気相成長装置および成膜方法
【課題】製造効率良く成膜することができる気相成長装置および成膜方法を提供すること。
【解決手段】気相成長装置１は、内部に基板Ｓが配置され、この基板Ｓ上に膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管２１と、成膜室４内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管３１とを備え、成膜室４に、第一供給管２１および第二供給管３１が接続されている。
【解決手段】気相成長装置１は、内部に基板Ｓが配置され、この基板Ｓ上に膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管２１と、成膜室４内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管３１とを備え、成膜室４に、第一供給管２１および第二供給管３１が接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード素子や半導体レーザ素子等の発光素子は、たとえば、以下のようにして製造されている。基板としてサファイアやＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を用い、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体層を積層する。半導体層としては、たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を成長させる。
【０００３】
近年、格子不整合から生じる結晶成長時の欠陥を低減させ、更にサファイア基板等の基板を除去するために、アンドープＧａＮ層等の下地層の厚みを、たとえば、３０μｍ〜５０μｍと厚くすることが求められている。
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法における成膜速度は、一般に１μｍ／時間〜３μｍ／時間であり、成膜速度が遅いため、厚みの厚い下地層を形成しようとすると、非常に時間がかかる。
【０００４】
そこで、成長速度が速いＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）により、厚みの厚い下地層を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法により上層の半導体層を形成する方法が考えられる。
ＨＶＰＥ法における成膜速度は、一般に１００μｍ／時間〜３００μｍ／時間程度であり、ＨＶＰＥ法を使用することで、素子の製造速度が格段に速くなると考えられる。
【０００５】
このような要求に対応するために、特許文献１には、図７に示すようなＨＶＰＥチャンバー９０１と、ＭＯＣＶＤチャンバー９０２とを備えた装置９００が開示されている。
この装置９００ではＨＶＰＥチャンバー９０１で第一層（たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層）を形成した後、ＨＶＰＥチャンバー９０１から基板を取り出し、ＭＯＣＶＤチャンバー９０２に移動させることで、第二層（下地層よりも上層の半導体層）を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２００９／０１９４０２６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された装置９００では、以下のような課題がある。
一般にＨＶＰＥ法では、チャンバーを加熱するホットウォール法が使用される。従って、ＨＶＰＥ法による成膜が終了した後、ＭＯＣＶＤ法で上層を成膜するためには、ＨＶＰＥチャンバー９０１を冷却してから、基板を取り出し、ＭＯＣＶＤチャンバーに移動させる必要がある。
ＨＶＰＥチャンバー９０１の冷却には、少なくとも２〜３時間程度の時間を要するため、ＨＶＰＥ法を使用しても、製造効率良く発光素子等の半導体装置を製造することが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、内部に基板が配置され、この基板上に膜を成膜するための成膜室と、この成膜室内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管と、前記成膜室内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管とを備え、前記成膜室に、前記第一供給管および前記第二供給管が接続されている気相成長装置が提供される。
【０００９】
この発明では、同一の成膜室内にハイドライド気相成長を行うための第一供給管、有機金属気相成長を行うための第二供給管それぞれが接続されている。
従って、たとえば、有機金属気相成長を行うための第二供給管からのガスの供給を停止した状態で、ハイドライド気相成長を行うための第一供給管からのガスの供給を行い基板上に成膜した後、ハイドライド気相成長を行うための第一供給管からのガスの供給を停止し、第一供給管の冷却をまたずに、有機金属気相成長を行うための第二供給管からのガスの供給を開始して、基板上に成膜することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、上述した気相成長装置を使用した成膜方法も提供できる。
すなわち、本発明によれば、基板上に気相成長装置を使用して成膜を行う成膜方法であって、前記気相成長装置は、上述した気相成長装置であり、前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程と、前記第二供給管から、有機金属を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程とを含む成膜方法も提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造効率良く成膜することができる気相成長装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の断面図である。
【図２】気相成長装置の平面図である。
【図３】気相成長装置の要部を示す断面図である。
【図４】気相成長装置の要部を示す平面図である。
【図５】気相成長装置の変形例である。
【図６】気相成長装置の変形例である。
【図７】従来の気相成長装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
はじめに図１〜図４に基づいて、本実施形態の気相成長装置１の概要について説明する。
本実施形態の気相成長装置１は、内部に基板Ｓが配置され、この基板Ｓ上に膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管２１と、成膜室４内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管３１とを備え、成膜室４に、第一供給管２１および第二供給管３１が接続されている。
【００１４】
次に、本実施形態の気相成長装置１について詳細に説明する。
図１を参照して説明する。図１は、図２のＡ−Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向の断面を合わせた変位断面図である。
気相成長装置１は、成膜室４内でハイドライド気相成長を実施するためのハイドライド気相成長用ガス供給部２を備える。
このハイドライド気相成長用ガス供給部２は、前述した第一供給管２１と、この第一供給管２１の外側に配置された遮熱手段２２とを備える。
この第一供給管２１は、３本の管（外管２１１、第一の内管２１２、第二の内管２１３）を含んで構成されている。
【００１５】
外管２１１は、ハロゲン元素を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを成膜室４に供給するための管であり、たとえば、本実施形態では、Ｖ族元素を含むガスであるアンモニアガスを成膜室４に供給する。
【００１６】
第一の内管２１２は、外管２１１よりも内径が小さく、外管２１１内に挿入される。第一の内管２１２内には、前記反応性ガスおよびハロゲン元素を含むガスと反応しない非反応性ガスが供給される。たとえば、水素ガスである。
【００１７】
第二の内管２１３は、第一の内管２１２よりも内径が小さく、第一の内管２１２内に挿入される。外管２１１から排出される反応性ガスと反応して基板Ｓ上に膜を形成するためのガスであり、ハロゲン元素を含むガスが、第二の内管２１３から成膜室４内に供給される。
このハロゲン元素を含むガスは、III族元素のハロゲン化ガスであることが好ましく、たとえば、ＧａＣｌガスである。
第二の内管２１３内部には、前記ハロゲン元素を含むガスの原料となる原料ソース、たとえば、III族元素を含む原料（たとえば、Ｇａ）を収容した容器（ソースボート）２４が配置されている。
【００１８】
この容器２４には、配管２５および配管２６が接続されている。ハロゲン元素を含むガスを生成するための原料ガス（たとえば、ＨＣｌガス）が配管２５により容器２４内に供給され、容器２４内の原料と反応してハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＧａＣｌガス）が生成される。生成したハロゲン元素を含むガスは、配管２６から排出され、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。
なお、外管２１１からハロゲン元素を含むガスを供給し、第二の内管２１３から反応性ガスを供給してもよい。
【００１９】
第一供給管２１の周囲、特に、容器２４の周囲となる位置には、第一供給管２１内部を加熱するための加熱手段、たとえば、ヒータが配置されている（図示略）。
さらに、このヒータの周囲（外周）には、遮熱手段２２が配置されている。
本実施形態では、遮熱手段２２は、第一供給管２１の周囲、特に容器２４の周囲を囲むように設けられた複数の管状の金属部材２２３と、この金属部材２２３の周囲に配置された冷却手段２２４とを含んで構成される。
金属部材２２３は、たとえば、３重構造の筒である。
金属部材２２３の周囲には、冷却手段２２４を構成する管が配置され、この管内部を冷却用の流体Ｗ（たとえば、水等の液体）が通り、加熱手段で発生した熱を遮熱する（図３の模式図参照）。
【００２０】
一方、有機金属気相成長用ガス供給部３は、成膜室４内で有機金属気相成長を実施するためのものであり、有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとを成膜室４内の基板Ｓに供給する第二供給管３１を含む。
第二供給管３１の供給口には、複数の孔を有するガス供給部としてのシャワーヘッド３２が取り付けられており、このシャワーヘッド３２の孔を介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとが成膜室４内に供給される。
有機金属を含むガスとしては、たとえば、III族元素を含む有機金属ガス、たとえば、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属ガスが挙げられ、反応性ガスとしては、たとえば、Ｖ族元素を含むガス、たとえば、アンモニア、ホスフィン、アルシン等があげられる。
有機金属を含むガスと、反応性ガスとはシャワーヘッド３２の異なる孔を介して、成膜室４に供給される。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すように、有機金属気相成長用ガス供給部３は、複数、たとえば、２つの第二供給管３１を備え、装置１上面からの平面視において対向配置されている。
また、上述したハイドライド気相成長用ガス供給部２も、複数、たとえば、２つの第一供給管２１を備え、図２に示すように、装置上面からの平面視において対向配置されている。
換言すると、一つの円周上に、第一供給管２１，第二供給管３１がそれぞれ交互に配置されている。
上述した複数の第一供給管２１、複数の第二供給管３１はすべて平行配置されており、各供給管２１，３１からは、成膜室４内に同じ方向からガスが供給される。
【００２２】
成膜室４は、たとえば、ステンレス等の等のチャンバーで構成されている。この成膜室４内には、基板Ｓを保持するための基板保持部５が配置されている。
この基板保持部５は、基板Ｓを保持するサセプタ５１と、サセプタ５１を回転駆動する回転手段５２とを備える。
サセプタ５１は、円盤状のものであり、一方の面（表面）で基板Ｓを保持する。サセプタ５１の基板を保持する面は、サセプタ５１の回転軸Ｌと直交する面であり、回転手段５２が接続される面と反対側の面である。基板Ｓは基板面が供給管２１，３１側に向くように、保持される。換言すると、基板Ｓの基板面と、供給管２１，３１からのガスの供給方向とが直交するように基板Ｓが配置される。
本実施形態では、サセプタ５１は、複数枚の基板Ｓを保持し、この基板Ｓはサセプタ５１の回転中心を中心とした同一円上に配置される。
【００２３】
回転手段５２は、サセプタ５１に接続されている。
サセプタ５１の回転軸Ｌに沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置している。（図４参照）。
なお、図４は、気相成長装置１の平面図であり、第一供給管２１、第二供給管３１側からサセプタ５１をみた図である。
ここで、サセプタ５１は、回転手段５２により、自転することとなる。そして、サセプタ５１に保持された基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心とした、一つの円周上を移動し、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転することとなる。サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転する基板Ｓは、第一供給管２１の供給口、第二供給管３１の供給口と順次対向し、基板Ｓが第一供給管２１の供給口と対向する状態、基板Ｓが第二供給管３１の供給口と対向する状態とが切り替わることとなる。
【００２４】
また、図４に示すように、サセプタ５１に保持された基板Ｓと、第一供給管２１の供給口とを対向配置させた場合、第一供給管２１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、装置上面側からの平面視（第一供給管２１側からの平面視）において、供給口内に一枚の基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、複数枚の基板Ｓは収まらない。
【００２５】
同様に、サセプタ５１に保持された基板Ｓと、第二供給管３１の供給口とを対向配置させた場合、第二供給管３１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、上面側からの平面視において、供給口内に基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、複数枚の基板Ｓは収まらない。
なお、図１に示すように、サセプタ５１の裏面側には、複数のヒータ５３が配置されている。この各ヒータ５３は、成膜時に、各基板Ｓを裏面側から加熱する。
【００２６】
また、成膜室４には、成膜室４内の雰囲気を第一供給管２１から供給される反応性ガスと同じガスの雰囲気とするために、成膜室４内に反応性ガスを供給するための配管（図示略）も接続されている。
さらに、成膜室４には、成膜室４内のガスを排気するための配管６も接続されている。
【００２７】
次に、以上のような気相成長装置１を使用した半導体層の成膜方法について説明する。
はじめに基板Ｓをサセプタ５１上に設置する。
次に、ヒータにより基板Ｓを裏面側から加熱するとともに、成膜室４内に外管２１１から供給される反応性ガス（たとえばアンモニアガス）と同じガスを供給し、成膜室４内を反応性ガス雰囲気とする。基板Ｓの温度は、１０４０℃程度となることが好ましい。
なお成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば、窒素ガス雰囲気）であってもよい。
【００２８】
また、容器２４内の原料の温度が所定の温度、たとえば、８５０℃程度となるまで加熱する。その後、配管２５により、キャリアガスと反応性ガスを生成するための原料ガス（たとえば、ＨＣｌガス）とを容器２４内に供給し、原料ガスと、容器２４内の原料とを反応させ、ハロゲン元素を含むガス、たとえば、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを生成する。
このハロゲン元素を含むガスは、配管２６を介して容器２４から排出され、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。
また、外管２１１からは、ハロゲン元素を含むガスと反応する反応性ガスが成膜室４内に供給される。このとき、第一の内管２１２から、ハロゲン元素を含むガスおよび反応性ガスと反応しない非反応性ガスが排出され、第一供給管２１の供給口付近での外管２１１からの反応性ガスと、第二の内管２１３からの、ハロゲン元素を含むガスとの接触が抑制される。
【００２９】
なお、第一供給管２１から、ハロゲン元素を含むガス、反応性ガスが成膜室４内に供給される際には、成膜室４内のサセプタ５１は回転手段５２により回転駆動する。従って、ハイドライド気相成長法による成膜中、サセプタ５１上の基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転した状態となる。サセプタ５１上の複数の基板Ｓは、サセプタ５１が回転することで順次、第一供給管２１の供給口に対向することとなる。
【００３０】
成膜時のサセプタ５１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
サセプタ５１の回転数を１００ｒｐｍ以上、特に３００ｒｐｍ以上とすることで、基板Ｓから第一供給管２１の供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを抑制できる。
第一供給管２１の供給口から供給された反応性ガスと、ハロゲン元素を含むガスとは、供給口と対向する状態となる基板Ｓ上で反応し、基板Ｓの基板面上に膜が形成されることとなる。
【００３１】
以上のようにして、基板Ｓ上に膜が形成された後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を停止し、次に、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動する。このとき、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一供給管２１を冷却することなく、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動することができる。
第二供給管３１の供給口のシャワーヘッド３２介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとを成膜室４内に供給する。なお、このとき成膜室４内を有機金属を含むガスと反応する反応性ガス雰囲気（たとえば、アンモニアガス雰囲気）とする。成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば、窒素ガス雰囲気）であってもよい。
また、有機金属気相成長による成膜中には、成膜室４内のサセプタ５１は回転手段５２により回転駆動する。成膜中、サセプタ５１上の基板Ｓは、回転駆動した状態となる。従って、サセプタ５１上の複数の基板Ｓは、順次、第二供給管３１の供給口に対向することとなる。
【００３２】
成膜時のサセプタ５１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
サセプタ５１の回転数を１００ｒｐｍ以上、特に３００ｒｐｍ以上とすることで、基板Ｓから供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを抑制できる。
第二供給管３１の供給口から供給された有機金属を含むガスと、反応性ガスとは、供給口と対向する状態となる基板Ｓ上で反応し、基板Ｓ上に膜が形成されることとなる。
【００３３】
このように気相成長装置１を使用して、基板Ｓ上に、たとえば、レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子等の半導体装置を形成することができる。
【００３４】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
気相成長装置１は、同一の成膜室４内にハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一供給管２１、有機金属気相成長用ガス供給部３の第二供給管３１それぞれが接続されており、成膜室４内に、ハイドライド気相成長用ガス供給部２、有機金属気相成長用ガス供給部３それぞれからガスが供給される構成である。
従って、たとえば、有機金属気相成長用ガス供給部３からのガスの供給を停止した状態で、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からのガスの供給を行い基板Ｓ上に成膜した後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からのガスの供給を停止し、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の冷却をまたずに、有機金属気相成長用ガス供給部３からのガスの供給を開始して、基板Ｓ上に成膜することができる。
図７に示したような装置を使用した場合、ＨＶＰＥチャンバーで基板上に下地層を形成することができるがＨＶＰＥチャンバーから基板を取り出すためには、たとえば、２〜３時間の冷却時間を要する。
本実施形態の気相成長装置１ではこのような冷却時間が不要であり、効率よく成膜を行うことができる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、基板保持部５の回転手段５２に沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に配置されている。
従って、サセプタ５１を回転駆動するだけで、第一供給管２１の供給口、第二供給管３１の供給口からのガスにより基板Ｓ上に膜を形成することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、成膜中に、サセプタ５１を回転駆動している。成膜中には基板Ｓ周辺の温度よりも、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）付近の温度の方が低く、基板Ｓ側から供給口側にむかって上昇するようなガスの流れが生じることがある。このようなガスの流れが強い場合、供給口から基板Ｓへ供給されるガスの流れを妨げることとなるが、成膜中にサセプタを回転させて、サセプタ面上のガスに遠心力を与えることで、基板Ｓから供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを弱めることができる。これにより、基板Ｓ上に効率よく成膜することが可能となる。特にサセプタ５１の回転数を１００ｒｐｍ以上とすることでこのような効果を確実に得ることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、サセプタ５１は複数枚の基板Ｓを保持している。そして、複数枚の基板Ｓを保持したサセプタ５１を高速で回転させ、各基板Ｓを順次、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）と対向させながら、各基板Ｓ上に成膜している。
このように、サセプタ５１を回転させながら複数の基板Ｓ上に成膜することで、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）からの位置の違いにより、各基板Ｓ上に形成される膜の膜質が異なってしまうことが抑制される。
【００３８】
また、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からガスの供給を行う際、ハロゲン元素を含むガスを第二の内管２１３から供給するとともに、外管２１１からは、反応性ガスを供給し、さらに、第一の内管２１２から、ハロゲン元素を含むガスおよび反応性ガスと反応しない非反応性ガスを供給している。これにより、第一供給管２１の供給口付近での外管２１１からの反応性ガスと、第二の内管２１３からのハロゲン元素を含むガスとの接触が抑制される。
【００３９】
さらに、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２および有機金属気相成長用ガス供給部３をからガスの供給を行う際、成膜室４内の雰囲気を第一供給管２１から供給される反応性ガスと同じ反応性ガス、第二供給管３１から供給される反応性ガスの雰囲気としている。これにより、膜の分解を抑制し、成膜性を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、第一供給管２１の周囲には、第一供給管２１内を加熱する加熱手段が配置され、加熱手段の周囲には、加熱手段からの熱を遮断する遮熱手段２２が配置されている。このようにすることで、有機金属気相成長用ガス供給部３への熱の影響を抑制することができる。
さらに、遮熱手段２２として冷却手段２２４を使用することで、より確実に熱を遮断することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してＨＶＰＥ法で成膜処理できる基板Ｓの枚数と、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用してＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができる基板Ｓの枚数とが同じである。
従って、たとえば、ハイドライド気相成長用ガス供給部を使用してＨＶＰＥ法で成膜処理した基板Ｓすべてを、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用してＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができるので、製造効率がよい。
さらに、基板Ｓを成膜室４から取り出すことなく、ＨＶＰＥ法およびＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができるので、ＨＶＰＥ法で成膜処理した後、ＭＯＣＶＤ法で成膜処理を開始するまでの間に、基板Ｓが汚れてしまうこと等を抑制することができる。
【００４２】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、気相成長装置１は、複数の第一供給管２１、第二供給管３１を備えていたが、第一供給管２１、第二供給管３１はそれぞれ一つであってもよい。
さらに、前記実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してハイドライド気相成長を実施した後、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用して有機金属気相成成長を実施したが、これに限られるものではない。たとえば、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用した後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してもよい。
【００４３】
また、前記実施形態では、第一供給管２１、第二供給管３１が基板Ｓの上方に位置し、第一供給管２１、第二供給管３１からガスが上方側から下方側に向かって流れるとしたが、構造の上下を反転し、ガスを下方側から上方側に向かって流しても良い。
また、第一供給管２１、第二供給管３１をその長手方向が水平方向に沿うように配置してもよい（図１における左右方向に第一供給管２１，第二供給管３１を配置してもよい）。
【００４４】
さらに、前記実施形態では、基板Ｓの基板面が第一供給管２１の供給口側に向くように、すなわち、基板Ｓの基板面が水平方向となるように配置したが、これに限らず、たとえば、基板Ｓの基板面が垂直方向となるように配置してもよい。ただし、基板Ｓ上への成膜のしやすさの観点からは、基板Ｓの基板面が第一供給管２１の供給口側に向くように、配置することが好ましい。
【００４５】
さらに、前記実施形態では、サセプタ５１が回転駆動することで、第一供給管２１の供給口や、第二供給管３１の供給口と基板Ｓとが対向する状態となっていたが、これに限られるものではない。
たとえば、図５に示すように、基板Ｓを保持する基板保持部５０をテーブルＴ上で移動させて、第一供給管２１の供給口と基板Ｓとが対向する状態、第二供給管３１の供給口と基板Ｓとが対向する状態とが切り替わるものとしてもよい。
また、前記実施形態では、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置し、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるとしたが、図６に示すように、供給口に、基板Ｓが収まらなくてもよい。この場合にも、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置するので、基板Ｓ上に確実に成膜を行うことができる。
【００４６】
また、前記実施形態では、気相成長装置１により、ＩＩＩ−Ｖ族半導体膜を成膜したが、これに限らず、ＩＩ−ＶＩ族半導体等の成膜に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 気相成長装置
２ ハイドライド気相成長用ガス供給部
３ 有機金属気相成長用ガス供給部
４ 成膜室
５ 基板保持部
６ 配管
２１ 第一供給管
２２ 遮熱手段
２４ 容器
２５ 配管
２６ 配管
３１ 第二供給管
３２ シャワーヘッド
５０ 基板保持部
５１ サセプタ
５２ 回転手段
５３ ヒータ
２１１ 外管
２１２ 第一の内管
２１３ 第二の内管
２２３ 金属部材
２２４ 冷却手段
９００ 装置
９０１ ＨＶＰＥチャンバー
９０２ ＭＯＣＶＤチャンバー
Ｓ 基板
Ｔ テーブル
Ｗ 流体
Ｌ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード素子や半導体レーザ素子等の発光素子は、たとえば、以下のようにして製造されている。基板としてサファイアやＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を用い、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体層を積層する。半導体層としては、たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を成長させる。
【０００３】
近年、格子不整合から生じる結晶成長時の欠陥を低減させ、更にサファイア基板等の基板を除去するために、アンドープＧａＮ層等の下地層の厚みを、たとえば、３０μｍ〜５０μｍと厚くすることが求められている。
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法における成膜速度は、一般に１μｍ／時間〜３μｍ／時間であり、成膜速度が遅いため、厚みの厚い下地層を形成しようとすると、非常に時間がかかる。
【０００４】
そこで、成長速度が速いＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）により、厚みの厚い下地層を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法により上層の半導体層を形成する方法が考えられる。
ＨＶＰＥ法における成膜速度は、一般に１００μｍ／時間〜３００μｍ／時間程度であり、ＨＶＰＥ法を使用することで、素子の製造速度が格段に速くなると考えられる。
【０００５】
このような要求に対応するために、特許文献１には、図７に示すようなＨＶＰＥチャンバー９０１と、ＭＯＣＶＤチャンバー９０２とを備えた装置９００が開示されている。
この装置９００ではＨＶＰＥチャンバー９０１で第一層（たとえば、アンドープＧａＮ層等の下地層）を形成した後、ＨＶＰＥチャンバー９０１から基板を取り出し、ＭＯＣＶＤチャンバー９０２に移動させることで、第二層（下地層よりも上層の半導体層）を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２００９／０１９４０２６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された装置９００では、以下のような課題がある。
一般にＨＶＰＥ法では、チャンバーを加熱するホットウォール法が使用される。従って、ＨＶＰＥ法による成膜が終了した後、ＭＯＣＶＤ法で上層を成膜するためには、ＨＶＰＥチャンバー９０１を冷却してから、基板を取り出し、ＭＯＣＶＤチャンバーに移動させる必要がある。
ＨＶＰＥチャンバー９０１の冷却には、少なくとも２〜３時間程度の時間を要するため、ＨＶＰＥ法を使用しても、製造効率良く発光素子等の半導体装置を製造することが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、内部に基板が配置され、この基板上に膜を成膜するための成膜室と、この成膜室内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管と、前記成膜室内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管とを備え、前記成膜室に、前記第一供給管および前記第二供給管が接続されている気相成長装置が提供される。
【０００９】
この発明では、同一の成膜室内にハイドライド気相成長を行うための第一供給管、有機金属気相成長を行うための第二供給管それぞれが接続されている。
従って、たとえば、有機金属気相成長を行うための第二供給管からのガスの供給を停止した状態で、ハイドライド気相成長を行うための第一供給管からのガスの供給を行い基板上に成膜した後、ハイドライド気相成長を行うための第一供給管からのガスの供給を停止し、第一供給管の冷却をまたずに、有機金属気相成長を行うための第二供給管からのガスの供給を開始して、基板上に成膜することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、上述した気相成長装置を使用した成膜方法も提供できる。
すなわち、本発明によれば、基板上に気相成長装置を使用して成膜を行う成膜方法であって、前記気相成長装置は、上述した気相成長装置であり、前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程と、前記第二供給管から、有機金属を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程とを含む成膜方法も提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造効率良く成膜することができる気相成長装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の断面図である。
【図２】気相成長装置の平面図である。
【図３】気相成長装置の要部を示す断面図である。
【図４】気相成長装置の要部を示す平面図である。
【図５】気相成長装置の変形例である。
【図６】気相成長装置の変形例である。
【図７】従来の気相成長装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
はじめに図１〜図４に基づいて、本実施形態の気相成長装置１の概要について説明する。
本実施形態の気相成長装置１は、内部に基板Ｓが配置され、この基板Ｓ上に膜を成膜するための成膜室４と、この成膜室４内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管２１と、成膜室４内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管３１とを備え、成膜室４に、第一供給管２１および第二供給管３１が接続されている。
【００１４】
次に、本実施形態の気相成長装置１について詳細に説明する。
図１を参照して説明する。図１は、図２のＡ−Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向の断面を合わせた変位断面図である。
気相成長装置１は、成膜室４内でハイドライド気相成長を実施するためのハイドライド気相成長用ガス供給部２を備える。
このハイドライド気相成長用ガス供給部２は、前述した第一供給管２１と、この第一供給管２１の外側に配置された遮熱手段２２とを備える。
この第一供給管２１は、３本の管（外管２１１、第一の内管２１２、第二の内管２１３）を含んで構成されている。
【００１５】
外管２１１は、ハロゲン元素を含むガスと反応して基板Ｓ上に膜を成膜するための反応性ガスを成膜室４に供給するための管であり、たとえば、本実施形態では、Ｖ族元素を含むガスであるアンモニアガスを成膜室４に供給する。
【００１６】
第一の内管２１２は、外管２１１よりも内径が小さく、外管２１１内に挿入される。第一の内管２１２内には、前記反応性ガスおよびハロゲン元素を含むガスと反応しない非反応性ガスが供給される。たとえば、水素ガスである。
【００１７】
第二の内管２１３は、第一の内管２１２よりも内径が小さく、第一の内管２１２内に挿入される。外管２１１から排出される反応性ガスと反応して基板Ｓ上に膜を形成するためのガスであり、ハロゲン元素を含むガスが、第二の内管２１３から成膜室４内に供給される。
このハロゲン元素を含むガスは、III族元素のハロゲン化ガスであることが好ましく、たとえば、ＧａＣｌガスである。
第二の内管２１３内部には、前記ハロゲン元素を含むガスの原料となる原料ソース、たとえば、III族元素を含む原料（たとえば、Ｇａ）を収容した容器（ソースボート）２４が配置されている。
【００１８】
この容器２４には、配管２５および配管２６が接続されている。ハロゲン元素を含むガスを生成するための原料ガス（たとえば、ＨＣｌガス）が配管２５により容器２４内に供給され、容器２４内の原料と反応してハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＧａＣｌガス）が生成される。生成したハロゲン元素を含むガスは、配管２６から排出され、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。
なお、外管２１１からハロゲン元素を含むガスを供給し、第二の内管２１３から反応性ガスを供給してもよい。
【００１９】
第一供給管２１の周囲、特に、容器２４の周囲となる位置には、第一供給管２１内部を加熱するための加熱手段、たとえば、ヒータが配置されている（図示略）。
さらに、このヒータの周囲（外周）には、遮熱手段２２が配置されている。
本実施形態では、遮熱手段２２は、第一供給管２１の周囲、特に容器２４の周囲を囲むように設けられた複数の管状の金属部材２２３と、この金属部材２２３の周囲に配置された冷却手段２２４とを含んで構成される。
金属部材２２３は、たとえば、３重構造の筒である。
金属部材２２３の周囲には、冷却手段２２４を構成する管が配置され、この管内部を冷却用の流体Ｗ（たとえば、水等の液体）が通り、加熱手段で発生した熱を遮熱する（図３の模式図参照）。
【００２０】
一方、有機金属気相成長用ガス供給部３は、成膜室４内で有機金属気相成長を実施するためのものであり、有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとを成膜室４内の基板Ｓに供給する第二供給管３１を含む。
第二供給管３１の供給口には、複数の孔を有するガス供給部としてのシャワーヘッド３２が取り付けられており、このシャワーヘッド３２の孔を介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとが成膜室４内に供給される。
有機金属を含むガスとしては、たとえば、III族元素を含む有機金属ガス、たとえば、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属ガスが挙げられ、反応性ガスとしては、たとえば、Ｖ族元素を含むガス、たとえば、アンモニア、ホスフィン、アルシン等があげられる。
有機金属を含むガスと、反応性ガスとはシャワーヘッド３２の異なる孔を介して、成膜室４に供給される。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すように、有機金属気相成長用ガス供給部３は、複数、たとえば、２つの第二供給管３１を備え、装置１上面からの平面視において対向配置されている。
また、上述したハイドライド気相成長用ガス供給部２も、複数、たとえば、２つの第一供給管２１を備え、図２に示すように、装置上面からの平面視において対向配置されている。
換言すると、一つの円周上に、第一供給管２１，第二供給管３１がそれぞれ交互に配置されている。
上述した複数の第一供給管２１、複数の第二供給管３１はすべて平行配置されており、各供給管２１，３１からは、成膜室４内に同じ方向からガスが供給される。
【００２２】
成膜室４は、たとえば、ステンレス等の等のチャンバーで構成されている。この成膜室４内には、基板Ｓを保持するための基板保持部５が配置されている。
この基板保持部５は、基板Ｓを保持するサセプタ５１と、サセプタ５１を回転駆動する回転手段５２とを備える。
サセプタ５１は、円盤状のものであり、一方の面（表面）で基板Ｓを保持する。サセプタ５１の基板を保持する面は、サセプタ５１の回転軸Ｌと直交する面であり、回転手段５２が接続される面と反対側の面である。基板Ｓは基板面が供給管２１，３１側に向くように、保持される。換言すると、基板Ｓの基板面と、供給管２１，３１からのガスの供給方向とが直交するように基板Ｓが配置される。
本実施形態では、サセプタ５１は、複数枚の基板Ｓを保持し、この基板Ｓはサセプタ５１の回転中心を中心とした同一円上に配置される。
【００２３】
回転手段５２は、サセプタ５１に接続されている。
サセプタ５１の回転軸Ｌに沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置している。（図４参照）。
なお、図４は、気相成長装置１の平面図であり、第一供給管２１、第二供給管３１側からサセプタ５１をみた図である。
ここで、サセプタ５１は、回転手段５２により、自転することとなる。そして、サセプタ５１に保持された基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心とした、一つの円周上を移動し、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転することとなる。サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転する基板Ｓは、第一供給管２１の供給口、第二供給管３１の供給口と順次対向し、基板Ｓが第一供給管２１の供給口と対向する状態、基板Ｓが第二供給管３１の供給口と対向する状態とが切り替わることとなる。
【００２４】
また、図４に示すように、サセプタ５１に保持された基板Ｓと、第一供給管２１の供給口とを対向配置させた場合、第一供給管２１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、装置上面側からの平面視（第一供給管２１側からの平面視）において、供給口内に一枚の基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、複数枚の基板Ｓは収まらない。
【００２５】
同様に、サセプタ５１に保持された基板Ｓと、第二供給管３１の供給口とを対向配置させた場合、第二供給管３１の供給口の径は、基板Ｓの径よりもわずかに大きく、上面側からの平面視において、供給口内に基板Ｓが収まるようになっている。ただし、上面側からの平面視において、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるが、供給口内には、複数枚の基板Ｓは収まらない。
なお、図１に示すように、サセプタ５１の裏面側には、複数のヒータ５３が配置されている。この各ヒータ５３は、成膜時に、各基板Ｓを裏面側から加熱する。
【００２６】
また、成膜室４には、成膜室４内の雰囲気を第一供給管２１から供給される反応性ガスと同じガスの雰囲気とするために、成膜室４内に反応性ガスを供給するための配管（図示略）も接続されている。
さらに、成膜室４には、成膜室４内のガスを排気するための配管６も接続されている。
【００２７】
次に、以上のような気相成長装置１を使用した半導体層の成膜方法について説明する。
はじめに基板Ｓをサセプタ５１上に設置する。
次に、ヒータにより基板Ｓを裏面側から加熱するとともに、成膜室４内に外管２１１から供給される反応性ガス（たとえばアンモニアガス）と同じガスを供給し、成膜室４内を反応性ガス雰囲気とする。基板Ｓの温度は、１０４０℃程度となることが好ましい。
なお成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば、窒素ガス雰囲気）であってもよい。
【００２８】
また、容器２４内の原料の温度が所定の温度、たとえば、８５０℃程度となるまで加熱する。その後、配管２５により、キャリアガスと反応性ガスを生成するための原料ガス（たとえば、ＨＣｌガス）とを容器２４内に供給し、原料ガスと、容器２４内の原料とを反応させ、ハロゲン元素を含むガス、たとえば、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを生成する。
このハロゲン元素を含むガスは、配管２６を介して容器２４から排出され、第二の内管２１３の供給口から成膜室４内に供給される。
また、外管２１１からは、ハロゲン元素を含むガスと反応する反応性ガスが成膜室４内に供給される。このとき、第一の内管２１２から、ハロゲン元素を含むガスおよび反応性ガスと反応しない非反応性ガスが排出され、第一供給管２１の供給口付近での外管２１１からの反応性ガスと、第二の内管２１３からの、ハロゲン元素を含むガスとの接触が抑制される。
【００２９】
なお、第一供給管２１から、ハロゲン元素を含むガス、反応性ガスが成膜室４内に供給される際には、成膜室４内のサセプタ５１は回転手段５２により回転駆動する。従って、ハイドライド気相成長法による成膜中、サセプタ５１上の基板Ｓは、サセプタ５１の回転軸Ｌを中心として、公転した状態となる。サセプタ５１上の複数の基板Ｓは、サセプタ５１が回転することで順次、第一供給管２１の供給口に対向することとなる。
【００３０】
成膜時のサセプタ５１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
サセプタ５１の回転数を１００ｒｐｍ以上、特に３００ｒｐｍ以上とすることで、基板Ｓから第一供給管２１の供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを抑制できる。
第一供給管２１の供給口から供給された反応性ガスと、ハロゲン元素を含むガスとは、供給口と対向する状態となる基板Ｓ上で反応し、基板Ｓの基板面上に膜が形成されることとなる。
【００３１】
以上のようにして、基板Ｓ上に膜が形成された後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を停止し、次に、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動する。このとき、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一供給管２１を冷却することなく、有機金属気相成長用ガス供給部３を駆動することができる。
第二供給管３１の供給口のシャワーヘッド３２介して有機金属を含むガスと、このガスと反応する反応性ガスとを成膜室４内に供給する。なお、このとき成膜室４内を有機金属を含むガスと反応する反応性ガス雰囲気（たとえば、アンモニアガス雰囲気）とする。成膜室４内は、Ｖ族を含むガス雰囲気（たとえば、窒素ガス雰囲気）であってもよい。
また、有機金属気相成長による成膜中には、成膜室４内のサセプタ５１は回転手段５２により回転駆動する。成膜中、サセプタ５１上の基板Ｓは、回転駆動した状態となる。従って、サセプタ５１上の複数の基板Ｓは、順次、第二供給管３１の供給口に対向することとなる。
【００３２】
成膜時のサセプタ５１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
サセプタ５１の回転数を１００ｒｐｍ以上、特に３００ｒｐｍ以上とすることで、基板Ｓから供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを抑制できる。
第二供給管３１の供給口から供給された有機金属を含むガスと、反応性ガスとは、供給口と対向する状態となる基板Ｓ上で反応し、基板Ｓ上に膜が形成されることとなる。
【００３３】
このように気相成長装置１を使用して、基板Ｓ上に、たとえば、レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子等の半導体装置を形成することができる。
【００３４】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
気相成長装置１は、同一の成膜室４内にハイドライド気相成長用ガス供給部２の第一供給管２１、有機金属気相成長用ガス供給部３の第二供給管３１それぞれが接続されており、成膜室４内に、ハイドライド気相成長用ガス供給部２、有機金属気相成長用ガス供給部３それぞれからガスが供給される構成である。
従って、たとえば、有機金属気相成長用ガス供給部３からのガスの供給を停止した状態で、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からのガスの供給を行い基板Ｓ上に成膜した後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からのガスの供給を停止し、ハイドライド気相成長用ガス供給部２の冷却をまたずに、有機金属気相成長用ガス供給部３からのガスの供給を開始して、基板Ｓ上に成膜することができる。
図７に示したような装置を使用した場合、ＨＶＰＥチャンバーで基板上に下地層を形成することができるがＨＶＰＥチャンバーから基板を取り出すためには、たとえば、２〜３時間の冷却時間を要する。
本実施形態の気相成長装置１ではこのような冷却時間が不要であり、効率よく成膜を行うことができる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、基板保持部５の回転手段５２に沿った方向からの平面視において、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に配置されている。
従って、サセプタ５１を回転駆動するだけで、第一供給管２１の供給口、第二供給管３１の供給口からのガスにより基板Ｓ上に膜を形成することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、成膜中に、サセプタ５１を回転駆動している。成膜中には基板Ｓ周辺の温度よりも、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）付近の温度の方が低く、基板Ｓ側から供給口側にむかって上昇するようなガスの流れが生じることがある。このようなガスの流れが強い場合、供給口から基板Ｓへ供給されるガスの流れを妨げることとなるが、成膜中にサセプタを回転させて、サセプタ面上のガスに遠心力を与えることで、基板Ｓから供給口側にむかって上昇するようなガスの流れを弱めることができる。これにより、基板Ｓ上に効率よく成膜することが可能となる。特にサセプタ５１の回転数を１００ｒｐｍ以上とすることでこのような効果を確実に得ることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、サセプタ５１は複数枚の基板Ｓを保持している。そして、複数枚の基板Ｓを保持したサセプタ５１を高速で回転させ、各基板Ｓを順次、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）と対向させながら、各基板Ｓ上に成膜している。
このように、サセプタ５１を回転させながら複数の基板Ｓ上に成膜することで、第一供給管２１の供給口（あるいは第二供給管３１の供給口）からの位置の違いにより、各基板Ｓ上に形成される膜の膜質が異なってしまうことが抑制される。
【００３８】
また、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２からガスの供給を行う際、ハロゲン元素を含むガスを第二の内管２１３から供給するとともに、外管２１１からは、反応性ガスを供給し、さらに、第一の内管２１２から、ハロゲン元素を含むガスおよび反応性ガスと反応しない非反応性ガスを供給している。これにより、第一供給管２１の供給口付近での外管２１１からの反応性ガスと、第二の内管２１３からのハロゲン元素を含むガスとの接触が抑制される。
【００３９】
さらに、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２および有機金属気相成長用ガス供給部３をからガスの供給を行う際、成膜室４内の雰囲気を第一供給管２１から供給される反応性ガスと同じ反応性ガス、第二供給管３１から供給される反応性ガスの雰囲気としている。これにより、膜の分解を抑制し、成膜性を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、第一供給管２１の周囲には、第一供給管２１内を加熱する加熱手段が配置され、加熱手段の周囲には、加熱手段からの熱を遮断する遮熱手段２２が配置されている。このようにすることで、有機金属気相成長用ガス供給部３への熱の影響を抑制することができる。
さらに、遮熱手段２２として冷却手段２２４を使用することで、より確実に熱を遮断することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してＨＶＰＥ法で成膜処理できる基板Ｓの枚数と、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用してＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができる基板Ｓの枚数とが同じである。
従って、たとえば、ハイドライド気相成長用ガス供給部を使用してＨＶＰＥ法で成膜処理した基板Ｓすべてを、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用してＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができるので、製造効率がよい。
さらに、基板Ｓを成膜室４から取り出すことなく、ＨＶＰＥ法およびＭＯＣＶＤ法で成膜処理することができるので、ＨＶＰＥ法で成膜処理した後、ＭＯＣＶＤ法で成膜処理を開始するまでの間に、基板Ｓが汚れてしまうこと等を抑制することができる。
【００４２】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、気相成長装置１は、複数の第一供給管２１、第二供給管３１を備えていたが、第一供給管２１、第二供給管３１はそれぞれ一つであってもよい。
さらに、前記実施形態では、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してハイドライド気相成長を実施した後、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用して有機金属気相成成長を実施したが、これに限られるものではない。たとえば、有機金属気相成長用ガス供給部３を使用した後、ハイドライド気相成長用ガス供給部２を使用してもよい。
【００４３】
また、前記実施形態では、第一供給管２１、第二供給管３１が基板Ｓの上方に位置し、第一供給管２１、第二供給管３１からガスが上方側から下方側に向かって流れるとしたが、構造の上下を反転し、ガスを下方側から上方側に向かって流しても良い。
また、第一供給管２１、第二供給管３１をその長手方向が水平方向に沿うように配置してもよい（図１における左右方向に第一供給管２１，第二供給管３１を配置してもよい）。
【００４４】
さらに、前記実施形態では、基板Ｓの基板面が第一供給管２１の供給口側に向くように、すなわち、基板Ｓの基板面が水平方向となるように配置したが、これに限らず、たとえば、基板Ｓの基板面が垂直方向となるように配置してもよい。ただし、基板Ｓ上への成膜のしやすさの観点からは、基板Ｓの基板面が第一供給管２１の供給口側に向くように、配置することが好ましい。
【００４５】
さらに、前記実施形態では、サセプタ５１が回転駆動することで、第一供給管２１の供給口や、第二供給管３１の供給口と基板Ｓとが対向する状態となっていたが、これに限られるものではない。
たとえば、図５に示すように、基板Ｓを保持する基板保持部５０をテーブルＴ上で移動させて、第一供給管２１の供給口と基板Ｓとが対向する状態、第二供給管３１の供給口と基板Ｓとが対向する状態とが切り替わるものとしてもよい。
また、前記実施形態では、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置し、供給口内には、一枚の基板Ｓが収まるとしたが、図６に示すように、供給口に、基板Ｓが収まらなくてもよい。この場合にも、第一供給管２１の成膜室４へのガスの供給口および第二供給管３１の成膜室４へのガスの供給口は、サセプタ５１を回転駆動することで基板Ｓが描く円周上に位置するので、基板Ｓ上に確実に成膜を行うことができる。
【００４６】
また、前記実施形態では、気相成長装置１により、ＩＩＩ−Ｖ族半導体膜を成膜したが、これに限らず、ＩＩ−ＶＩ族半導体等の成膜に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 気相成長装置
２ ハイドライド気相成長用ガス供給部
３ 有機金属気相成長用ガス供給部
４ 成膜室
５ 基板保持部
６ 配管
２１ 第一供給管
２２ 遮熱手段
２４ 容器
２５ 配管
２６ 配管
３１ 第二供給管
３２ シャワーヘッド
５０ 基板保持部
５１ サセプタ
５２ 回転手段
５３ ヒータ
２１１ 外管
２１２ 第一の内管
２１３ 第二の内管
２２３ 金属部材
２２４ 冷却手段
９００ 装置
９０１ ＨＶＰＥチャンバー
９０２ ＭＯＣＶＤチャンバー
Ｓ 基板
Ｔ テーブル
Ｗ 流体
Ｌ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板が配置され、この基板上に膜を成膜するための成膜室と、
この成膜室内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管と、
前記成膜室内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管とを備え、
前記成膜室に、前記第一供給管および前記第二供給管が接続されている気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置において、
前記成膜室内には、前記基板を保持するための基板保持部が配置され、
前記基板保持部は、前記基板を保持するサセプタと、
前記サセプタを回転駆動する回転手段とを備え、
前記サセプタを前記回転手段により駆動することで、前記サセプタに保持された前記基板は、前記サセプタの回転軸を中心とした円周上を移動し、
前記基板を前記円周上で移動させることで、前記第一供給管の前記成膜室へのガスの供給口と前記基板とが対向する状態、前記第二供給管の前記成膜室へのガスの供給口と前記基板とが対向する状態とが切り替わる気相成長装置。
【請求項３】
請求項２に記載の気相成長装置において、
前記サセプタは、前記サセプタの回転軸と直交する面で前記基板を保持し、
前記サセプタの回転軸に沿った方向からの平面視において、前記第一供給管の前記成膜室へのガスの供給口および前記第二供給管の前記成膜室へのガスの供給口は、前記サセプタを回転駆動することで前記基板が描く円周上に位置する気相成長装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の気相成長装置において、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する反応性ガスを供給する際、あるいは、
前記第二供給管から、有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応する反応性ガスを供給する際に、
前記回転手段により、前記サセプタを回転させ、前記サセプタの回転中心を中心として前記基板を公転させながら、前記基板上に成膜を行う気相成長装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記サセプタは、回転中心を中心とした同一円周上に複数枚の前記基板を保持し、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する反応性ガスを供給する際、あるいは、
前記第二供給管から、有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応する反応性ガスを供給する際に、
前記回転手段で前記サセプタを回転させながら、前記サセプタ上の複数枚の前記基板を順次、前記第一供給管の成膜室へのガスの供給口または第二供給管の成膜室へのガスの供給口に対向させて成膜する気相成長装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記第一供給管は、
前記ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する前記反応性ガスのうち、いずれか一方を供給する外管と、
前記外管の内に挿入され、前記ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する前記反応性ガスのいずれとも反応しない非反応性ガスを供給する第一の内管と、
この第一の内管の内に挿入され、前記ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する前記反応性ガスのうち、いずれか他方を供給する第二の内管とを備える気相成長装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する反応性ガスを供給する際に、前記成膜室内をハロゲン元素を含むガスと反応する反応性ガスの雰囲気とする気相成長装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記第一供給管の周囲には、前記第一供給管内を加熱する加熱手段が配置され、
前記加熱手段の周囲には、前記加熱手段からの熱を遮断する遮熱手段が配置されている気相成長装置。
【請求項９】
請求項８に記載の気相成長装置において、
前記遮熱手段は、冷却装置を含んで構成される気相成長装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の気相成長装置において、
第一供給管からは、III族元素と前記ハロゲン元素とを含むガスおよびＶ族元素を含む前記反応性ガスが供給され、
第二供給管からは、III族元素を含む前記有機金属を含むガスおよび前記反応性ガスとしてＶ族元素を含むガスが供給される気相成長装置。
【請求項１１】
基板上に気相成長装置を使用して成膜を行う成膜方法であって、
前記気相成長装置は、請求項１乃至１０に記載の気相成長装置であり、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程と、
前記第二供給管から、有機金属を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程とを含む成膜方法。
【請求項１】
内部に基板が配置され、この基板上に膜を成膜するための成膜室と、
この成膜室内にハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第一供給管と、
前記成膜室内に有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応して前記基板上に膜を成膜するための反応性ガスを供給する第二供給管とを備え、
前記成膜室に、前記第一供給管および前記第二供給管が接続されている気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置において、
前記成膜室内には、前記基板を保持するための基板保持部が配置され、
前記基板保持部は、前記基板を保持するサセプタと、
前記サセプタを回転駆動する回転手段とを備え、
前記サセプタを前記回転手段により駆動することで、前記サセプタに保持された前記基板は、前記サセプタの回転軸を中心とした円周上を移動し、
前記基板を前記円周上で移動させることで、前記第一供給管の前記成膜室へのガスの供給口と前記基板とが対向する状態、前記第二供給管の前記成膜室へのガスの供給口と前記基板とが対向する状態とが切り替わる気相成長装置。
【請求項３】
請求項２に記載の気相成長装置において、
前記サセプタは、前記サセプタの回転軸と直交する面で前記基板を保持し、
前記サセプタの回転軸に沿った方向からの平面視において、前記第一供給管の前記成膜室へのガスの供給口および前記第二供給管の前記成膜室へのガスの供給口は、前記サセプタを回転駆動することで前記基板が描く円周上に位置する気相成長装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の気相成長装置において、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する反応性ガスを供給する際、あるいは、
前記第二供給管から、有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応する反応性ガスを供給する際に、
前記回転手段により、前記サセプタを回転させ、前記サセプタの回転中心を中心として前記基板を公転させながら、前記基板上に成膜を行う気相成長装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記サセプタは、回転中心を中心とした同一円周上に複数枚の前記基板を保持し、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する反応性ガスを供給する際、あるいは、
前記第二供給管から、有機金属を含むガスおよびこの有機金属を含むガスと反応する反応性ガスを供給する際に、
前記回転手段で前記サセプタを回転させながら、前記サセプタ上の複数枚の前記基板を順次、前記第一供給管の成膜室へのガスの供給口または第二供給管の成膜室へのガスの供給口に対向させて成膜する気相成長装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記第一供給管は、
前記ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する前記反応性ガスのうち、いずれか一方を供給する外管と、
前記外管の内に挿入され、前記ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する前記反応性ガスのいずれとも反応しない非反応性ガスを供給する第一の内管と、
この第一の内管の内に挿入され、前記ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する前記反応性ガスのうち、いずれか他方を供給する第二の内管とを備える気相成長装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスおよびこのガスと反応する反応性ガスを供給する際に、前記成膜室内をハロゲン元素を含むガスと反応する反応性ガスの雰囲気とする気相成長装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の気相成長装置において、
前記第一供給管の周囲には、前記第一供給管内を加熱する加熱手段が配置され、
前記加熱手段の周囲には、前記加熱手段からの熱を遮断する遮熱手段が配置されている気相成長装置。
【請求項９】
請求項８に記載の気相成長装置において、
前記遮熱手段は、冷却装置を含んで構成される気相成長装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の気相成長装置において、
第一供給管からは、III族元素と前記ハロゲン元素とを含むガスおよびＶ族元素を含む前記反応性ガスが供給され、
第二供給管からは、III族元素を含む前記有機金属を含むガスおよび前記反応性ガスとしてＶ族元素を含むガスが供給される気相成長装置。
【請求項１１】
基板上に気相成長装置を使用して成膜を行う成膜方法であって、
前記気相成長装置は、請求項１乃至１０に記載の気相成長装置であり、
前記第一供給管から、ハロゲン元素を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程と、
前記第二供給管から、有機金属を含むガスと、前記反応性ガスとを成膜室の基板上に供給して成膜する工程とを含む成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１１４１９６（Ｐ２０１１−１１４１９６Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９８２１（Ｐ２００９−２６９８２１）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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