障壁層３６の上にｐ型ＧａＮコンタクト層３５を０．２μｍ成長させる。
【０１９０】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の成長を終えたところで有機金属の供給を停止して、ヒータ１６を切ってサセプタ１５の温度を下げる。サセプタ１５の温度が５００℃になったところで、V 族ガスフロー３ａに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ１５の温度を室温付近まで下げた後、基板１Ａを取り出す。
【０１９１】
以上の成長工程により、青色ＬＥＤウェハが完成する。
【０１９２】
図１９は、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６におけるＡｌ組成比のウェハ内分布の内外周電流依存性を示しており、具体的には、電子障壁層３６を成長させる場合のガスフロー条件は前述した条件と同じとし、内外周電流比を変化させた場合におけるＡｌ組成比（％）とウェハの位置との関係を示している。
【０１９３】
図１９から明らかなように、前述した電子障壁層３６の成長条件と同じ条件の内外周電流比が１０５％である場合には、Ａｌ組成比はウェハ内で均一であることが分かる。しかしながら、内外周電流比を変化させると、Ａｌ組成比の分布が拡大していることが分かる。この結果は、温度が上昇するとＧａが蒸発してＡｌ組成比が増加する一方、温度が低下するとＧａの蒸発が抑制されてＡｌ組成比が低下することに対応している。本実施形態に係る半導体の製造方法では、ＡｌＧａＮよりなる電子障壁層３６を成長させる際に内外周電流比を１０５％としたことにより、ウェハ内で均一なＡｌ組成比を得ることができる。
【０１９４】
図２０は、ＩｎＧａＮ活性層３４の発光波長のウェハ内分布の内外周電流依存性を示しており、具体的には、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる場合のガスフロー条件は前述した条件と同じとし、内外周電流比を変化させた場合におけるＰＬ発光波長（ｎｍ）とウェハの位置との関係を示している。
【０１９５】
図２０から明らかなように、前述したＩｎＧａＮ活性層３４の成長条件と同じ条件の内外周電流比が９５％である場合には、発光波長はウェハ内で均一であることが分かる。しかしながら、内外周電流比を変化させると、発光波長の分布が拡大していることが分かる。この結果は、温度が上昇するとＩｎの取り込みが減少する一方、温度が低下するとＩｎの取り込みが増加することに対応している。本実施形態に係る半導体の製造方法では、ＩｎＧａＮ活性層３４を成長させる際に内外周電流比を９５％としたことにより、ウェハ内で均一な発光波長分布を得ることができる。
【０１９６】
なお、本実施形態に係る半導体の製造方法では、ヒータ１６の内外周電流比を変化させて、ＩｎＧａＮ活性層３４及び電子障壁層３６を成長させることを除けば、前述した本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造方法とほとんど同じであるので、メンテナンスの周期は、第３の実施形態の場合と同様のほぼ同じ約４０回成長毎となる。
【０１９７】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体層の製造方法によると、III 族窒化物半導体の成長において、用いるプロセスガス及びその流量などの成長条件が他の半導体の成長条件と大きく異なるＡｌＧａＮよりなる電子障壁層とＩｎＧａＮ層とのいずれの成長においても、Ａｌ組成の分布がウェハ内で均一な電子障壁層及び発光波長分布がウェハ面内で均一となるＩｎＧａＮ層を成長させることができる。しかも、本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置及び半導体の製造方法では、本発明に係る第１〜第３の実施形態で説明したように、冷却ガスフロー３ｄ及び押圧ガスフロー３ｃの効果により、前述したような均一な分布を有する半導体を高い稼働率で安定して成長させ続けることができるので、産業利用上非常に有用である。なお、本実施形態では、ＬＥＤ構造を有する半導体層を製造する場合について説明したが、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮの両方を備えた半導体装置、特に、レーザ又はヘテロバイポーラトランジスタなどの半導体装置を製造する場合にも非常に有効であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明に係る有機金属気相成長装置及び半導体層の製造方法は、III 族窒化物半導体を再現性良く成長させる方法を提供すると共に、III 族窒化物半導体を用いた半導体装置を効率よく製造することにとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるフローチャンネルの構造を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるフローチャンネルの構造の変形例を説明するための概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における冷却ガスフローに窒素ガスを流した場合と流さない場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるＩｎＧａＮ活性層の成長時に用いる冷却ガスが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについてのフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度と波長との関係図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるＩｎＧａＮ活性層の成長時に用いる冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における、冷却ガスフローが窒素ガスと水素ガスとの混合ガスよりなる場合に、その混合割合を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における、冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における、冷却ガスフローが窒素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態における、III 族ガスフローの水素ガス及び窒素ガスの混合割合を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態における、III 族ガスフローが窒素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態におけるＡｌＧａＮよりなる電子障壁層のＡｌ組成比とウェハ位置との関係図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態におけるＩｎＧａＮのＰＬ発光波長とウェハ位置との関係図である。
【図２１】第１の従来例に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。
【図２２】第２の従来例に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０２００】
１Ａ 基板
２ａ V 族ガス導入口
２ｂ III 族ガス導入口
２ｃ 押圧ガス導入口
２ｄ 冷却ガス導入口
３ａ V 族ガスフロー
３ｂ III 族ガスフロー
３ｃ 押圧ガスフロー
３ｄ 冷却ガスフロー
１０ チャンバー
１１ ガス導入管
１２ フローチャンネル
１２ａ、１２ｄ フローチャンネルベース
１２ｂ プロセスガスフローチャンネル
１２ｃ 冷却ガスフローチャンネル
１２ｅ 遮熱板
１３ 排気管
１４ 回転軸
１５ サセプタ
１６ ヒータ
１７ 観察窓
１８ 膜厚測定装置
１８ａ 白色光
１９ 回転角度検出機構
２０ 回転信号ケーブル
２１ 温度分布測定装置
３１ 低温ＧａＮバッファ層
３２ ＧａＮ層
３３ ｎ型ＧａＮコンタクト層
３４ ＩｎＧａＮ活性層
３５ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３６ 電子障壁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に配置されたサセプタ上に基板を保持するチャンバーと、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられ、前記チャンバー内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて前記冷却ガス導入口とは独立して設けられ、前記チャンバー内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口と、
前記プロセスガス導入口から連続するように設けられ、前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスを前記基板上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備え、
前記冷却ガス導入口は、前記冷却ガスが前記プロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されていることを特徴とする有機金属気相成長装置。
【請求項２】
前記プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口とを有し、
前記第１の導入口と前記第２の導入口とは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項３】
前記第１の導入口及び前記第２の導入口は、この順で前記サセプタに近い側から設置されていることを特徴とする請求項２に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項４】
前記冷却ガス導入口は、前記プロセスガス導入口の上に重なるように設置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項５】
前記冷却ガス導入口から連続するように設けられた冷却ガスフローチャンネルをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項６】
前記冷却ガスフローチャンネルは、前記プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設置されていることを特徴とする請求項５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項７】
前記冷却ガスフローチャンネルは、石英よりなることを特徴とする請求項５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項８】
前記プロセスガスフローチャンネルは、石英よりなることを特徴とする請求項５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項９】
前記プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口と、押圧ガスを導入する第３の導入口とを有し、
前記第１の導入口と、前記第２の導入口と、前記第３の導入口とは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１０】
前記第１の導入口、前記第２の導入口及び前記第３の導入口は、この順で前記サセプタに近い側から設置されていることを特徴とする請求項９に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１１】
前記基板を加熱するヒータをさらに備え、
前記ヒータは、少なくとも２つ以上に分割された構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１２】
前記ヒータは、同心円上に分割されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１３】
前記ヒータの各々は、互いに独立して電力を制御することを特徴とする請求項１１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１４】
前記チャンバーの外部に設けられ、前記プロセスガスフローチャンネルを介して、前記基板に対して光を照射する装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１５】
前記光を照射する装置は、前記基板における膜厚を測定する装置であることを特徴とする請求項１４に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１６】
前記光を照射する装置は、前記基板の回転に同期して動作することを特徴とする請求項１４に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１７】
前記チャンバーの外部に設けられ、前記プロセスガスフローチャンネルを介して、前記基板又は前記サセプタからの赤外線を測定する装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１８】
前記赤外線を測定する装置は、前記サセプタの温度を測定する装置であることを特徴とする請求項１７に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１９】
チャンバー内に配置されたサセプタ上に保持された基板上に、前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられたプロセスガス導入口から導入される原料ガスを、前記プロセスガス導入口から連続するように設けられたプロセスガスフローチャンネルを介して搬送することにより、前記基板上に半導体を成長させる半導体の製造方法であって、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられた冷却ガス導入口から導入される冷却ガスを、前記プロセスガスフローチャンネルの外壁に当てながら、前記半導体を成長させることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２０】
前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスとを含み、
前記III 族ガスと前記V 族ガスとは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２１】
前記III 族ガス及び前記V 族ガスは、前記サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることを特徴とする請求項２０に記載の半導体の製造方法。
【請求項２２】
前記V 族ガスは、アンモニアガスを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体の製造方法。
【請求項２３】
前記冷却ガスは、前記冷却ガス導入口から連続すると共に前記プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設けられた冷却ガスフローチャンネル内に導入されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２４】
前記冷却ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２５】
前記冷却ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２６】
前記半導体としてＩｎを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、水素ガスを含むガスよりなる前記冷却ガスを用いると共に、前記半導体としてＩｎを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスよりなる前記冷却ガスを用いることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２７】
前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとを含み、
前記III 族ガスと前記V 族ガスと前記押圧ガスとは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２８】
前記III 族ガス、前記V 族ガス及び前記押圧ガスは、前記サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体の製造方法。
【請求項２９】
前記V 族ガスは、アンモニアガスを含むことを特徴とする請求項２８に記載の半導体の製造方法。
【請求項３０】
前記押圧ガスは、窒素ガスを含むことを特徴とする請求項２８に記載の半導体の製造方法。
【請求項３１】
前記基板を加熱するために設けられているヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、
前記冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、前記第１のヒータと前記第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、前記半導体を成長させることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項３２】
前記冷却ガスに含まれる前記水素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることを特徴とする請求項３１に記載の半導体の製造方法。
【請求項３３】
前記冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることを特徴とする請求項３１に記載の半導体の製造方法。
【請求項３４】
前記基板を加熱するために設けられたヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、
前記原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、前記第１のヒータと前記第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、前記半導体を成長させることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項３５】
前記原料ガスに含まれる前記水素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることを特徴とする請求項３４に記載の半導体の製造方法。
【請求項３６】
前記原料ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることを特徴とする請求項３４に記載の半導体の製造方法。
【請求項１】
内部に配置されたサセプタ上に基板を保持するチャンバーと、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられ、前記チャンバー内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて前記冷却ガス導入口とは独立して設けられ、前記チャンバー内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口と、
前記プロセスガス導入口から連続するように設けられ、前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスを前記基板上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備え、
前記冷却ガス導入口は、前記冷却ガスが前記プロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されていることを特徴とする有機金属気相成長装置。
【請求項２】
前記プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口とを有し、
前記第１の導入口と前記第２の導入口とは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項３】
前記第１の導入口及び前記第２の導入口は、この順で前記サセプタに近い側から設置されていることを特徴とする請求項２に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項４】
前記冷却ガス導入口は、前記プロセスガス導入口の上に重なるように設置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項５】
前記冷却ガス導入口から連続するように設けられた冷却ガスフローチャンネルをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項６】
前記冷却ガスフローチャンネルは、前記プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設置されていることを特徴とする請求項５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項７】
前記冷却ガスフローチャンネルは、石英よりなることを特徴とする請求項５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項８】
前記プロセスガスフローチャンネルは、石英よりなることを特徴とする請求項５に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項９】
前記プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第１の導入口と、III 族ガスを導入する第２の導入口と、押圧ガスを導入する第３の導入口とを有し、
前記第１の導入口と、前記第２の導入口と、前記第３の導入口とは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１０】
前記第１の導入口、前記第２の導入口及び前記第３の導入口は、この順で前記サセプタに近い側から設置されていることを特徴とする請求項９に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１１】
前記基板を加熱するヒータをさらに備え、
前記ヒータは、少なくとも２つ以上に分割された構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１２】
前記ヒータは、同心円上に分割されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１３】
前記ヒータの各々は、互いに独立して電力を制御することを特徴とする請求項１１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１４】
前記チャンバーの外部に設けられ、前記プロセスガスフローチャンネルを介して、前記基板に対して光を照射する装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１５】
前記光を照射する装置は、前記基板における膜厚を測定する装置であることを特徴とする請求項１４に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１６】
前記光を照射する装置は、前記基板の回転に同期して動作することを特徴とする請求項１４に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１７】
前記チャンバーの外部に設けられ、前記プロセスガスフローチャンネルを介して、前記基板又は前記サセプタからの赤外線を測定する装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１８】
前記赤外線を測定する装置は、前記サセプタの温度を測定する装置であることを特徴とする請求項１７に記載の有機金属気相成長装置。
【請求項１９】
チャンバー内に配置されたサセプタ上に保持された基板上に、前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられたプロセスガス導入口から導入される原料ガスを、前記プロセスガス導入口から連続するように設けられたプロセスガスフローチャンネルを介して搬送することにより、前記基板上に半導体を成長させる半導体の製造方法であって、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられた冷却ガス導入口から導入される冷却ガスを、前記プロセスガスフローチャンネルの外壁に当てながら、前記半導体を成長させることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２０】
前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスとを含み、
前記III 族ガスと前記V 族ガスとは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２１】
前記III 族ガス及び前記V 族ガスは、前記サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることを特徴とする請求項２０に記載の半導体の製造方法。
【請求項２２】
前記V 族ガスは、アンモニアガスを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体の製造方法。
【請求項２３】
前記冷却ガスは、前記冷却ガス導入口から連続すると共に前記プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設けられた冷却ガスフローチャンネル内に導入されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２４】
前記冷却ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２５】
前記冷却ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２６】
前記半導体としてＩｎを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、水素ガスを含むガスよりなる前記冷却ガスを用いると共に、前記半導体としてＩｎを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスよりなる前記冷却ガスを用いることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２７】
前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとを含み、
前記III 族ガスと前記V 族ガスと前記押圧ガスとは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項２８】
前記III 族ガス、前記V 族ガス及び前記押圧ガスは、前記サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体の製造方法。
【請求項２９】
前記V 族ガスは、アンモニアガスを含むことを特徴とする請求項２８に記載の半導体の製造方法。
【請求項３０】
前記押圧ガスは、窒素ガスを含むことを特徴とする請求項２８に記載の半導体の製造方法。
【請求項３１】
前記基板を加熱するために設けられているヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、
前記冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、前記第１のヒータと前記第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、前記半導体を成長させることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項３２】
前記冷却ガスに含まれる前記水素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることを特徴とする請求項３１に記載の半導体の製造方法。
【請求項３３】
前記冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることを特徴とする請求項３１に記載の半導体の製造方法。
【請求項３４】
前記基板を加熱するために設けられたヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第１のヒータと第２のヒータとに分割された構造を有しており、
前記原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、前記第１のヒータと前記第２のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、前記半導体を成長させることを特徴とする請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【請求項３５】
前記原料ガスに含まれる前記水素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて低下させることを特徴とする請求項３４に記載の半導体の製造方法。
【請求項３６】
前記原料ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、前記第２のヒータに印加する電力を前記第１のヒータに印加する電力に比べて増加させることを特徴とする請求項３４に記載の半導体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００６−１７３３４６（Ｐ２００６−１７３３４６Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６３４９２（Ｐ２００４−３６３４９２）
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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