気相成長装置
【課題】異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる気相成長装置を提供する。
【解決手段】III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置が提供される。気相成長装置は、基板が配置される反応室と、反応室に連通し、III族及びＶ族原料ガスのいずれか一方を基板に向けて供給する第１ガス供給部と、反応室に連通し、III族及びＶ族原料ガスのいずれか他方を基板に向けて供給する第２ガス供給部と、を備える。第１及び第２ガス供給部の少なくともいずれかは、III族及びＶ族原料ガスを混合する混合部を有する。ガス供給部は、III族及びＶ族原料ガスの一方を供給して第１半導体層を成長させる動作と、混合されたガスを供給してIII組成比が第１半導体層とは異なる第２半導体層を成長させる動作と、を切り替え可能である。
【解決手段】III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置が提供される。気相成長装置は、基板が配置される反応室と、反応室に連通し、III族及びＶ族原料ガスのいずれか一方を基板に向けて供給する第１ガス供給部と、反応室に連通し、III族及びＶ族原料ガスのいずれか他方を基板に向けて供給する第２ガス供給部と、を備える。第１及び第２ガス供給部の少なくともいずれかは、III族及びＶ族原料ガスを混合する混合部を有する。ガス供給部は、III族及びＶ族原料ガスの一方を供給して第１半導体層を成長させる動作と、混合されたガスを供給してIII組成比が第１半導体層とは異なる第２半導体層を成長させる動作と、を切り替え可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子には、III族元素の一部をＡｌ及びＩｎなどで置換したＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物系半導体が用いられる。
【０００３】
有機金属化学気相堆積法を用いてＡｌＧａＮを成長させる際に、III族原料ガスとＶ族原料ガスが装置内で過度に混合されると、基板上での成長に寄与しない反応生成物が生成し、Ａｌ組成に限界が生じ、また、組成及び膜厚の面内均一性及び再現性が低くなる。このため、III族とＶ族の原料ガスを基板近傍まで分離して導入する構成が採用される。例えば、特許文献１には、III族源と窒素源とを含む原料ガスを基板面にほぼ平行に且つ層状に導入する技術が開示されている。さらに、特許文献２には、気相反応をより均一な条件にするために、気相成長装置の仕切り板の終端部に原料ガスを混合するための貫通口を設ける技術が開示されている。
【０００４】
一方、例えば、ＩｎＧａＮの成長の際には、Ｖ族原料ガスの流量比率が高いことが望ましいが、III族とＶ族の原料ガスを基板近傍まで分離して導入する構成で流量比率を高めると、乱流が発生し、面内均一性及び再現性が低下する。従来技術では、異なる組成の半導体層のそれぞれを適正な条件で成長させることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５４４５６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１７７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる気相成長装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置が提供される。前記気相成長装置は、前記基板が配置される反応室と、前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給する第１ガス供給部と、前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか他方を前記基板に向けて供給する第２ガス供給部と、を備える。前記第１ガス供給部及び前記第２ガス供給部の少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを混合させ、前記混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記少なくともいずれかのガス供給部の前記反応室の側に向けて供給する混合部を有する。前記少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給して第１半導体層を成長させる第１動作と、前記混合部で混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記基板に向けて供給してIII族組成比が前記第１半導体層におけるIII族組成比とは異なる第２半導体層を成長させる第２動作と、を切り替えて実施可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる気相成長装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】気相成長方法を示すフローチャート図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】気相成長装置を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は気相成長方法を示す模式図である。
【図５】比較例の気相成長方法を示す模式図である。
【図６】気相成長装置を示す模式図である。
【図７】気相成長方法を示すフローチャート図である。
【図８】気相成長方法を示すフローチャート図である。
【図９】気相成長装置を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は気相成長方法を示す模式図である。
【図１１】気相成長装置を示す模式図である。
【図１２】気相成長装置を示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は気相成長方法を示す模式図である。
【図１４】気相成長装置を示す模式図である。
【図１５】気相成長装置を示す模式図である。
【図１６】気相成長装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る気相成長方法を例示するフローチャート図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置を用いて製造される半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
【００１２】
まず、図２により、本発明の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置を用いて製造される半導体発光素子の例について説明する。半導体発光素子は、例えば、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色ＬＥＤ、青色半導体レーザ（ＬＤ）、青紫色半導体ＬＤなどである。以下では、半導体発光素子が、青色ＬＥＤである場合として説明する。
【００１３】
図２に表したように、半導体発光素子１１０は、基板９０の上に順次積層されたバッファ層１０１、ｎ型コンタクト層１０２、発光層１０３、ｐ型電子ブロック層１０４及びｐ型コンタクト層１０５を含む積層構造体を有する。バッファ層１０１には、例えば、多結晶ＧａＮが用いられ、ｎ型コンタクト層１０２には、例えば、ＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。発光層１０３は、例えば、障壁層と井戸層とが交互に複数積層された量子井戸構造を有する。障壁層には例えばＧａＮが用いられ、井戸層には、例えば、ＩｎＧａＮが用いられる。ｐ型電子ブロック層１０４には、例えば、Ｍｇがドープされ、Ａｌ組成が１５％のＡｌＧａＮを用いることができる。ｐ型コンタクト層１０５には、ＭｇがドープされたＧａＮを用いることができる。
【００１４】
なお、半導体発光素子１１０の積層構造体においては、ｎ型コンタクト層１０２の一部、並びに、発光層１０３、ｐ型電子ブロック層１０４及びｐ型コンタクト層１０５の一部が除去されて、ｎ型コンタクト層１０２の一部が露出されており、ｎ型コンタクト層１０２に接続されたｎ側電極１０８と、ｐ型コンタクト層１０５に接続されたｐ側透明電極１０６と、ｐ側透明電極に接続されたｐ側電極１０７と、がさらに設けられている。
【００１５】
このように、窒化物系半導体を用いた半導体発光素子に含まれる積層構造体は、一般に、ＧａＮ、並びに、III族元素の一部をＡｌ及びＩｎなどで置換した混晶であるＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮの半導体層を含む。このような半導体発光素子の積層構造体を形成する際には、例えば有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）が用いられ、それぞれの半導体層の組成に従って、原料ガスの種類と流量とが制御される。
【００１６】
上記の半導体発光素子１１０においては、ｐ型電子ブロック層１０４（上記の例では、Ｍｇがドープされ、Ａｌ組成が１５％のＡｌＧａＮ）は、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層である。また、井戸層（上記の例では、ＩｎＧａＮ）は、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層である。
【００１７】
このように、半導体発光素子１１０は、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層と、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層と、を含む。
【００１８】
本実施形態に係る気相成長装置は、このように、Ａｌ組成が異なる第１及び第２半導体層を基板９０の上に成長させる際に用いることができる。この気相成長装置は、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて、基板９０上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置である。
【００１９】
図３に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２１０は、基板９０が配置される反応室５０（例えばフローチャネル）と、第１ガス供給部１０と、第２ガス供給部２０と、を備える。また、第３ガス供給部３０をさらに含むことができる。
【００２０】
第１ガス供給部１０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第１動作と、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合して反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第２動作と、を切り替えて行う。
【００２１】
ここで、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方のガスを第１原料ガスとする。III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方のガスを第２原料ガスとする。以下では、第１原料ガスがIII族原料ガスであり、第２原料ガスがＶ族原料ガスである場合として説明する。
【００２２】
第２ガス供給部２０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（第２原料ガスであり、Ｖ族原料ガス）を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する。
【００２３】
このように、第１ガス供給部１０は、第１原料ガスを基板９０に向けて供給する動作モードと、混合された第１原料ガスと第２原料ガスとを反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する動作モードと、で動作可能である。一方、第２ガス供給部２０は、第２原料ガスを供給する。
また、第３ガス供給部３０は、反応室５０に連通し、ガスの流れを整えるサブフローのためのガスを基板９０に向けて供給することができる。
【００２４】
気相成長装置２１０の具体的構成についてさらに説明する。
気相成長装置２１０は、横型反応室を有する例である。反応室５０は、例えば、方形断面を有する筒状のフローチャネルである。反応室５０の筒の軸が例えば水平に配置される。反応室５０においては、原料ガスの流路が形成される。反応室５０の底面の側に、サセプタ９１が設けられ、サセプタ９１の上面に気相成長が行われる基板９０が載置される。サセプタ９１が自転回転することにより、基板９０も自転回転することができる。
【００２５】
サセプタ９１の下側には、ヒータ９２が設けられ、ヒータ９２により、サセプタ９１を介して基板９０は加熱される。なお、ヒータ９２は、ヒータ制御部９３により制御される。
【００２６】
反応室５０の一端のガス導入部５１から後述する原料ガスが導入され、基板９０に向けて、例えば基板９０の表面に対して平行な方向に原料ガスが流れ、反応室５０のガス導入部５１とは反対の側に設けられるガス排出部（図示しない）から、反応後の原料ガスが排出される。
【００２７】
本具体例では、ガス導入部５１は、仕切り板により３つに分割されている。すなわち、サセプタ９１の側である下側から、順に、第２ガス導入部２１、第１ガス導入部１１、及び、第３ガス導入部３１、が設けられている。第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との間には、第１仕切り板１１ａが設けられ、第１ガス導入部１１と第３ガス導入部３１との間には、第２仕切り板１１ｂが設けられている。
【００２８】
第１ガス導入部１１は、第１仕切り板１１ａと第２仕切り板１１ｂとの間の空間を囲う。第１ガス導入部１１からガスが基板９０に向けて供給される。第２ガス導入部２１は、第１仕切り板１１ａと第２ガス導入部壁２１ｎとの間の空間を囲う。第２ガス導入部２１からガスが基板９０に向けて供給される。第３ガス導入部３１は、第２仕切り板１１ｂと第３ガス導入部壁３１ｎとの間の空間を囲う。第３ガス導入部３１からガスが基板９０に向けて供給される。すなわち、第１ガス供給部１０と第２ガス供給部２０とは、互いに仕切り板（第１仕切り板１１ａ）で区分されている。また、第１ガス供給部１０と第３ガス供給部３０とは、互いに仕切り板（第２仕切り板１１ｂ）で区分されている。
【００２９】
第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅは、サセプタ９１に近接しており、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の端部は、基板９０に近接する。これにより、第１ガス導入部１１から供給されるガスと、第２ガス導入部２１から供給されるガスと、は、互いに過度に混合されることなく、これらのガスが層状になり適度に分離された状態で、基板９０に向けて導入される。
【００３０】
第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅは、サセプタ９１に近接しており、第１ガス導入部１１及び第３ガス導入部３１の端部は、基板９０に近接する。これにより、第１ガス導入部１１から供給されるガスと、第３ガス導入部３１から供給されるガスと、は、互いに過度に混合されることなく、これらのガスが層状になり適度に分離された状態で、基板９０に向けて導入される。
【００３１】
なお、図３に示した具体例では、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅのガス導入方向に沿った位置と、第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅのガス導入方向に沿った位置と、は、同じとされているが、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅの位置と、第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅの位置と、の関係は任意である。例えば、第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅのガス導入方向に沿った位置は、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅのガス導入方向に沿った位置よりも基板９０に近接していても良い。
【００３２】
第２ガス導入部２１には、第２配管２２が接続されている。第２配管２２には、例えば、図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第２ガス導入部２１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【００３３】
さらに、第２配管２２には、第２バルブ２３ｖと第２マスフローコントローラ２３ｍとを介して、第２原料ガス配管２３が接続されている。第２原料ガス配管２３の第２マスフローコントローラ２３ｍとは反対の側には、例えば、ＮＨ３ガスのボンベが接続される。すなわち、第２原料ガス配管２３には、第２原料ガスであるＶ族原料ガスのＮＨ３ガスが供給される。これにより、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス（この例ではＶ族原料ガス）であるＮＨ３ガスが、流量が制御されて供給される。
【００３４】
一方、第１ガス導入部１１には、第１配管１２が接続されている。第１配管１２には、例えば図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第１ガス導入部１１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【００３５】
さらに、第１配管１２には、第１バルブ１３ｖと第１マスフローコントローラ１３ｍとを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３の第１マスフローコントローラ１３ｍとは反対の側には、例えば、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスを導入する配管が接続されている。すなわち、第１原料ガス配管１３には、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスが供給される。
【００３６】
さらに、第１配管１２には、混合用ガスバルブ４３ｖと混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍとを介して、混合用第２原料ガス配管４３が接続されている。この混合用第２原料ガス配管４３が第１配管１２に接続される位置は、第１原料ガス配管１３が第１配管１２に接続される位置よりも下流側である。すなわち、混合用第２原料ガス配管４３は、第１原料ガス配管１３と第１ガス導入部１１との間において、第１配管１２に接続されている。そして、第１配管１２において、混合用第２原料ガス配管４３と第１ガス導入部１１との間には、外部混合部４５（混合部）が設けられている。
【００３７】
このように、気相成長装置２１０は、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板９０上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置であって、基板９０が配置される反応室５０と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方を基板に向けて供給する第１ガス供給部１０と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方を基板９０に向けて供給する第２ガス供給部２０と、を備える。
【００３８】
そして、第１ガス供給部１０及び第２ガス供給部２０の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第１ガス供給部１０）は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合させ、混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを上記の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第１ガス供給部１０）の反応室５０の側に向けて供給する混合部（本具体例では外部混合部４５）を有し、上記の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第１ガス供給部１０）は、混合部で混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを反応室５０内に配置された基板９０に向けてさらに供給可能である。
【００３９】
本具体例では、上記の混合部（外部混合部４５）は、第１ガス供給部１０に設けられている。そして、第１ガス供給部１０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（この場合はIII族原料ガス）が導入される第１配管１２をさらに有する。混合部（外部混合部４５）は、第１配管１２と反応室５０との間に設けられる。そして、混合部（外部混合部４５）の第１配管１２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（この場合はＶ族原料ガス）が導入される配管（混合用第２原料ガス配管４３）が接続される。
【００４０】
第１配管１２において、混合用第２原料ガス配管４３から第２原料ガスを導入せず、第１原料ガス配管１３から第１原料ガスを導入するときは、第１ガス導入部１１には、第１原料ガスが導入される。すなわち、第１ガス導入部１１からIII族原料ガスが導入される。このとき、第２ガス導入部２１からＶ族原料ガスを導入すると、III族原料ガスとＶ族原料ガスとのそれぞれを、異なる出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から供給することができる。
【００４１】
そして、第１配管１２において、第１原料ガス配管１３から第１原料ガスを導入しつつ、混合用第２原料ガス配管４３から第２原料ガスを導入すると、外部混合部４５において、第１原料ガスと第２原料ガスとが混合され、混合された第１原料ガス及び第２原料ガスが第１ガス導入部１１に導入される。すなわち、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが同じ出口（第１ガス導入部１１）から供給される。なお、このとき、第２ガス導入部２１から第２原料ガス（Ｖ族原料ガス）を導入しても良く、これにより、Ｖ族原料ガスの流量比率を高めることができる。
【００４２】
第１ガス供給部１０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合させ、混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを第１ガス供給部１０の反応室５０の側に向けて供給する混合部（外部混合部４５）を有し、第１ガス供給部１０は、混合部で混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを反応室５０内に配置された基板９０に向けてさらに供給可能である。
【００４３】
これにより、本具体例の気相成長装置２１０においては、第１ガス導入部１１に、第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）が導入される動作と、第１ガス導入部１１に、混合された第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）及び第２原料ガス（例えばＶ族原料ガス）が導入される動作と、の２つの異なる動作が実施できる。
【００４４】
なお、外部混合部４５は、例えば、第１配管１２よりも断面積の大きなチャンバー構造を有することができる。これにより、第１原料ガスと第２原料ガスとの混合の効率が向上する。ただし、本発明はこれに限らず、外部混合部４５の構成は任意であり、例えば、外部混合部４５として、第１配管１２と同じ口径の配管を用いても、十分に混合の効果が得られる。
【００４５】
また、第３ガス導入部３１には、第３配管３２が接続されている。第３配管３２には、例えば図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第３ガス導入部３１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【００４６】
さらに、第３配管３２には、第３バルブ３３ｖと第３マスフローコントローラ３３ｍとを介して、第３原料ガス配管３３が接続されている。本具体例では、第３原料ガス配管３３の第３マスフローコントローラ３３ｍとは反対の側には、例えば、ＮＨ３ガスのボンベが接続される。すなわち、第３原料ガス配管３３には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３ガスが供給される。これにより、第３ガス導入部３１にも、第２原料ガス（この例ではＶ族原料ガス）であるＮＨ３ガスが、流量が制御されて供給されることができる。
【００４７】
気相成長装置２１０においては、第１ガス導入部１１に、第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）が導入される動作と、第１ガス導入部１１に、混合された第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）及び第２原料ガス（例えばＶ族原料ガス）が導入される動作と、の２つの動作を実施できることから、この２つの動作を使い分けて窒化物系半導体層を成長させることができる。
【００４８】
すなわち、気相成長装置２１０は、基板９０が配置される反応室５０と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口から、反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる動作と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口から、基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる動作と、を行うガス供給部８０と、を備える。
【００４９】
ここで、ガス供給部８０は、第１ガス供給部１０と第２ガス供給部２０とを含む。
なお、第１ガス供給部１０は、第１ガス導入部１１、第１配管１２、第１バルブ１３ｖ、第１マスフローコントローラ１３ｍ、第１原料ガス配管１３、外部混合部４５、混合用ガスバルブ４３ｖ、混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍ、及び、混合用第２原料ガス配管４３を含む。
第２ガス供給部２０は、第２ガス導入部２１、第２配管２２、第２バルブ２３ｖ、第２マスフローコントローラ２３ｍ及び第２原料ガス配管２３を含む。
【００５０】
すなわち、例えば、ガス供給部８０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガス）を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第１動作と、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合して反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第２動作と切り替えて行う第１ガス供給部１０と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガス）を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第２ガス供給部２０と、を有することができる。
【００５１】
なお、ガス供給部８０は、第３ガス供給部３０をさらに含むことができる。
第３ガス供給部３０は、第３ガス導入部３１、第３配管３２、第３バルブ３３ｖ、第３マスフローコントローラ３３ｍ及び第３原料ガス配管３３を含む。
【００５２】
例えば、このような気相成長装置２１０を用いることで、本実施形態に係る気相成長方法を実施することができる。
すなわち、図１に表したように、本実施形態に係る気相成長方法は、反応室内に設けられた、ガス供給管の複数の出口からIII族原料ガスとＶ族原料ガスとを反応室５０内に供給して反応室５０内に配置された基板９０上に窒化物系半導体層を成膜する気相成長方法であって、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（例えば第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層（例えば、ｐ型電子ブロック層１０４）を成長させる工程（ステップＳ１１０）と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層（例えばＩｎＧａＮの井戸層）を成長させる工程（ステップＳ１２０）と、を備える。
【００５３】
そして、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）は、上記の同じ出口（第１ガス導入部１１）とは異なる出口（例えば第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばＶ族原料ガス）を基板９０に向けてさらに供給することができる。これにより、例えば第２原料ガス（例えばＶ族原料ガスであるＮＨ３ガス）の総流量に対する流量比率を高くすることができる。
【００５４】
ただし、本発明はこれに限らず、ステップＳ１２０において、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが混合されて同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から供給されつつ、ステップＳ１１０で用いられる２つの出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）とは別の出口から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばＶ族原料ガス）を基板９０に向けてさらに供給しても良い。
【００５５】
以下では、ステップＳ１１０においては、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが、異なる出口である第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１とからそれぞれ供給され、ステップＳ１２０においては、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが混合されて同じ出口である第１ガス導入部１１から供給されつつ、Ｖ族原料ガスが第２ガス導入部２１から供給される例として説明する。
【００５６】
図４は、本発明の実施形態に係る気相成長方法を例示する模式図である。
すなわち、図４（ａ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）に相当し、図４（ｂ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）に相当する。
【００５７】
図４（ａ）に表したように、第１半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１を基板９０に向けて供給する。第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。
【００５８】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２を基板９０に向けて供給する。第２原料ガスには、Ｖ族原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
【００５９】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３を基板９０に向けて供給する。第３原料ガスには例えばＮ２が用いられる。第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【００６０】
第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との間に第１仕切り板１１ａが設けられているので、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とは互いに分離されている。第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２は、それぞれ第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１を出た後も、分離された状態をほぼ維持して、層流ｇｌとして基板９０に到達する。このため、基板９０の上面以外の不要な部分には、反応生成物が付着し難い。このため、成長させる第１半導体層において、Ａｌ組成の制御範囲が広く、任意のＡｌ組成の半導体層を得易い。そして、基板９０へは原料ガスが層流ｇｌとなって到達するため、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の面内均一性は高い。そして、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の再現性も良好である。
【００６１】
一方、図４（ｂ）に表したように、第２半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とを混合して基板９０に向けて供給する。このときの第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられる。また、第２原料ガスｇ２には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３が用いられる。すなわち、第１ガス導入部１１からは、III族原料ガスのＴＭＩと、Ｖ族原料ガスのＮＨ３と、の混合ガスｇｍが基板９０に向けて供給される。
【００６２】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２として、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスを供給する。
【００６３】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３（例えばＮ２）を供給する。この場合も第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【００６４】
Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させるときには、第２半導体層の結晶性及び成長効率の観点から、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることが望ましい。本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０においては、第２ガス導入部２１からＮＨ３を供給しつつ、第１ガス導入部１１からＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給できるため、ＮＨ３の全体に対する割合を高めることが容易になる。例えば、第２ガス導入部２１から供給するＮＨ３の流量を、他のガス導入部よりも高くすると乱流が発生することがあるが、第２ガス導入部２１から供給するＮＨ３の流量を、他のガス導入部と同じ程度に押さえ、乱流が発生しない流量とし、第１ガス導入部１１からＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。
【００６５】
これにより、Ａｌ組成比が低い第２半導体層をＮＨ３ガスの流量比率を高めて成長させ、第２半導体層における組成及び膜厚の面内均一性を高くし、第２半導体層における組成及び膜厚の再現性を高くすることができる。
このように、本実施形態に係る気相成長方法及び本実施形態に係る気相成長装置２１０によれば、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【００６６】
図５は、比較例の気相成長方法を例示する模式図である。
図５（ａ）に表したように、第１比較例の気相成長装置２１８においては、第１ガス導入部１１は第１原料ガス（例えばＴＭＡやＴＭＩ）を供給し、第２ガス導入部２１は第２原料ガス（ＮＨ３）を導入する。なお、第１比較例の方法は、特許文献１に記載されている方法に相当する。Ａｌ組成比が高い第１半導体層を成長させるときには、図４（ａ）に関して説明したように、本実施形態に係る気相成長装置と同様に、不要な反応生成物の生成を抑制し、第１半導体層を成長させることができる。
【００６７】
しかしながら、第１比較例の気相成長装置２１８においては、Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させるときに、ＮＨ３の流量を多くすると、乱流ｇｔが発生する。すなわち、例えば、ＮＨ３を供給する第２ガス導入部２１の出口の流速と、第１ガス導入部１１の出口の流速と、の差により、反応室５０の内部に乱流ｇｔが発生する。例えば、全体の流量に対する第１ガス導入部１１の流量が０．５以上になると、乱流ｇｔが発生する。
【００６８】
乱流ｇｔが発生すると、基板９０の表面において原料ガスの濃度分布が生じ、結果として、生成される第２半導体層の組成及び膜厚に面内むらが生じる。また、組成及び膜厚の再現性も悪くなる。また、反応室５０の内壁面は、基板９０と共に加熱され、その部分に反応生成物が付着し易くなる。反応生成物の付着の程度や履歴が基板近傍の温度環境を変化させ、成長させる半導体層の再現性が低くなる。また、反応生成物が所望な場所以外に生成すると、材料の利用効率が低下し、また、気相成長装置の保守も困難になる。
【００６９】
図５（ｂ）に表したように、第２比較例の気相成長装置２１９においては、第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との間の第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅの近傍において、第１仕切り板１１ａに貫通孔１１ａｈが設けられている。なお、第２比較例の装置は、特許文献２に記載されている装置に相当する。この場合は、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが、第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との端部付近で、段階的に互いに混合される。これにより、基板９０上に成長される半導体層の組成や膜厚が基板９０の面内で均一化されることがある。
【００７０】
しかしながら、Ａｌ組成比が高い第１半導体層の成長のときも、Ａｌ組成比が低い第２半導体層の成長のときも、貫通孔１１ａｈの構成は同じなので、第１半導体層と第２半導体層の両方に最適な条件で成長させることが困難である。例えば、第１半導体層の成長に最適な条件になるように貫通孔１１ａｈを設計すると、その貫通孔１１ａｈは、第２半導体層の成長に最適な条件ではなくなる。
【００７１】
貫通孔１１ａｈを設けた気相成長装置２１９においては、貫通孔１１ａｈにより、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが常時混合される。第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが常時混合された状態で、Ａｌ組成比が高い第１半導体層を成長させると、基板９０以外の場所で反応生成物ｂｐが生成し易くなる。そして、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが常時混合された状態で、Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させると、第２ガス導入部１１から供給される第２原料ガス（例えばＮＨ３）の流量を高くする必要があり、乱流ｇｔが発生し易い。このように、第２比較例の気相成長装置２１９においても、第１半導体層と第２半導体層の両方を適正な条件で成長させることが困難である。
【００７２】
これに対し、本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０においては、Ａｌ組成比が高い第１半導体層を生成する際には、第１原料ガスと第２原料ガスとを分離した状態で基板９０に向けて供給する。これにより、第１半導体層の成長において層流ｇｌが実現できる。そして、Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させる際には、第２ガス導入部２１から第２原料ガスを供給しつつ、第１ガス導入部１１から第１原料ガスと第２原料ガスとの混合ガスｇｍを供給できる。このため、第２ガス導入部２１から供給する第２原料ガスの流量を乱流が発生しない比較的低い流量とし、第１ガス導入部１１から第１原料ガスと第２源流ガスとの混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。すなわち、第１半導体層の成長の際も、第２半導体層の成長の際も、層流ｇｌを実現できる。
【００７３】
本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０においては、Ａｌの組成比が高い第１半導体層の成長（ステップＳ１１０）においては、III族原料ガスと、Ｖ族原料ガスとは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで分離されて供給される。そして、Ａｌの組成比が低い第２半導体層の成長（ステップＳ１２０）においては、III族原料ガスと、Ｖ族原料ガスとは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅよりも上流側（基板９０に向かう方向とは逆の方向）において、混合される。このように、ステップＳ１１０とステップＳ１２０とで、第１ガス導入部１１の端部と、第２ガス導入部２１の端部まで、原料ガスが分離されている状態と、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の端部よりも手前で原料ガスが混合される状態と、の２種類の状態を用いる。
【００７４】
これに対し、第１比較例においては、どの状態のときも、第１ガス導入部１１の端部及び第２ガス導入部２１の端部まで、原料ガスが分離されている。一方、第２比較例においては、どの状態のときも、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の端部よりも手前で原料ガスが混合される。
【００７５】
このように、本実施形態においては、上記の２種類の状態を実現する。
これにより、Ａｌの組成比が高い第１半導体層の成長（ステップＳ１１０）においては、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを基板９０の近傍まで分離して反応室５０内の基板９０に向けて導入することにより、ＴＭＡとＮＨ３の気相反応を抑制できるため、第１半導体層における組成比と膜厚の基板面内均一性及び再現性を確保することができる。
【００７６】
さらに、Ａｌの組成比が低い、例えばＡｌを含まない第２半導体層（例えばＩｎを含む半導体層）の成長（ステップＳ１２０）においては、総流量に対するＮＨ３の流量比を高くし、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して基板９０に向けて供給することで、乱流ｇｔを抑制し、層流ｇｌを維持することにより、第２半導体層における組成比と膜厚の基板面内均一性及び再現性を確保することができる。
【００７７】
そして、本実施形態に係る気相成長装置２１０を用いることで、上記のステップＳ１１０とステップＳ１２０とを、一連の動作として実行することができる。このため、第１半導体層及び第２半導体層の両方において、基板面内均一性および再現性を同時に確保し、特性の優れた発光素子を歩留まり良く製造することが可能となる。
【００７８】
このように、第１半導体層及び第２半導体層の両方において、組成比及び膜厚の面内均一性を向上できる。また、第１半導体層及び第２半導体層の成長の両方において、基板９０以外の部分において反応生成物が生成されることを抑制し、反応室５０内の環境変化の影響を抑制して、高い再現性を長期的に維持できる。このように、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【００７９】
本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０において、III族原料ガスには、III族元素を含む化合物を含有する任意のガスを用いることができる。Ｖ族原料ガスには、Ｖ族元素を含む化合物を含有する任意のガスを用いることができる。
【００８０】
例えば、III族原料ガス（例えば第１原料ガス）は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、エチルジメチルアミンアラン、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム及びトリエチルインジウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００８１】
また、Ｖ族原料ガス（例えば第２原料ガス）は、アンモニア、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００８２】
さらに、III族原料ガス（例えば第１原料ガス）及びＶ族原料ガス（例えば第２原料ガス）は、成長させる半導体層に含まれるドーパントとなる任意のドーパントガスをさらに含むことができる。このようなドーパントガスとしては、ｎ型のドーパントとなる、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いることができる。また、ｐ型ドーパントとなる、例えば、ビスシクロペンタディエニールマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）及びビスメチルシクロペンタディエニールマグネシウム（Ｍ２Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００８３】
（第１実施例）
以下、本発明の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０の第１実施例として、窒化物系半導体を用いた半導体発光素子１１０（青色発光ダイオード）の製造方法の例について説明する。
【００８４】
まず、基板９０をサセプタ９１に載置する。基板９０には、例えばサファイアが用いられる。次に、第１ガス導入部１１、第２ガス導入部２１及び第３ガス導入部３１のそれぞれから、例えば、１０Ｌ（リットル）／分の流量で水素ガスを導入しつつ、反応室５０の内部の圧力を５００Ｔｏｒｒに保持する。次に、ヒータ９２により基板９０を、例えば１１００℃に加熱して１０分間保持する。
【００８５】
次に、基板９０の温度を５００℃に設定し、第３ガス導入部３１から、１０Ｌ／分の流量で窒素ガスを導入する。さらに、第１ガス導入部１１から、第１原料ガス（III族原料ガス）であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを含む水素ガスを、１０Ｌ／分の流量で導入する。さらに、第２ガス導入部２１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の水素ガスと、を導入する。これにより、基板９０上に、多結晶ＧａＮのバッファ層１０１を成長させる。
【００８６】
次に、第１ガス導入部１１から供給されていたＴＭＧガスの導入を停止し、基板９０の温度を１０５０℃に昇温する。
その後、第３ガス導入部３１から、１０Ｌ／分の流量で窒素ガスを導入し、第１ガス導入部１１から、１０Ｌ／分の流量で、ＴＭＧガス及びモノシランガスを含む水素ガスを導入し、第２ガス導入部２１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の水素ガスと、を導入し、ＳｉがドープされたＧａＮを含むｎ型コンタクト層１０２を成長させる。
【００８７】
次に、第１ガス導入部１１から導入されていたＴＭＧガス及びモノシランガスの導入を停止し、基板９０の温度を７８０℃に設定する。
その後、第３ガス導入部３１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の窒素ガスと、を導入し、第１ガス導入部１１から、３Ｌ／分の流量の、ＴＭＧガスを含む窒素ガスと、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、を導入し、第２ガス導入部２１から７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと３Ｌ／分の流量の窒素ガスとを導入し、ＧａＮを含む障壁層を成長させる。障壁層の厚さは、例えば５ｎｍ（ナノメートル）である。
【００８８】
続いて、第１ガス導入部１１の窒素ガス中に、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスをさらに導入する。すなわち、第３ガス導入部３１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の窒素ガスと、を導入し、第１ガス導入部１１から、３Ｌ／分の流量の、ＴＭＧガスとＴＭＩとを含む窒素ガスと、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、を導入し、第２ガス導入部２１から７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと３Ｌ／分の流量の窒素ガスとを導入する。これにより、III族中におけるＩｎ組成が１５％（１５％原子パーセント）のＧａＩｎＮを含む井戸層を２．５ｎｍの厚さで成長させる。
【００８９】
この後、上記の障壁層と、上記の井戸層と、の組み合わせを、計７回繰り返してさらに成長させ、その後、その上に、上記と同じ条件で障壁層をさらに成長させる。これにより、多重量子井戸構造を有する発光層１０３が形成される。
【００９０】
なお、上記の障壁層及び井戸層の形成において、ＮＨ３ガスの総流量に占める流量比は０．７と高いが、ガス導入部５１が３つ（第１、第２及び第３ガス導入部１１、２１及び３１）に分離され、それぞれのガス導入部（第１、第２及び第３ガス導入部１１、２１及び３１）から導入されるガスの流量の比率が実質的に均等にされている。これにより、第１、第２及び第３ガス導入部１１、２１及び３１から導入されるガスにおいて、ガスの流れの乱流ｇｔが発生せず、安定した層流ｇｌが得られる。
【００９１】
次に、第１ガス導入部１１から導入されていたＴＭＧガスおよびＴＭＩガスの導入を停止し、基板９０の温度を１０００℃に昇温する。
この後、第３ガス導入部３１から１０Ｌ／分の流量の窒素ガスを導入し、第１ガス導入部１１から、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス及びＣｐ２Ｍｇガスを含む水素ガスを１０Ｌ／分の流量で導入し、第２ガス導入部２１から、５Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、５Ｌ／分の流量の水素ガスと、を導入し、ｐ型電子ブロック層１０４を成長させる。ｐ型電子ブロック層１０４は、ＭｇがドープされたＡｌ組成が１５％のＡｌＧａＮである。ここで、第１ガス導入部１１から導入されるＴＭＡを含むIII族原料ガスと、第２ガス導入部２１から導入されるＮＨ３ガスとは、第１仕切り板１１ａにより出口（第１ガス導入部１１の出口及び第２ガス導入部２１の出口）まで互いに分離され、それぞれ別の出口から供給され、これらのガスは層流ｇｌとなり、基板９０に向けて供給される。これにより、ＴＭＡガスとＮＨ３ガスとの気相反応が抑制できる。
【００９２】
次に、第１ガス導入部１１から導入されていたＴＭＡガスの導入を停止し、他のガスの状態を維持して、ｐ型コンタクト層１０５を成長させる。ｐ型コンタクト層１０５は、ＭｇがドープされたＧａＮである。
【００９３】
次に、成長が終了した基板９０を取り出し、ｐ側透明電極１０６、ｐ側電極１０７、ｎ側電極１０８を形成して、半導体発光素子１１０が作製される。
【００９４】
上記の第１実施例の気相成長方法による半導体発光素子１１０、及び、以下の第１比較例の方法による半導体発光素子の特性について説明する。
第１比較例の方法においては、発光層１０３の障壁層の成長の際に、第３ガス導入部３１から４Ｌ／分の流量で窒素ガスが導入され、第１ガス導入部１１からＴＭＧガスを含む窒素ガスが４Ｌ／分の流量で導入され、第２ガス導入部２１から、２１Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、１Ｌ／分の流量の窒素ガスと、が導入される。そして、発光層１０３の井戸層の成長の際には、第３ガス導入部３１から４Ｌ／分の流量で窒素ガスが導入され、第１ガス導入部１１からＴＭＧガスとＴＭＩガスとを含む窒素ガスが４Ｌ／分の流量で導入され、第２ガス導入部２１から、２１Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、１Ｌ／分の流量の窒素ガスと、が導入される。これ以外は、第１実施例と同じ条件が用いられる。
【００９５】
第１実施例に係る半導体発光素子１１０、及び、第１比較例に係る半導体発光素子は、共に、青色ＬＥＤである。第１実施例の方法及び第１比較例の方法により２インチ基板面内に複数の半導体発光素子が形成される。このときの基板面内における発光出力の特性は以下である。
【００９６】
第１比較例に係る半導体発光素子においては、基板９０の中心に比べて基板９０の外周部では発光出力は例えば８５％以下になり、基板９０の外周部では発光出力が低下する。これに対し、第１実施例に係る半導体発光素子１１０においては、発光出力のばらつきは、基板９０の面内で例えば±５％以内の範囲内であり、基板９０の面内で均一な発光が得られる。そして、基板９０の面内における発光出力の平均値に関しては、第１実施例に係る半導体発光素子１１０においては、第１比較例に係る半導体発光素子よりも１０％以上大きい値である。
【００９７】
このように、本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０によれば、異なる組成の半導体層（例えば、第１半導体層であるｐ型電子ブロック層１０４、及び、第２半導体層である発光層１０３の井戸層）のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成でき、これにより製造された半導体発光素子１１０は、第１比較例よりも基板面内における発光出力のばらつきが小さく、また、発光出力の平均値が高い。このように、本実施形態によれば、高い特性を高い歩留まりで得ることが可能になる。
【００９８】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る気相成長方法を例示するフローチャート図である。
図６に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２１１は、第１実施形態に係る気相成長装置２１０に対して、測定部６０と、制御部７０と、をさらに備える。
【００９９】
本具体例では、測定部６０は、反応室５０の外において、サセプタ９１の上方（基板９０が載置される面の上方）に設けられている。
測定部６０は、第２半導体層の成長中に基板９０の表面（例えば第２半導体層）の光学特性を測定する。
制御部７０は、測定部６０によって測定された光学特性から導出された基板９０の温度、第２半導体層の成長速度、及び、第２半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、III族原料ガスとＶ族原料ガスとの混合比を制御する。
【０１００】
なお、上記の測定部６０は第１半導体層の成長中に第１半導体層の光学特性を測定し、制御部７０は、測定部６０によって測定された光学特性から導出された基板９０の温度、第１半導体層の成長速度、及び、第１半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、III族原料ガスの流量及びＶ族原料ガスの流量の少なくともいずれかをさらに制御しても良い。
【０１０１】
すなわち、測定部６０は、基板９０に成長される窒化物系半導体層の成長中に、基板９０の光学特性を測定する。例えば、測定部６０は、成膜しながら、基板９０の表面（またはサセプタ９１）から放射される光を測定し、基板９０の温度を測定する。また、測定部６０は、基板９０の表面（成膜されている窒化物系半導体層）に光を照射し、照射した光の反射率の変化を測定し、成膜されている窒化物系半導体層の成長速度を測定する。また、測定部６０は、照射した光の反射スペクトルに基づいて、成膜されている窒化物系半導体層における混晶の組成の測定を行う。
【０１０２】
測定部６０による光学特性の測定の際の光学モニタ光路６１は、反応室５０の図示しない窓部を通過する。これにより、測定部６０は、基板９０における半導体層の成長状態を、成長させつつ、反応室５０の外から同時に測定する。
【０１０３】
測定部６０による光学特性の測定結果は、測定データ信号線６２を介して制御部７０に出力される。そして、制御部７０から出力される混合制御信号が、混合制御信号線７１を介して混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍに出力される。さらに、制御部７０から出力される第１制御信号が、第１制御信号線７２を介して第１マスフローコントローラ１３ｍに出力される。そして、制御部７０から出力されるヒータ制御信号が、ヒータ制御信号線７３を介してヒータ制御部９３に出力される。
【０１０４】
このように、気相成長装置２１１においては、基板９０の上面に対向する側の反応室５０の外部に、基板温度、半導体層の成長速度、及び、半導体層の混晶組成をその場測定する測定部６０が設けられ、制御部７０は、マスフローコントローラ（混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍ及び第１マスフローコントローラ１３ｍ）とヒータ制御部９３とを制御する。
【０１０５】
例えば、制御部７０は、第２半導体層の成長中に、基板温度、成長速度及び混晶組成の少なくともいずれかの測定データに基づいて、例えば、第１ガス導入部１１から導入されるIII族原料ガス及びＶ族原料ガスにおける混合比を変化させる。
【０１０６】
例えば、制御部７０は、第２半導体層の成長中において測定された上記の特性に基づいて、第２半導体層におけるＩｎ組成が目標とする組成よりも低い場合は、第１ガス導入部１１から導入されるIII族原料ガスとＶ族原料ガスの混合ガスにおけるＶ族原料ガスの比率を相対的に増加させる制御を行う。
【０１０７】
このように、測定部６０によって、半導体層の成長中に、半導体層の特性を光学的に測定し、III族原料ガスとＶ族原料ガスの混合比を変化させることで、基板９０の近傍の反応生成物の影響を補正し、成長した膜における再現性をより向上できる。
【０１０８】
すなわち、図７に表したように、本実施形態に係る気相成長方法においては、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）は、第２半導体層（窒化物系半導体層）の成長中に第２半導体層の光学特性を測定する工程（ステップＳ１２１）と、光学特性の測定結果から導出された基板９０の温度、第２半導体層の成長速度、及び、第２半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、III族原料ガス及びＶ族原料ガスの混合比を制御する工程（ステップＳ１２２）と、を含むことができる。本実施形態に係る気相成長方法を用いることで、成長した半導体層における再現性をより向上できる。
【０１０９】
すなわち、反応室５０内の基板９０の近傍部分に付着した反応生成物の程度や履歴が、基板９０の近傍部分の温度環境を変化させ、成長させる半導体層の再現性が低下することがあるが、本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１１を用いることで、再現性の低下を抑制し、長期的に優れた再現性で半導体発光素子を製造することができる。
【０１１０】
（第２の実施例）
図８は、本発明の第２の実施形態の第２の実施例の気相成長方法を例示するフローチャート図である。
すなわち、同図は、気相成長装置２１１を用いて、Ｉｎを含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）における測定部６０を用いた制御の例である。
【０１１１】
第２半導体層の成長速度の測定値と規格値とを比較し（ステップＳ２１１）、第２半導体層の成長速度の測定値と規格との差が５％以内になるように、III族原料ガスの流量を制御する（ステップＳ２１２）。例えば、III族原料ガスの流量の設定は、「現在の設定流量」×「成長速度の規格値」／「成長速度の測定値」とされる。
【０１１２】
そして、第２半導体層における組成比（この場合はＩｎの組成比）の測定値と規格値（設定値）とを比較する（ステップＳ２２１）。そして、さらに、第２半導体層における組成比の測定値が規格値よりも高いかどうかが判定され（ステップＳ２２２）、組成比の測定値が規格値よりも低い場合には、III族原料ガス及びＶ族原料ガスの混合におけるＶ族原料ガスの混合比を増大させる（ステップＳ２２４）。そして、組成比の測定値が規格値よりも高い場合には、III族原料ガス及びＶ族原料ガスの混合におけるＶ族原料ガスの混合比を減少させる（ステップＳ２２３）。なお、組成比の測定値が規格値に実質的に一致している場合には、混合比を変えない。
【０１１３】
例えば、第２半導体層の成長中に、Ｉｎ組成比を測定し（ステップＳ１２１）、測定値と規格値とを比較し、測定値が規格値よりも５％以上低い場合には、第１ガス導入部に導入されるＮＨ３ガス（Ｖ族原料ガス）の流量を現在の設定値よりも例えば５％増大させ、Ｖ族原料ガスの混合比を増大させる。そして、Ｉｎ組成比の測定値が規格値よりも５％以上高い場合には、第１ガス導入部に導入されるＮＨ３ガスの流量を現在の設定値よりも例えば５％減少させ、Ｖ族原料ガスの混合比を増大させる。そして、ステップＳ２２１〜ステップＳ２２４が繰り返し実施される。
【０１１４】
なお、本具体例では、測定した基板９０の温度に基づいて、ＰＩＤ制御によりヒータ９２を制御することで、基板９０の温度を制御して（ステップＳ２０１）、第２半導体層の成長が行われる。
【０１１５】
これにより、成長させる半導体層の再現性の低下を抑制し、長期的に優れた再現性で半導体発光素子を製造することができる。
【０１１６】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。 図９に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２１２は、第１ガス供給部１０の第１ガス導入部１１には、第１配管１２と混合用配管４２とが接続されている。そして、外部混合部４５が設けられていない。これ以外の第２ガス供給部２０、第３ガス供給部３０及び反応室５０、並びにその他の構成は、第２の実施形態に係る気相成長装置２１１と同様なので説明を省略する。
【０１１７】
第１配管１２には、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入され、さらに、第１配管１２には、第１バルブ１３ｖと第１マスフローコントローラ１３ｍとを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）が導入される。
【０１１８】
混合用配管４２には、混合用ガスバルブ４３ｖと混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍとを介して、混合用第２原料ガス配管４３が接続されている。混合用第２原料ガス配管４３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）が導入される。
【０１１９】
第１ガス導入部１１に第１原料ガスと第２原料ガスの両方を導入すれば、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅよりも上流側（基板９０に向かう方向とは逆の方向）において、これらのガスが混合される。これにより、第２半導体層を成長させるステップＳ１２０を実施できる。すなわち、第１ガス導入部１１が、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合させる内部混合部１１ｉとなる。
【０１２０】
そして、第１ガス導入部１１に第１原料ガスのみを導入すれば、第２ガス導入部２１から導入される第２原料ガスと分離した状態で第１原料ガスを導入でき、これにより、第１半導体層を成長させるステップＳ１１０が実施できる。
【０１２１】
このように、第１ガス供給部１０は、反応室５０に連通し、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）を反応室５０内に供給する第１供給管（第１配管１２）と、反応室５０に連通し、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）を反応室５０内に供給する第２供給管（混合用配管４２）と、を有する。混合部（内部混合部１１ｉ）は、反応室５０の内部であって、第１供給管と第２供給管とが接続される部分である。そして、基板９０の側の端部（例えば第１端部１１ａｅ）よりも第１供給管及び第２供給管の側である内部混合部１１ｉにおいて、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。そして、混合されたIII族原料ガスとＶ族原料ガスとが、同じ出口（第１ガス導入部１１）から基板９０に向けて供給される。
【０１２２】
このような構成の気相成長装置２１２も、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口から、反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる動作と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口から、基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる動作と、が実施できる。
【０１２３】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る気相成長方法を例示する模式図である。
すなわち、図１０（ａ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）に相当し、図１０（ｂ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）に相当する。
【０１２４】
図１０（ａ）に表したように、第１半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１を基板９０に向けて供給する。第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。
【０１２５】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２を基板９０に向けて供給する。第２原料ガスには、Ｖ族原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
【０１２６】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３を基板９０に向けて供給する。第３原料ガスには例えばＮ２が用いられる。第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１２７】
この場合も、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで互いに分離され、それぞれ第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１を出た後も、分離された状態をほぼ維持して、層流ｇｌとして基板９０に到達する。これにより、基板９０の上面以外の不要な部分には、反応生成物が付着し難く、成長させる第１半導体層において、Ａｌ組成の制御範囲が広く、任意のＡｌ組成の半導体層を得易い。そして、基板９０へは原料ガスが層流ｇｌとなって到達するため、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の面内均一性は高い。そして、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の再現性も良好である。
【０１２８】
そして、図１０（ｂ）に表したように、第２半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第２原料ガスｇ２として、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスが供給される。
【０１２９】
そして、第２ガス導入部２１から、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とを混合して基板９０に向けて供給する。このときの第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＴＭＧが用いられる。また、第２原料ガスｇ２には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３が用いられる。すなわち、第２ガス導入部２１から、III族原料ガスのＴＭＩと、Ｖ族原料ガスのＮＨ３と、の混合ガスｇｍが基板９０に向けて供給される。
【０１３０】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３（例えばＮ２）が用いられる。この場合も第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１３１】
このように、第１ガス導入部１１からＮＨ３を供給しつつ、第２ガス導入部２１からＴＭＩ及びＴＭＧとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給できるため、ＮＨ３の全体に対する割合を高めることが容易になる。すなわち、第１ガス導入部１１から供給するＮＨ３の流量を、他のガス導入部と同じ程度に押さえ、乱流が発生しない流量とし、第２ガス導入部２１からＴＭＩ及びＴＭＧとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。これにより、Ａｌ組成比が低い第２半導体層をＮＨ３ガスの流量比率を高めて成長させ、第２半導体層における組成及び膜厚の面内均一性を高くし、第２半導体層における組成及び膜厚の再現性を高くすることができる。
【０１３２】
このように、本実施形態に係る気相成長方法も、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（第２ガス導入部２１）から前記基板に向けて供給して、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）と、を備える。そして、この場合においても、ステップＳ１２０は、上記の同じ出口とは異なる出口（第１ガス導入部１１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（この場合は、Ｖ族原料ガス）を基板９０に向けてさらに供給する。
本実施形態に係る気相成長方法によれば、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【０１３３】
このような気相成長方法は、例えば以下の気相成長装置を用いることで実施できる。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１１に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２２０においても、ガス導入部５１は、仕切り板により３つに分割され、ガス導入部５１として、第２ガス導入部２１、第１ガス導入部１１、及び、第３ガス導入部３１、が設けられている。
【０１３４】
第１ガス供給部１０と第２ガス供給部２０とは、互いに仕切り板（第１仕切り板１１ａ）で区分されている。また、第１ガス供給部１０と第３ガス供給部３０とは、互いに仕切り板（第２仕切り板１１ｂ）で区分されている。
【０１３５】
第２ガス導入部２１には、第２配管２２が接続されている。第２配管２２には、例えば、図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第２ガス導入部２１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【０１３６】
さらに、第２配管２２には、第２バルブ２３ｖと第２マスフローコントローラ２３ｍとを介して、第２原料ガス配管２３が接続されている。第２原料ガス配管２３の第２マスフローコントローラ２３ｍとは反対の側には、例えば、ＮＨ３ガスのボンベが接続される。すなわち、第２原料ガス配管２３には、第２原料ガスであるＶ族原料ガスのＮＨ３ガスが供給される。これにより、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス（この例ではＶ族原料ガス）であるＮＨ３ガスが、流量が制御されて供給される。
【０１３７】
そして、第２配管２２の反応室５０に接続される側とは反対の側には、第２分配バルブ１５ｖ及び第１バルブ１３ｖを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。
そして、第２配管２２の第２バルブ２３ｖと反応室５０との間に外部混合部４５ａ（混合部）が設けられている。
【０１３８】
これにより、１つの動作状態では、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス配管２３を経由して、第２原料ガスｇ２（例えばＮＨ３ガス）が導入されることができる。そして、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
【０１３９】
さらに、別の動作状態の時には、混合部４５ａに、第１原料ガス配管１３から第１原料ガスｇ１が導入され、それと同時に、混合部４５ａに、第２原料ガス配管２３から第２原料ガスｇ２が導入され、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が、第２ガス導入部２１に導入される。そして、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が供給される。
【０１４０】
一方、第１ガス導入部１１には、第１配管１２が接続されている。第１配管１２には、例えば図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第１ガス導入部１１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【０１４１】
さらに、第１配管１２には、第１分配バルブ１４ｖと第１バルブ１３ｖと第１マスフローコントローラ１３ｍとを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３の第１マスフローコントローラ１３ｍとは反対の側には、例えば、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスを導入する配管が接続されている。すなわち、第１原料ガス配管１３には、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスが供給される。
【０１４２】
さらに、第１配管１２には、切り替え用ガスバルブ４４ｖと切り替え用ガスマスフローコントローラ４４ｍとを介して、切り替え用第２原料ガス配管４４が接続されている。なお、本具体例では、切り替え用第２原料ガス配管４４が第１配管１２に接続される位置は、第１原料ガス配管１３が第１配管１２に接続される位置よりも上流側である。
【０１４３】
これにより、１つの動作状態では、切り替え用第２原料ガス配管４４から第２原料ガスｇ２を供給せず、第１ガス導入部１１には、第１原料ガス配管１３を経由して、第１原料ガスｇ１（例えばIII族原料ガス）が導入されることができる。そして、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第１原料ガスｇ１が供給される。
【０１４４】
さらに、別の動作状態の時には、第１原料ガス配管１３からの第１原料ガスｇ１の供給を止め、第１ガス導入部１１には、切り替え用第２原料ガス配管４４を経由して、第２原料ガスｇ２（例えばＮＨ３ガス）が導入されることができる。そして、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２（例えばＮＨ３ガス）が供給される。
【０１４５】
すなわち、気相成長装置２２０においては、第１ガス供給部１０及び第２ガス供給部２０の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第２ガス供給部２０）、は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合させ、混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを上記の少なくともいずれかのガス供給部（第２ガス供給部２０）の反応室５０の側に向けて供給する混合部（本具体例では外部混合部４５）を有し、上記の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第２ガス供給部２０）は、混合部で混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを反応室５０内に配置された基板９０に向けてさらに供給可能である。
【０１４６】
そして、本具体例では、混合部（外部混合部４５ａ）は、第２ガス供給部２０に設けられ、第２ガス供給部２０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（この場合はＶ族原料ガス）が導入される第２配管２２をさらに有する。混合部（外部混合部４５ａ）は、第２配管２２と反応室５０との間に設けられる。そして、混合部（外部混合部４５ａ）の第２配管２２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（この場合はIII族原料ガス）が導入される配管（第１原料ガス配管１３）が接続される。
【０１４７】
このような気相成長装置２２０においては、ステップＳ１１０として、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第１原料ガスｇ１が供給される。
【０１４８】
そして、ステップＳ１２０として、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が供給され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
このように、気相成長装置２２０によれば、図１０に例示した気相成長方法が実現できる。
【０１４９】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る別の気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１２に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２２１においては、図１１に例示した気相成長装置２２０における第１ガス供給部１０の第２ガス導入部２１には、第２配管２２及び混合用配管２２ａが接続されており、そして、外部混合部４５ａが設けられていない。これ以外の第１ガス供給部１０、第３ガス供給部３０及び反応室５０、並びにその他の構成は、気相成長装置２２０と同様なので説明を省略する。
【０１５０】
第２配管２２には、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入され、さらに、第２配管２２には、第２バルブ２３ｖと第２マスフローコントローラ２３ｍとを介して、第２原料ガス配管２３が接続されている。第２原料ガス配管２３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）が導入される。
【０１５１】
混合用配管２２ａには、第２分配用バルブ１５ｖ、第１バルブ１３ｖ及び第１ガスマスフローコントローラ１３ｍを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）が導入される。
【０１５２】
このような構成の気相成長装置２２１において、ステップＳ１１０では以下を行う。 第１ガス供給部１０においては、切り替え用第２原料ガス配管４４からの第２原料ガスｇ２の供給が止められ、第１ガス導入部１１には、第１原料ガス配管１３を経由して第１原料ガスｇ１（例えばIII族原料ガス）が導入され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第１原料ガスｇ１が供給される。
そして、第２ガス供給部２０においては、第２分配用バルブ１５ｖが閉状態にされ、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス配管２３を経由して第２原料ガスｇ２（例えばＶ族原料ガス）が導入され、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
これにより、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口から基板９０に向けて供給して、第１半導体層を成長させる。
【０１５３】
そして、ステップＳ１２０では以下を行う。
第１ガス供給部１０においては、第１分配用バルブ１４ｖが閉状態にされ、切り替え用第２原料ガス配管４４から第１ガス導入部１１に、第２原料ガスｇ２（例えばＶ族原料ガス）が導入され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
そして、第２ガス供給部２０においては、第２分配用バルブ１５ｖが開状態にされ、第２ガス導入部２１には、第１原料ガス配管１３を経由して第１原料ガスｇ１（例えばIII族原料ガス）が導入されると同時に、第２原料ガス配管２３を経由して第２原料ガスｇ２（例えばＶ族原料ガス）が導入される。そして、第２ガス導入部２１の第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅよりも上流側（基板９０に向かう方向とは逆の方向）において、これらのガスが混合される。これにより、第２ガス導入部２１から、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が、基板９０向けて供給される。すなわち、第２ガス導入部２１が、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合させる内部混合部２１ｉとなる。
【０１５４】
気相成長装置２２１においては、第２ガス供給部２０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）を反応室５０内に供給する第３供給管（混合用配管２２ａ）と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）を反応室５０内に供給する第４供給管（第２配管２２）と、を有する。混合部（内部混合部２１ｉ）は、反応室５０の内部であって第３供給管と第４供給管とが接続される部分であり、混合部（内部混合部２１ｉ）の基板９０の側の端部よりも第３供給管及び第４供給管の側において、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。そして、混合されたIII族原料ガスとＶ族原料ガスとが、同じ出口（第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給される。
【０１５５】
このような構成を有する気相成長装置２２１によっても、図１０に例示した気相成長方法が実現できる。
【０１５６】
（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る気相成長方法を例示する模式図である。
すなわち、図１３（ａ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）に相当し、図１３（ｂ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）に相当する。
【０１５７】
図１３（ａ）に表したように、第１半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１を基板９０に向けて供給する。第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びＴＭＧが用いられる。
【０１５８】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２を基板９０に向けて供給する。第２原料ガスには、Ｖ族原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
【０１５９】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３を基板９０に向けて供給する。第３原料ガスには例えばＮ２が用いられる。第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１６０】
この場合も、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで互いに分離され、それぞれ第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１を出た後も、分離された状態をほぼ維持して、層流ｇｌとして基板９０に到達する。これにより、基板９０の上面以外の不要な部分には、反応生成物が付着し難く、成長させる第１半導体層において、Ａｌ組成の制御範囲が広く、任意のＡｌ組成の半導体層を得易い。そして、基板９０へは原料ガスが層流ｇｌとなって到達するため、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の面内均一性は高い。そして、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の再現性も良好である。
【０１６１】
そして、図１３（ｂ）に表したように、第２半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の両方から、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とを混合して基板９０に向けて供給する。このときの第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＴＭＧが用いられる。また、第２原料ガスｇ２には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３が用いられる。すなわち、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１から、III族原料ガスのＴＭＩと、Ｖ族原料ガスのＮＨ３と、の混合ガスｇｍが基板９０に向けて供給される。
【０１６２】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３（例えばＮ２）が用いられる。この場合も第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１６３】
このように、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の両方からＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給できるため、ＮＨ３の全体に対する割合を高めることが容易になる。すなわち、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入２１の両方において、乱流が発生しない流量で、ＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。これにより、Ａｌ組成比が低い第２半導体層をＮＨ３ガスの流量比率を高めて成長させ、第２半導体層における組成及び膜厚の面内均一性を高くし、第２半導体層における組成及び膜厚の再現性を高くすることができる。
【０１６４】
このように、本実施形態に係る気相成長方法も、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から前記基板に向けて供給して、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）と、を備える。そして、本実施形態においては、ステップＳ１２０は、上記の同じ出口とは異なる出口（第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して基板９０に向けてさらに供給する。
本実施形態に係る気相成長方法によっても、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【０１６５】
このような気相成長方法は、例えば以下の気相成長装置を用いることで実施できる。
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２３０においては、図３に関して説明した外部混合部４５、及び、図１１に関して説明した外部混合部４５ａの両方が設けられている。
【０１６６】
すなわち、混合部（外部混合部４５及び外部混合部４５ａ）は、第１ガス供給部１０及び第２ガス供給部２０の両方に設けられる。
そして、第１ガス供給部１０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方が導入される第１配管１２をさらに有し、混合部（外部混合部４５）は、第１配管１２と反応室５０との間に設けられ、混合部（外部混合部４５）の第１配管１２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方が導入される配管（混合用第２原料ガス配管４３）が接続される。
【０１６７】
さらに、第２ガス供給部２０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方が導入される第２配管２２をさらに有し、混合部（外部混合部４５ａ）は、第２配管２２と反応室５０との間に設けられ、混合部（外部混合部４５ａ）の第２配管２２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方が導入される配管（第１原料ガス配管１３）が接続される。
【０１６８】
これにより、図１３に関して説明したステップＳ１１０及びステップＳ１２０を実施することができる。
【０１６９】
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る別の気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２３１においては、第１ガス供給部１０には、図９に関して説明した第１配管１２（第１供給管）及び混合用配管４２（第２供給管）が設けられ、さらに、第２ガス供給部２０に、図１２に関して説明した混合用配管２２ａ（第３供給管）及び第２配管２２（第４供給管）が設けられている。
【０１７０】
第１ガス供給部１０は、第１配管１２（第１供給管）と、混合用配管４２（第２供給管）と、を有し、混合部（内部混合部１１ｉ）は、反応室５０の内部であって第１供給管と第２供給管とが接続される部分であり、混合部（内部混合部１１ｉ）の基板９０の側の端部よりも第１供給管及び第２供給管の側において、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。
【０１７１】
そして、第２ガス供給部２０は、混合用配管２２ａ（第３供給管）と、第２配管２２（第４供給管）と、を有し、混合部（内部混合部２１ｉ）は、反応室５０の内部であって第３供給管と第４供給管とが接続される部分であり、混合部（内部混合部２１ｉ）の基板９０の側の端部よりも第３供給管及び第４供給管の側において、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。
【０１７２】
これにより、図１３に関して説明したステップＳ１１０及びステップＳ１２０を実施することができる。
【０１７３】
なお、上記の気相成長装置２２０、２２１、２３０及び２３１においても、測定部６０と制御部７０とをさらに設けても良い。
【０１７４】
ところで、本発明の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置において、上記の気相成長装置２１０〜２１２、２２０、２２１、２３０及び２３１のように横型の反応室５０を用いる場合、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを異なる出口から供給する際には、基板９０に近い側（下側）の出口からＶ族原料ガスを供給し、その出口よりも基板９０から遠い側（上側）の出口からIII族原料ガスを供給することが望ましい。これにより、III族原料ガスとＶ原料ガスとが適度に分離された状態で基板９０の近傍に層状で供給され、より均一な成膜ができる。
【０１７５】
（第６の実施の形態）
上記においては、横型反応室が用いられる例であるが、本実施形態においては、縦型反応室が用いられる。
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１６に表したように、本実施形態に係る気相成長装置３１０は、縦型反応室である反応室５０を備える。そして、第１ガス供給部１０の第１ガス導入部１１、第２ガス供給部２０の第２ガス導入部２１、及び、第３ガス供給部３０の第３ガス導入部３１は、反応室５０の壁部から、反応室５０内部に設けられているサセプタ９１の上方に延在している。そして、第１ガス供給部１０、第２ガス供給部２０及び第３ガス供給部３０の反応室５０の外側の部分は、気相成長装置２１０の構成と同じである。
【０１７６】
なお、本具体例では、サセプタ９１に複数の基板９０が載置されている。ただし、本実施形態はこれに限らず、サセプタ９１には１つの基板９０が載置されるように、設計されても良い。
【０１７７】
図１６に表したように、サセプタ９１の上方において、下から上に順番に、第２ガス導入部２１、第１ガス導入部１１及び第３ガス導入部３１が、この順で配置されている。
【０１７８】
第２ガス導入部２１は、サセプタ９１の上方において水平方向（サセプタ９１の主面に平行な方向）に延在する第２水平延在部４２１と、第２水平延在部４２１から下方向に延在する第２垂直延在部４２１ａと、を有する。第２垂直延在部４２１ａは複数設けられている。これにより、第２配管２２を経て反応室５０内に導入されたガスは、第２水平延在部４２１と第２垂直延在部４２１ａとを経て、サセプタ９１の上に載置された基板９０の上に導入される。
【０１７９】
第１ガス導入部１１は、サセプタ９１の上方において水平方向に延在する第１水平延在部４１１と、第１水平延在部４１１から下方向に延在する第１垂直延在部４１１ａと、を有する。第１垂直延在部４１１ａは複数設けられている。これにより、第１配管１２を経て反応室５０内に導入されたガスは、第１水平延在部４１１と第１垂直延在部４１１ａとを経て、サセプタ９１の上に載置された基板９０の上に導入される。
【０１８０】
このとき、第１水平延在部４１１は、第２水平延在部４２１と隔壁によって分離されている。また、第１垂直延在部４１１ａは、第２水平延在部４２１を貫通して下方向に延在するが、第１垂直延在部４１１ａは、第２水平延在部４２１とは隔壁によって分離されている。そして、第１垂直延在部４１１ａの水平方向における位置は、第２垂直延在部４２１ａの水平方向における位置とは異なっている。この構成により、第１水平延在部４１１及び第１垂直延在部４１１ａを経て導入されたガスと、第２水平延在部４２１及び第２垂直延在部４２１ａを経て導入されたガスと、は互いに別の経路を経て、互いに混合されずに、基板９０の上方に供給される。
【０１８１】
また、第３ガス導入部３１は、サセプタ９１の上方において水平方向に延在する第３水平延在部４３１と、第３水平延在部４３１から下方向に延在する第３垂直延在部４３１ａと、を有する。第３垂直延在部４３１ａは複数設けられている。これにより、第３配管３２を経て反応室５０内に導入されたガスは、第３水平延在部４３１と第３垂直延在部４３１ａとを経て、サセプタ９１の上に載置された基板９０の上に導入される。
【０１８２】
第３水平延在部４３１は、第１水平延在部４１１と隔壁によって分離されている。また、第３垂直延在部４３１ａは、第１水平延在部４１１及び第２水平延在部４２１を貫通して下方向に延在するが、第３垂直延在部４３１ａは、第１水平延在部４１１及び第２水平延在部４２１とは隔壁によって分離されている。そして、第３垂直延在部４３１ａの水平方向における位置は、第１垂直延在部４１１ａ及び第２垂直延在部４２１ａの水平方向における位置とは異なっている。この構成により、第１水平延在部４１１及び第１垂直延在部４１１ａを経て導入されたガスと、第２水平延在部４２１及び第２垂直延在部４２１ａを経て導入されたガスと、第３水平延在部４３１及び第３垂直延在部４３１ａを経て導入されたガスと、は、互いに別の経路を経て、互いに混合されずに、基板９０の上方に供給される。
【０１８３】
このように、本具体例においても、第１ガス供給部１０、第２ガス供給部２０及び第３ガス供給部３０は、互いに分離されている。
【０１８４】
そして、既に説明した第１原料ガスｇ１、第２原料ガスｇ２及び第３原料ガスｇ３を、第１ガス供給部１０、第２ガス供給部２０及び第３ガス供給部３０から基板９０に向けて供給することで、第１半導体層の成長（ステップＳ１１０）及び第２半導体層の成長（ステップＳ１２０）が実施される。この場合にも、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（例えば、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して第１半導体層が成長される。そして、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から基板９０に向けて供給して、第２半導体層が成長される。
【０１８５】
なお、第２半導体層を成長させる工程においては、上記の同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）とは異なる出口（例えば第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方を基板に向けてさらに供給することができる。
【０１８６】
また、図１３に関して説明したように、第２半導体層を成長させる工程においては、上記の同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）とは異なる出口（第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して基板９０に向けてさらに供給することができる。
【０１８７】
すなわち、本実施形態に係る気相成長装置３１０において、反応室５０の外側の部分は、既に説明した気相成長装置２１２、２２０、２２１、２３０及び２３１における反応室５０の外側の部分の構成を適用できる。これにより、図４、図１０及び図１３に関して説明した動作のいずれかを実施できる。
【０１８８】
また、気相成長装置３１０、並びに、気相成長装置３１０において気相成長装置２１２、２２０、２２１、２３０及び２３１における反応室５０の外側の部分の構成を適用した気相成長装置において、測定部６０と制御部７０とをさらに設けることができる。
【０１８９】
上記においては、第１原料ガスがIII族原料ガスであり、第２原料ガスがＶ族原料ガスである場合が説明されたが、第１原料ガスがＶ族原料ガスであり、第２原料ガスがIII族原料ガスであっても良い。すなわち、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが互いに異なる出口から基板９０に向けて供給され、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させ、また、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが混合されて同じ出口から基板９０に向けて供給され、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させることができれば良い。
【０１９０】
なお、本明細書において「窒化物系半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物系半導体」に含まれるものとする。
【０１９１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、気相成長装置を構成する各要素の具体的な構成の、形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１９２】
その他、本発明の実施の形態として上述した気相成長方法及び気相成長装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての気相成長方法及び気相成長装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１９３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１９４】
１０…第１ガス供給部、 １１…第１ガス導入部、 １１ａ…第１仕切り板、 １１ａｅ…端部、 １１ａｈ…貫通孔、 １１ｂ…第２仕切り板、 １１ｂｅ…端部、 １１ｉ…内部混合部、 １２…第１配管（第１供給管）、 １３…第１原料ガス配管、 １３ｍ…第１マスフローコントローラ、 １３ｖ…第１バルブ、 １４ｖ…第１分配用バルブ、 １５ｖ…第２分配用バルブ、 ２０…第２ガス供給部、 ２１…第２ガス導入部、 ２１ｉ…内部混合部、 ２１ｎ…第２ガス導入壁、 ２２…第２配管（第４供給管）、 ２２ａ…混合用配管（第３供給管）、 ２３…第２原料ガス配管、 ２３ｍ…第２マスフローコントローラ、 ２３ｖ…第２バルブ、 ３０…第３ガス供給部、 ３１…第３ガス導入部、 ３１ｎ…第３ガス導入壁、 ３２…第３配管、 ３３…第３原料ガス配管、 ３３ｍ…第２マスフローコントローラ、 ３３ｖ…第３バルブ、 ４０…混合ガス供給部、 ４１…混合ガス導入部、 ４１ｃ…第１混合部仕切り板、 ４１ｄ…第２混合部仕切り板、 ４２…混合用配管（第２供給管）、 ４３…混合用第２原料ガス配管、 ４３ｍ…混合用ガスマスフローコントローラ、 ４３ｖ…混合用ガスバルブ、 ４４…切り替え用第２原料ガス配管、 ４４ｍ…切り替え用ガスマスフローコントローラ、 ４４ｖ…切り替え用ガスバルブ、 ４５、４５ａ…外部混合部、 ５０…反応室、 ５１…ガス導入部、 ６０…測定部、 ６１…光学モニタ光路、 ６２…測定データ信号線、 ７０…制御部、 ７１…混合制御信号線、 ７２…第１制御信号線、 ７３…ヒータ制御信号線、 ８０…ガス供給部、 ９０…基板、 ９１…サセプタ、 ９２…ヒータ、 ９３…ヒータ制御部、 １０１…バッファ層、 １０２…ｎ型コンタクト層、 １０３…発光層、 １０４…ｐ型電子ブロック層、 １０５…ｐ型コンタクト層、 １０６…ｐ側透明電極、 １０７…ｐ側電極、 １０８…ｎ側電極、 １１０…半導体発光素子、 ２１０〜２１２、２１８、２１９、２２０、２２１、２３０、２３１、３１０ 気相成長装置、 ４１１…第１水平延在部、 ４１１ａ…第１垂直延在部、 ４２１…第２水平延在部、 ４２１ａ…第２垂直延在部、 ４３１…第３水平延在部、 ４３１ａ…第３垂直延在部、 ｂｐ…反応生成物、 ｇ１…第１原料ガス、 ｇ２…第２原料ガス、 ｇ３…第３原料ガス、 ｇｌ…層流、 ｇｍ…混合ガス、 ｇｔ…乱流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子には、III族元素の一部をＡｌ及びＩｎなどで置換したＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物系半導体が用いられる。
【０００３】
有機金属化学気相堆積法を用いてＡｌＧａＮを成長させる際に、III族原料ガスとＶ族原料ガスが装置内で過度に混合されると、基板上での成長に寄与しない反応生成物が生成し、Ａｌ組成に限界が生じ、また、組成及び膜厚の面内均一性及び再現性が低くなる。このため、III族とＶ族の原料ガスを基板近傍まで分離して導入する構成が採用される。例えば、特許文献１には、III族源と窒素源とを含む原料ガスを基板面にほぼ平行に且つ層状に導入する技術が開示されている。さらに、特許文献２には、気相反応をより均一な条件にするために、気相成長装置の仕切り板の終端部に原料ガスを混合するための貫通口を設ける技術が開示されている。
【０００４】
一方、例えば、ＩｎＧａＮの成長の際には、Ｖ族原料ガスの流量比率が高いことが望ましいが、III族とＶ族の原料ガスを基板近傍まで分離して導入する構成で流量比率を高めると、乱流が発生し、面内均一性及び再現性が低下する。従来技術では、異なる組成の半導体層のそれぞれを適正な条件で成長させることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５４４５６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１７７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる気相成長装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置が提供される。前記気相成長装置は、前記基板が配置される反応室と、前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給する第１ガス供給部と、前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか他方を前記基板に向けて供給する第２ガス供給部と、を備える。前記第１ガス供給部及び前記第２ガス供給部の少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを混合させ、前記混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記少なくともいずれかのガス供給部の前記反応室の側に向けて供給する混合部を有する。前記少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給して第１半導体層を成長させる第１動作と、前記混合部で混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記基板に向けて供給してIII族組成比が前記第１半導体層におけるIII族組成比とは異なる第２半導体層を成長させる第２動作と、を切り替えて実施可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる気相成長装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】気相成長方法を示すフローチャート図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】気相成長装置を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は気相成長方法を示す模式図である。
【図５】比較例の気相成長方法を示す模式図である。
【図６】気相成長装置を示す模式図である。
【図７】気相成長方法を示すフローチャート図である。
【図８】気相成長方法を示すフローチャート図である。
【図９】気相成長装置を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は気相成長方法を示す模式図である。
【図１１】気相成長装置を示す模式図である。
【図１２】気相成長装置を示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は気相成長方法を示す模式図である。
【図１４】気相成長装置を示す模式図である。
【図１５】気相成長装置を示す模式図である。
【図１６】気相成長装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る気相成長方法を例示するフローチャート図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置を用いて製造される半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
【００１２】
まず、図２により、本発明の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置を用いて製造される半導体発光素子の例について説明する。半導体発光素子は、例えば、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色ＬＥＤ、青色半導体レーザ（ＬＤ）、青紫色半導体ＬＤなどである。以下では、半導体発光素子が、青色ＬＥＤである場合として説明する。
【００１３】
図２に表したように、半導体発光素子１１０は、基板９０の上に順次積層されたバッファ層１０１、ｎ型コンタクト層１０２、発光層１０３、ｐ型電子ブロック層１０４及びｐ型コンタクト層１０５を含む積層構造体を有する。バッファ層１０１には、例えば、多結晶ＧａＮが用いられ、ｎ型コンタクト層１０２には、例えば、ＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。発光層１０３は、例えば、障壁層と井戸層とが交互に複数積層された量子井戸構造を有する。障壁層には例えばＧａＮが用いられ、井戸層には、例えば、ＩｎＧａＮが用いられる。ｐ型電子ブロック層１０４には、例えば、Ｍｇがドープされ、Ａｌ組成が１５％のＡｌＧａＮを用いることができる。ｐ型コンタクト層１０５には、ＭｇがドープされたＧａＮを用いることができる。
【００１４】
なお、半導体発光素子１１０の積層構造体においては、ｎ型コンタクト層１０２の一部、並びに、発光層１０３、ｐ型電子ブロック層１０４及びｐ型コンタクト層１０５の一部が除去されて、ｎ型コンタクト層１０２の一部が露出されており、ｎ型コンタクト層１０２に接続されたｎ側電極１０８と、ｐ型コンタクト層１０５に接続されたｐ側透明電極１０６と、ｐ側透明電極に接続されたｐ側電極１０７と、がさらに設けられている。
【００１５】
このように、窒化物系半導体を用いた半導体発光素子に含まれる積層構造体は、一般に、ＧａＮ、並びに、III族元素の一部をＡｌ及びＩｎなどで置換した混晶であるＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮの半導体層を含む。このような半導体発光素子の積層構造体を形成する際には、例えば有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）が用いられ、それぞれの半導体層の組成に従って、原料ガスの種類と流量とが制御される。
【００１６】
上記の半導体発光素子１１０においては、ｐ型電子ブロック層１０４（上記の例では、Ｍｇがドープされ、Ａｌ組成が１５％のＡｌＧａＮ）は、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層である。また、井戸層（上記の例では、ＩｎＧａＮ）は、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層である。
【００１７】
このように、半導体発光素子１１０は、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層と、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層と、を含む。
【００１８】
本実施形態に係る気相成長装置は、このように、Ａｌ組成が異なる第１及び第２半導体層を基板９０の上に成長させる際に用いることができる。この気相成長装置は、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて、基板９０上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置である。
【００１９】
図３に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２１０は、基板９０が配置される反応室５０（例えばフローチャネル）と、第１ガス供給部１０と、第２ガス供給部２０と、を備える。また、第３ガス供給部３０をさらに含むことができる。
【００２０】
第１ガス供給部１０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第１動作と、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合して反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第２動作と、を切り替えて行う。
【００２１】
ここで、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方のガスを第１原料ガスとする。III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方のガスを第２原料ガスとする。以下では、第１原料ガスがIII族原料ガスであり、第２原料ガスがＶ族原料ガスである場合として説明する。
【００２２】
第２ガス供給部２０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（第２原料ガスであり、Ｖ族原料ガス）を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する。
【００２３】
このように、第１ガス供給部１０は、第１原料ガスを基板９０に向けて供給する動作モードと、混合された第１原料ガスと第２原料ガスとを反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する動作モードと、で動作可能である。一方、第２ガス供給部２０は、第２原料ガスを供給する。
また、第３ガス供給部３０は、反応室５０に連通し、ガスの流れを整えるサブフローのためのガスを基板９０に向けて供給することができる。
【００２４】
気相成長装置２１０の具体的構成についてさらに説明する。
気相成長装置２１０は、横型反応室を有する例である。反応室５０は、例えば、方形断面を有する筒状のフローチャネルである。反応室５０の筒の軸が例えば水平に配置される。反応室５０においては、原料ガスの流路が形成される。反応室５０の底面の側に、サセプタ９１が設けられ、サセプタ９１の上面に気相成長が行われる基板９０が載置される。サセプタ９１が自転回転することにより、基板９０も自転回転することができる。
【００２５】
サセプタ９１の下側には、ヒータ９２が設けられ、ヒータ９２により、サセプタ９１を介して基板９０は加熱される。なお、ヒータ９２は、ヒータ制御部９３により制御される。
【００２６】
反応室５０の一端のガス導入部５１から後述する原料ガスが導入され、基板９０に向けて、例えば基板９０の表面に対して平行な方向に原料ガスが流れ、反応室５０のガス導入部５１とは反対の側に設けられるガス排出部（図示しない）から、反応後の原料ガスが排出される。
【００２７】
本具体例では、ガス導入部５１は、仕切り板により３つに分割されている。すなわち、サセプタ９１の側である下側から、順に、第２ガス導入部２１、第１ガス導入部１１、及び、第３ガス導入部３１、が設けられている。第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との間には、第１仕切り板１１ａが設けられ、第１ガス導入部１１と第３ガス導入部３１との間には、第２仕切り板１１ｂが設けられている。
【００２８】
第１ガス導入部１１は、第１仕切り板１１ａと第２仕切り板１１ｂとの間の空間を囲う。第１ガス導入部１１からガスが基板９０に向けて供給される。第２ガス導入部２１は、第１仕切り板１１ａと第２ガス導入部壁２１ｎとの間の空間を囲う。第２ガス導入部２１からガスが基板９０に向けて供給される。第３ガス導入部３１は、第２仕切り板１１ｂと第３ガス導入部壁３１ｎとの間の空間を囲う。第３ガス導入部３１からガスが基板９０に向けて供給される。すなわち、第１ガス供給部１０と第２ガス供給部２０とは、互いに仕切り板（第１仕切り板１１ａ）で区分されている。また、第１ガス供給部１０と第３ガス供給部３０とは、互いに仕切り板（第２仕切り板１１ｂ）で区分されている。
【００２９】
第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅは、サセプタ９１に近接しており、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の端部は、基板９０に近接する。これにより、第１ガス導入部１１から供給されるガスと、第２ガス導入部２１から供給されるガスと、は、互いに過度に混合されることなく、これらのガスが層状になり適度に分離された状態で、基板９０に向けて導入される。
【００３０】
第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅは、サセプタ９１に近接しており、第１ガス導入部１１及び第３ガス導入部３１の端部は、基板９０に近接する。これにより、第１ガス導入部１１から供給されるガスと、第３ガス導入部３１から供給されるガスと、は、互いに過度に混合されることなく、これらのガスが層状になり適度に分離された状態で、基板９０に向けて導入される。
【００３１】
なお、図３に示した具体例では、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅのガス導入方向に沿った位置と、第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅのガス導入方向に沿った位置と、は、同じとされているが、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅの位置と、第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅの位置と、の関係は任意である。例えば、第２仕切り板１１ｂの端部１１ｂｅのガス導入方向に沿った位置は、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅのガス導入方向に沿った位置よりも基板９０に近接していても良い。
【００３２】
第２ガス導入部２１には、第２配管２２が接続されている。第２配管２２には、例えば、図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第２ガス導入部２１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【００３３】
さらに、第２配管２２には、第２バルブ２３ｖと第２マスフローコントローラ２３ｍとを介して、第２原料ガス配管２３が接続されている。第２原料ガス配管２３の第２マスフローコントローラ２３ｍとは反対の側には、例えば、ＮＨ３ガスのボンベが接続される。すなわち、第２原料ガス配管２３には、第２原料ガスであるＶ族原料ガスのＮＨ３ガスが供給される。これにより、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス（この例ではＶ族原料ガス）であるＮＨ３ガスが、流量が制御されて供給される。
【００３４】
一方、第１ガス導入部１１には、第１配管１２が接続されている。第１配管１２には、例えば図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第１ガス導入部１１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【００３５】
さらに、第１配管１２には、第１バルブ１３ｖと第１マスフローコントローラ１３ｍとを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３の第１マスフローコントローラ１３ｍとは反対の側には、例えば、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスを導入する配管が接続されている。すなわち、第１原料ガス配管１３には、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスが供給される。
【００３６】
さらに、第１配管１２には、混合用ガスバルブ４３ｖと混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍとを介して、混合用第２原料ガス配管４３が接続されている。この混合用第２原料ガス配管４３が第１配管１２に接続される位置は、第１原料ガス配管１３が第１配管１２に接続される位置よりも下流側である。すなわち、混合用第２原料ガス配管４３は、第１原料ガス配管１３と第１ガス導入部１１との間において、第１配管１２に接続されている。そして、第１配管１２において、混合用第２原料ガス配管４３と第１ガス導入部１１との間には、外部混合部４５（混合部）が設けられている。
【００３７】
このように、気相成長装置２１０は、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板９０上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置であって、基板９０が配置される反応室５０と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方を基板に向けて供給する第１ガス供給部１０と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方を基板９０に向けて供給する第２ガス供給部２０と、を備える。
【００３８】
そして、第１ガス供給部１０及び第２ガス供給部２０の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第１ガス供給部１０）は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合させ、混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを上記の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第１ガス供給部１０）の反応室５０の側に向けて供給する混合部（本具体例では外部混合部４５）を有し、上記の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第１ガス供給部１０）は、混合部で混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを反応室５０内に配置された基板９０に向けてさらに供給可能である。
【００３９】
本具体例では、上記の混合部（外部混合部４５）は、第１ガス供給部１０に設けられている。そして、第１ガス供給部１０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（この場合はIII族原料ガス）が導入される第１配管１２をさらに有する。混合部（外部混合部４５）は、第１配管１２と反応室５０との間に設けられる。そして、混合部（外部混合部４５）の第１配管１２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（この場合はＶ族原料ガス）が導入される配管（混合用第２原料ガス配管４３）が接続される。
【００４０】
第１配管１２において、混合用第２原料ガス配管４３から第２原料ガスを導入せず、第１原料ガス配管１３から第１原料ガスを導入するときは、第１ガス導入部１１には、第１原料ガスが導入される。すなわち、第１ガス導入部１１からIII族原料ガスが導入される。このとき、第２ガス導入部２１からＶ族原料ガスを導入すると、III族原料ガスとＶ族原料ガスとのそれぞれを、異なる出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から供給することができる。
【００４１】
そして、第１配管１２において、第１原料ガス配管１３から第１原料ガスを導入しつつ、混合用第２原料ガス配管４３から第２原料ガスを導入すると、外部混合部４５において、第１原料ガスと第２原料ガスとが混合され、混合された第１原料ガス及び第２原料ガスが第１ガス導入部１１に導入される。すなわち、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが同じ出口（第１ガス導入部１１）から供給される。なお、このとき、第２ガス導入部２１から第２原料ガス（Ｖ族原料ガス）を導入しても良く、これにより、Ｖ族原料ガスの流量比率を高めることができる。
【００４２】
第１ガス供給部１０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合させ、混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを第１ガス供給部１０の反応室５０の側に向けて供給する混合部（外部混合部４５）を有し、第１ガス供給部１０は、混合部で混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを反応室５０内に配置された基板９０に向けてさらに供給可能である。
【００４３】
これにより、本具体例の気相成長装置２１０においては、第１ガス導入部１１に、第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）が導入される動作と、第１ガス導入部１１に、混合された第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）及び第２原料ガス（例えばＶ族原料ガス）が導入される動作と、の２つの異なる動作が実施できる。
【００４４】
なお、外部混合部４５は、例えば、第１配管１２よりも断面積の大きなチャンバー構造を有することができる。これにより、第１原料ガスと第２原料ガスとの混合の効率が向上する。ただし、本発明はこれに限らず、外部混合部４５の構成は任意であり、例えば、外部混合部４５として、第１配管１２と同じ口径の配管を用いても、十分に混合の効果が得られる。
【００４５】
また、第３ガス導入部３１には、第３配管３２が接続されている。第３配管３２には、例えば図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第３ガス導入部３１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【００４６】
さらに、第３配管３２には、第３バルブ３３ｖと第３マスフローコントローラ３３ｍとを介して、第３原料ガス配管３３が接続されている。本具体例では、第３原料ガス配管３３の第３マスフローコントローラ３３ｍとは反対の側には、例えば、ＮＨ３ガスのボンベが接続される。すなわち、第３原料ガス配管３３には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３ガスが供給される。これにより、第３ガス導入部３１にも、第２原料ガス（この例ではＶ族原料ガス）であるＮＨ３ガスが、流量が制御されて供給されることができる。
【００４７】
気相成長装置２１０においては、第１ガス導入部１１に、第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）が導入される動作と、第１ガス導入部１１に、混合された第１原料ガス（例えばIII族原料ガス）及び第２原料ガス（例えばＶ族原料ガス）が導入される動作と、の２つの動作を実施できることから、この２つの動作を使い分けて窒化物系半導体層を成長させることができる。
【００４８】
すなわち、気相成長装置２１０は、基板９０が配置される反応室５０と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口から、反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる動作と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口から、基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる動作と、を行うガス供給部８０と、を備える。
【００４９】
ここで、ガス供給部８０は、第１ガス供給部１０と第２ガス供給部２０とを含む。
なお、第１ガス供給部１０は、第１ガス導入部１１、第１配管１２、第１バルブ１３ｖ、第１マスフローコントローラ１３ｍ、第１原料ガス配管１３、外部混合部４５、混合用ガスバルブ４３ｖ、混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍ、及び、混合用第２原料ガス配管４３を含む。
第２ガス供給部２０は、第２ガス導入部２１、第２配管２２、第２バルブ２３ｖ、第２マスフローコントローラ２３ｍ及び第２原料ガス配管２３を含む。
【００５０】
すなわち、例えば、ガス供給部８０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガス）を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第１動作と、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合して反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第２動作と切り替えて行う第１ガス供給部１０と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガス）を反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給する第２ガス供給部２０と、を有することができる。
【００５１】
なお、ガス供給部８０は、第３ガス供給部３０をさらに含むことができる。
第３ガス供給部３０は、第３ガス導入部３１、第３配管３２、第３バルブ３３ｖ、第３マスフローコントローラ３３ｍ及び第３原料ガス配管３３を含む。
【００５２】
例えば、このような気相成長装置２１０を用いることで、本実施形態に係る気相成長方法を実施することができる。
すなわち、図１に表したように、本実施形態に係る気相成長方法は、反応室内に設けられた、ガス供給管の複数の出口からIII族原料ガスとＶ族原料ガスとを反応室５０内に供給して反応室５０内に配置された基板９０上に窒化物系半導体層を成膜する気相成長方法であって、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（例えば第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層（例えば、ｐ型電子ブロック層１０４）を成長させる工程（ステップＳ１１０）と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層（例えばＩｎＧａＮの井戸層）を成長させる工程（ステップＳ１２０）と、を備える。
【００５３】
そして、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）は、上記の同じ出口（第１ガス導入部１１）とは異なる出口（例えば第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばＶ族原料ガス）を基板９０に向けてさらに供給することができる。これにより、例えば第２原料ガス（例えばＶ族原料ガスであるＮＨ３ガス）の総流量に対する流量比率を高くすることができる。
【００５４】
ただし、本発明はこれに限らず、ステップＳ１２０において、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが混合されて同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から供給されつつ、ステップＳ１１０で用いられる２つの出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）とは別の出口から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばＶ族原料ガス）を基板９０に向けてさらに供給しても良い。
【００５５】
以下では、ステップＳ１１０においては、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが、異なる出口である第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１とからそれぞれ供給され、ステップＳ１２０においては、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが混合されて同じ出口である第１ガス導入部１１から供給されつつ、Ｖ族原料ガスが第２ガス導入部２１から供給される例として説明する。
【００５６】
図４は、本発明の実施形態に係る気相成長方法を例示する模式図である。
すなわち、図４（ａ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）に相当し、図４（ｂ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）に相当する。
【００５７】
図４（ａ）に表したように、第１半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１を基板９０に向けて供給する。第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。
【００５８】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２を基板９０に向けて供給する。第２原料ガスには、Ｖ族原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
【００５９】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３を基板９０に向けて供給する。第３原料ガスには例えばＮ２が用いられる。第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【００６０】
第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との間に第１仕切り板１１ａが設けられているので、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とは互いに分離されている。第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２は、それぞれ第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１を出た後も、分離された状態をほぼ維持して、層流ｇｌとして基板９０に到達する。このため、基板９０の上面以外の不要な部分には、反応生成物が付着し難い。このため、成長させる第１半導体層において、Ａｌ組成の制御範囲が広く、任意のＡｌ組成の半導体層を得易い。そして、基板９０へは原料ガスが層流ｇｌとなって到達するため、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の面内均一性は高い。そして、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の再現性も良好である。
【００６１】
一方、図４（ｂ）に表したように、第２半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とを混合して基板９０に向けて供給する。このときの第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が用いられる。また、第２原料ガスｇ２には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３が用いられる。すなわち、第１ガス導入部１１からは、III族原料ガスのＴＭＩと、Ｖ族原料ガスのＮＨ３と、の混合ガスｇｍが基板９０に向けて供給される。
【００６２】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２として、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスを供給する。
【００６３】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３（例えばＮ２）を供給する。この場合も第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【００６４】
Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させるときには、第２半導体層の結晶性及び成長効率の観点から、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることが望ましい。本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０においては、第２ガス導入部２１からＮＨ３を供給しつつ、第１ガス導入部１１からＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給できるため、ＮＨ３の全体に対する割合を高めることが容易になる。例えば、第２ガス導入部２１から供給するＮＨ３の流量を、他のガス導入部よりも高くすると乱流が発生することがあるが、第２ガス導入部２１から供給するＮＨ３の流量を、他のガス導入部と同じ程度に押さえ、乱流が発生しない流量とし、第１ガス導入部１１からＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。
【００６５】
これにより、Ａｌ組成比が低い第２半導体層をＮＨ３ガスの流量比率を高めて成長させ、第２半導体層における組成及び膜厚の面内均一性を高くし、第２半導体層における組成及び膜厚の再現性を高くすることができる。
このように、本実施形態に係る気相成長方法及び本実施形態に係る気相成長装置２１０によれば、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【００６６】
図５は、比較例の気相成長方法を例示する模式図である。
図５（ａ）に表したように、第１比較例の気相成長装置２１８においては、第１ガス導入部１１は第１原料ガス（例えばＴＭＡやＴＭＩ）を供給し、第２ガス導入部２１は第２原料ガス（ＮＨ３）を導入する。なお、第１比較例の方法は、特許文献１に記載されている方法に相当する。Ａｌ組成比が高い第１半導体層を成長させるときには、図４（ａ）に関して説明したように、本実施形態に係る気相成長装置と同様に、不要な反応生成物の生成を抑制し、第１半導体層を成長させることができる。
【００６７】
しかしながら、第１比較例の気相成長装置２１８においては、Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させるときに、ＮＨ３の流量を多くすると、乱流ｇｔが発生する。すなわち、例えば、ＮＨ３を供給する第２ガス導入部２１の出口の流速と、第１ガス導入部１１の出口の流速と、の差により、反応室５０の内部に乱流ｇｔが発生する。例えば、全体の流量に対する第１ガス導入部１１の流量が０．５以上になると、乱流ｇｔが発生する。
【００６８】
乱流ｇｔが発生すると、基板９０の表面において原料ガスの濃度分布が生じ、結果として、生成される第２半導体層の組成及び膜厚に面内むらが生じる。また、組成及び膜厚の再現性も悪くなる。また、反応室５０の内壁面は、基板９０と共に加熱され、その部分に反応生成物が付着し易くなる。反応生成物の付着の程度や履歴が基板近傍の温度環境を変化させ、成長させる半導体層の再現性が低くなる。また、反応生成物が所望な場所以外に生成すると、材料の利用効率が低下し、また、気相成長装置の保守も困難になる。
【００６９】
図５（ｂ）に表したように、第２比較例の気相成長装置２１９においては、第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との間の第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅの近傍において、第１仕切り板１１ａに貫通孔１１ａｈが設けられている。なお、第２比較例の装置は、特許文献２に記載されている装置に相当する。この場合は、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが、第１ガス導入部１１と第２ガス導入部２１との端部付近で、段階的に互いに混合される。これにより、基板９０上に成長される半導体層の組成や膜厚が基板９０の面内で均一化されることがある。
【００７０】
しかしながら、Ａｌ組成比が高い第１半導体層の成長のときも、Ａｌ組成比が低い第２半導体層の成長のときも、貫通孔１１ａｈの構成は同じなので、第１半導体層と第２半導体層の両方に最適な条件で成長させることが困難である。例えば、第１半導体層の成長に最適な条件になるように貫通孔１１ａｈを設計すると、その貫通孔１１ａｈは、第２半導体層の成長に最適な条件ではなくなる。
【００７１】
貫通孔１１ａｈを設けた気相成長装置２１９においては、貫通孔１１ａｈにより、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが常時混合される。第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが常時混合された状態で、Ａｌ組成比が高い第１半導体層を成長させると、基板９０以外の場所で反応生成物ｂｐが生成し易くなる。そして、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とが常時混合された状態で、Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させると、第２ガス導入部１１から供給される第２原料ガス（例えばＮＨ３）の流量を高くする必要があり、乱流ｇｔが発生し易い。このように、第２比較例の気相成長装置２１９においても、第１半導体層と第２半導体層の両方を適正な条件で成長させることが困難である。
【００７２】
これに対し、本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０においては、Ａｌ組成比が高い第１半導体層を生成する際には、第１原料ガスと第２原料ガスとを分離した状態で基板９０に向けて供給する。これにより、第１半導体層の成長において層流ｇｌが実現できる。そして、Ａｌ組成比が低い第２半導体層を成長させる際には、第２ガス導入部２１から第２原料ガスを供給しつつ、第１ガス導入部１１から第１原料ガスと第２原料ガスとの混合ガスｇｍを供給できる。このため、第２ガス導入部２１から供給する第２原料ガスの流量を乱流が発生しない比較的低い流量とし、第１ガス導入部１１から第１原料ガスと第２源流ガスとの混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。すなわち、第１半導体層の成長の際も、第２半導体層の成長の際も、層流ｇｌを実現できる。
【００７３】
本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０においては、Ａｌの組成比が高い第１半導体層の成長（ステップＳ１１０）においては、III族原料ガスと、Ｖ族原料ガスとは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで分離されて供給される。そして、Ａｌの組成比が低い第２半導体層の成長（ステップＳ１２０）においては、III族原料ガスと、Ｖ族原料ガスとは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅよりも上流側（基板９０に向かう方向とは逆の方向）において、混合される。このように、ステップＳ１１０とステップＳ１２０とで、第１ガス導入部１１の端部と、第２ガス導入部２１の端部まで、原料ガスが分離されている状態と、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の端部よりも手前で原料ガスが混合される状態と、の２種類の状態を用いる。
【００７４】
これに対し、第１比較例においては、どの状態のときも、第１ガス導入部１１の端部及び第２ガス導入部２１の端部まで、原料ガスが分離されている。一方、第２比較例においては、どの状態のときも、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の端部よりも手前で原料ガスが混合される。
【００７５】
このように、本実施形態においては、上記の２種類の状態を実現する。
これにより、Ａｌの組成比が高い第１半導体層の成長（ステップＳ１１０）においては、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを基板９０の近傍まで分離して反応室５０内の基板９０に向けて導入することにより、ＴＭＡとＮＨ３の気相反応を抑制できるため、第１半導体層における組成比と膜厚の基板面内均一性及び再現性を確保することができる。
【００７６】
さらに、Ａｌの組成比が低い、例えばＡｌを含まない第２半導体層（例えばＩｎを含む半導体層）の成長（ステップＳ１２０）においては、総流量に対するＮＨ３の流量比を高くし、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して基板９０に向けて供給することで、乱流ｇｔを抑制し、層流ｇｌを維持することにより、第２半導体層における組成比と膜厚の基板面内均一性及び再現性を確保することができる。
【００７７】
そして、本実施形態に係る気相成長装置２１０を用いることで、上記のステップＳ１１０とステップＳ１２０とを、一連の動作として実行することができる。このため、第１半導体層及び第２半導体層の両方において、基板面内均一性および再現性を同時に確保し、特性の優れた発光素子を歩留まり良く製造することが可能となる。
【００７８】
このように、第１半導体層及び第２半導体層の両方において、組成比及び膜厚の面内均一性を向上できる。また、第１半導体層及び第２半導体層の成長の両方において、基板９０以外の部分において反応生成物が生成されることを抑制し、反応室５０内の環境変化の影響を抑制して、高い再現性を長期的に維持できる。このように、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【００７９】
本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０において、III族原料ガスには、III族元素を含む化合物を含有する任意のガスを用いることができる。Ｖ族原料ガスには、Ｖ族元素を含む化合物を含有する任意のガスを用いることができる。
【００８０】
例えば、III族原料ガス（例えば第１原料ガス）は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、エチルジメチルアミンアラン、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム及びトリエチルインジウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００８１】
また、Ｖ族原料ガス（例えば第２原料ガス）は、アンモニア、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００８２】
さらに、III族原料ガス（例えば第１原料ガス）及びＶ族原料ガス（例えば第２原料ガス）は、成長させる半導体層に含まれるドーパントとなる任意のドーパントガスをさらに含むことができる。このようなドーパントガスとしては、ｎ型のドーパントとなる、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いることができる。また、ｐ型ドーパントとなる、例えば、ビスシクロペンタディエニールマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）及びビスメチルシクロペンタディエニールマグネシウム（Ｍ２Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００８３】
（第１実施例）
以下、本発明の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０の第１実施例として、窒化物系半導体を用いた半導体発光素子１１０（青色発光ダイオード）の製造方法の例について説明する。
【００８４】
まず、基板９０をサセプタ９１に載置する。基板９０には、例えばサファイアが用いられる。次に、第１ガス導入部１１、第２ガス導入部２１及び第３ガス導入部３１のそれぞれから、例えば、１０Ｌ（リットル）／分の流量で水素ガスを導入しつつ、反応室５０の内部の圧力を５００Ｔｏｒｒに保持する。次に、ヒータ９２により基板９０を、例えば１１００℃に加熱して１０分間保持する。
【００８５】
次に、基板９０の温度を５００℃に設定し、第３ガス導入部３１から、１０Ｌ／分の流量で窒素ガスを導入する。さらに、第１ガス導入部１１から、第１原料ガス（III族原料ガス）であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを含む水素ガスを、１０Ｌ／分の流量で導入する。さらに、第２ガス導入部２１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の水素ガスと、を導入する。これにより、基板９０上に、多結晶ＧａＮのバッファ層１０１を成長させる。
【００８６】
次に、第１ガス導入部１１から供給されていたＴＭＧガスの導入を停止し、基板９０の温度を１０５０℃に昇温する。
その後、第３ガス導入部３１から、１０Ｌ／分の流量で窒素ガスを導入し、第１ガス導入部１１から、１０Ｌ／分の流量で、ＴＭＧガス及びモノシランガスを含む水素ガスを導入し、第２ガス導入部２１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の水素ガスと、を導入し、ＳｉがドープされたＧａＮを含むｎ型コンタクト層１０２を成長させる。
【００８７】
次に、第１ガス導入部１１から導入されていたＴＭＧガス及びモノシランガスの導入を停止し、基板９０の温度を７８０℃に設定する。
その後、第３ガス導入部３１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の窒素ガスと、を導入し、第１ガス導入部１１から、３Ｌ／分の流量の、ＴＭＧガスを含む窒素ガスと、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、を導入し、第２ガス導入部２１から７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと３Ｌ／分の流量の窒素ガスとを導入し、ＧａＮを含む障壁層を成長させる。障壁層の厚さは、例えば５ｎｍ（ナノメートル）である。
【００８８】
続いて、第１ガス導入部１１の窒素ガス中に、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスをさらに導入する。すなわち、第３ガス導入部３１から、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、３Ｌ／分の流量の窒素ガスと、を導入し、第１ガス導入部１１から、３Ｌ／分の流量の、ＴＭＧガスとＴＭＩとを含む窒素ガスと、７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、を導入し、第２ガス導入部２１から７Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと３Ｌ／分の流量の窒素ガスとを導入する。これにより、III族中におけるＩｎ組成が１５％（１５％原子パーセント）のＧａＩｎＮを含む井戸層を２．５ｎｍの厚さで成長させる。
【００８９】
この後、上記の障壁層と、上記の井戸層と、の組み合わせを、計７回繰り返してさらに成長させ、その後、その上に、上記と同じ条件で障壁層をさらに成長させる。これにより、多重量子井戸構造を有する発光層１０３が形成される。
【００９０】
なお、上記の障壁層及び井戸層の形成において、ＮＨ３ガスの総流量に占める流量比は０．７と高いが、ガス導入部５１が３つ（第１、第２及び第３ガス導入部１１、２１及び３１）に分離され、それぞれのガス導入部（第１、第２及び第３ガス導入部１１、２１及び３１）から導入されるガスの流量の比率が実質的に均等にされている。これにより、第１、第２及び第３ガス導入部１１、２１及び３１から導入されるガスにおいて、ガスの流れの乱流ｇｔが発生せず、安定した層流ｇｌが得られる。
【００９１】
次に、第１ガス導入部１１から導入されていたＴＭＧガスおよびＴＭＩガスの導入を停止し、基板９０の温度を１０００℃に昇温する。
この後、第３ガス導入部３１から１０Ｌ／分の流量の窒素ガスを導入し、第１ガス導入部１１から、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス及びＣｐ２Ｍｇガスを含む水素ガスを１０Ｌ／分の流量で導入し、第２ガス導入部２１から、５Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、５Ｌ／分の流量の水素ガスと、を導入し、ｐ型電子ブロック層１０４を成長させる。ｐ型電子ブロック層１０４は、ＭｇがドープされたＡｌ組成が１５％のＡｌＧａＮである。ここで、第１ガス導入部１１から導入されるＴＭＡを含むIII族原料ガスと、第２ガス導入部２１から導入されるＮＨ３ガスとは、第１仕切り板１１ａにより出口（第１ガス導入部１１の出口及び第２ガス導入部２１の出口）まで互いに分離され、それぞれ別の出口から供給され、これらのガスは層流ｇｌとなり、基板９０に向けて供給される。これにより、ＴＭＡガスとＮＨ３ガスとの気相反応が抑制できる。
【００９２】
次に、第１ガス導入部１１から導入されていたＴＭＡガスの導入を停止し、他のガスの状態を維持して、ｐ型コンタクト層１０５を成長させる。ｐ型コンタクト層１０５は、ＭｇがドープされたＧａＮである。
【００９３】
次に、成長が終了した基板９０を取り出し、ｐ側透明電極１０６、ｐ側電極１０７、ｎ側電極１０８を形成して、半導体発光素子１１０が作製される。
【００９４】
上記の第１実施例の気相成長方法による半導体発光素子１１０、及び、以下の第１比較例の方法による半導体発光素子の特性について説明する。
第１比較例の方法においては、発光層１０３の障壁層の成長の際に、第３ガス導入部３１から４Ｌ／分の流量で窒素ガスが導入され、第１ガス導入部１１からＴＭＧガスを含む窒素ガスが４Ｌ／分の流量で導入され、第２ガス導入部２１から、２１Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、１Ｌ／分の流量の窒素ガスと、が導入される。そして、発光層１０３の井戸層の成長の際には、第３ガス導入部３１から４Ｌ／分の流量で窒素ガスが導入され、第１ガス導入部１１からＴＭＧガスとＴＭＩガスとを含む窒素ガスが４Ｌ／分の流量で導入され、第２ガス導入部２１から、２１Ｌ／分の流量のＮＨ３ガスと、１Ｌ／分の流量の窒素ガスと、が導入される。これ以外は、第１実施例と同じ条件が用いられる。
【００９５】
第１実施例に係る半導体発光素子１１０、及び、第１比較例に係る半導体発光素子は、共に、青色ＬＥＤである。第１実施例の方法及び第１比較例の方法により２インチ基板面内に複数の半導体発光素子が形成される。このときの基板面内における発光出力の特性は以下である。
【００９６】
第１比較例に係る半導体発光素子においては、基板９０の中心に比べて基板９０の外周部では発光出力は例えば８５％以下になり、基板９０の外周部では発光出力が低下する。これに対し、第１実施例に係る半導体発光素子１１０においては、発光出力のばらつきは、基板９０の面内で例えば±５％以内の範囲内であり、基板９０の面内で均一な発光が得られる。そして、基板９０の面内における発光出力の平均値に関しては、第１実施例に係る半導体発光素子１１０においては、第１比較例に係る半導体発光素子よりも１０％以上大きい値である。
【００９７】
このように、本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１０によれば、異なる組成の半導体層（例えば、第１半導体層であるｐ型電子ブロック層１０４、及び、第２半導体層である発光層１０３の井戸層）のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成でき、これにより製造された半導体発光素子１１０は、第１比較例よりも基板面内における発光出力のばらつきが小さく、また、発光出力の平均値が高い。このように、本実施形態によれば、高い特性を高い歩留まりで得ることが可能になる。
【００９８】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る気相成長方法を例示するフローチャート図である。
図６に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２１１は、第１実施形態に係る気相成長装置２１０に対して、測定部６０と、制御部７０と、をさらに備える。
【００９９】
本具体例では、測定部６０は、反応室５０の外において、サセプタ９１の上方（基板９０が載置される面の上方）に設けられている。
測定部６０は、第２半導体層の成長中に基板９０の表面（例えば第２半導体層）の光学特性を測定する。
制御部７０は、測定部６０によって測定された光学特性から導出された基板９０の温度、第２半導体層の成長速度、及び、第２半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、III族原料ガスとＶ族原料ガスとの混合比を制御する。
【０１００】
なお、上記の測定部６０は第１半導体層の成長中に第１半導体層の光学特性を測定し、制御部７０は、測定部６０によって測定された光学特性から導出された基板９０の温度、第１半導体層の成長速度、及び、第１半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、III族原料ガスの流量及びＶ族原料ガスの流量の少なくともいずれかをさらに制御しても良い。
【０１０１】
すなわち、測定部６０は、基板９０に成長される窒化物系半導体層の成長中に、基板９０の光学特性を測定する。例えば、測定部６０は、成膜しながら、基板９０の表面（またはサセプタ９１）から放射される光を測定し、基板９０の温度を測定する。また、測定部６０は、基板９０の表面（成膜されている窒化物系半導体層）に光を照射し、照射した光の反射率の変化を測定し、成膜されている窒化物系半導体層の成長速度を測定する。また、測定部６０は、照射した光の反射スペクトルに基づいて、成膜されている窒化物系半導体層における混晶の組成の測定を行う。
【０１０２】
測定部６０による光学特性の測定の際の光学モニタ光路６１は、反応室５０の図示しない窓部を通過する。これにより、測定部６０は、基板９０における半導体層の成長状態を、成長させつつ、反応室５０の外から同時に測定する。
【０１０３】
測定部６０による光学特性の測定結果は、測定データ信号線６２を介して制御部７０に出力される。そして、制御部７０から出力される混合制御信号が、混合制御信号線７１を介して混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍに出力される。さらに、制御部７０から出力される第１制御信号が、第１制御信号線７２を介して第１マスフローコントローラ１３ｍに出力される。そして、制御部７０から出力されるヒータ制御信号が、ヒータ制御信号線７３を介してヒータ制御部９３に出力される。
【０１０４】
このように、気相成長装置２１１においては、基板９０の上面に対向する側の反応室５０の外部に、基板温度、半導体層の成長速度、及び、半導体層の混晶組成をその場測定する測定部６０が設けられ、制御部７０は、マスフローコントローラ（混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍ及び第１マスフローコントローラ１３ｍ）とヒータ制御部９３とを制御する。
【０１０５】
例えば、制御部７０は、第２半導体層の成長中に、基板温度、成長速度及び混晶組成の少なくともいずれかの測定データに基づいて、例えば、第１ガス導入部１１から導入されるIII族原料ガス及びＶ族原料ガスにおける混合比を変化させる。
【０１０６】
例えば、制御部７０は、第２半導体層の成長中において測定された上記の特性に基づいて、第２半導体層におけるＩｎ組成が目標とする組成よりも低い場合は、第１ガス導入部１１から導入されるIII族原料ガスとＶ族原料ガスの混合ガスにおけるＶ族原料ガスの比率を相対的に増加させる制御を行う。
【０１０７】
このように、測定部６０によって、半導体層の成長中に、半導体層の特性を光学的に測定し、III族原料ガスとＶ族原料ガスの混合比を変化させることで、基板９０の近傍の反応生成物の影響を補正し、成長した膜における再現性をより向上できる。
【０１０８】
すなわち、図７に表したように、本実施形態に係る気相成長方法においては、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）は、第２半導体層（窒化物系半導体層）の成長中に第２半導体層の光学特性を測定する工程（ステップＳ１２１）と、光学特性の測定結果から導出された基板９０の温度、第２半導体層の成長速度、及び、第２半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、III族原料ガス及びＶ族原料ガスの混合比を制御する工程（ステップＳ１２２）と、を含むことができる。本実施形態に係る気相成長方法を用いることで、成長した半導体層における再現性をより向上できる。
【０１０９】
すなわち、反応室５０内の基板９０の近傍部分に付着した反応生成物の程度や履歴が、基板９０の近傍部分の温度環境を変化させ、成長させる半導体層の再現性が低下することがあるが、本実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置２１１を用いることで、再現性の低下を抑制し、長期的に優れた再現性で半導体発光素子を製造することができる。
【０１１０】
（第２の実施例）
図８は、本発明の第２の実施形態の第２の実施例の気相成長方法を例示するフローチャート図である。
すなわち、同図は、気相成長装置２１１を用いて、Ｉｎを含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）における測定部６０を用いた制御の例である。
【０１１１】
第２半導体層の成長速度の測定値と規格値とを比較し（ステップＳ２１１）、第２半導体層の成長速度の測定値と規格との差が５％以内になるように、III族原料ガスの流量を制御する（ステップＳ２１２）。例えば、III族原料ガスの流量の設定は、「現在の設定流量」×「成長速度の規格値」／「成長速度の測定値」とされる。
【０１１２】
そして、第２半導体層における組成比（この場合はＩｎの組成比）の測定値と規格値（設定値）とを比較する（ステップＳ２２１）。そして、さらに、第２半導体層における組成比の測定値が規格値よりも高いかどうかが判定され（ステップＳ２２２）、組成比の測定値が規格値よりも低い場合には、III族原料ガス及びＶ族原料ガスの混合におけるＶ族原料ガスの混合比を増大させる（ステップＳ２２４）。そして、組成比の測定値が規格値よりも高い場合には、III族原料ガス及びＶ族原料ガスの混合におけるＶ族原料ガスの混合比を減少させる（ステップＳ２２３）。なお、組成比の測定値が規格値に実質的に一致している場合には、混合比を変えない。
【０１１３】
例えば、第２半導体層の成長中に、Ｉｎ組成比を測定し（ステップＳ１２１）、測定値と規格値とを比較し、測定値が規格値よりも５％以上低い場合には、第１ガス導入部に導入されるＮＨ３ガス（Ｖ族原料ガス）の流量を現在の設定値よりも例えば５％増大させ、Ｖ族原料ガスの混合比を増大させる。そして、Ｉｎ組成比の測定値が規格値よりも５％以上高い場合には、第１ガス導入部に導入されるＮＨ３ガスの流量を現在の設定値よりも例えば５％減少させ、Ｖ族原料ガスの混合比を増大させる。そして、ステップＳ２２１〜ステップＳ２２４が繰り返し実施される。
【０１１４】
なお、本具体例では、測定した基板９０の温度に基づいて、ＰＩＤ制御によりヒータ９２を制御することで、基板９０の温度を制御して（ステップＳ２０１）、第２半導体層の成長が行われる。
【０１１５】
これにより、成長させる半導体層の再現性の低下を抑制し、長期的に優れた再現性で半導体発光素子を製造することができる。
【０１１６】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。 図９に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２１２は、第１ガス供給部１０の第１ガス導入部１１には、第１配管１２と混合用配管４２とが接続されている。そして、外部混合部４５が設けられていない。これ以外の第２ガス供給部２０、第３ガス供給部３０及び反応室５０、並びにその他の構成は、第２の実施形態に係る気相成長装置２１１と同様なので説明を省略する。
【０１１７】
第１配管１２には、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入され、さらに、第１配管１２には、第１バルブ１３ｖと第１マスフローコントローラ１３ｍとを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）が導入される。
【０１１８】
混合用配管４２には、混合用ガスバルブ４３ｖと混合用ガスマスフローコントローラ４３ｍとを介して、混合用第２原料ガス配管４３が接続されている。混合用第２原料ガス配管４３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）が導入される。
【０１１９】
第１ガス導入部１１に第１原料ガスと第２原料ガスの両方を導入すれば、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅよりも上流側（基板９０に向かう方向とは逆の方向）において、これらのガスが混合される。これにより、第２半導体層を成長させるステップＳ１２０を実施できる。すなわち、第１ガス導入部１１が、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合させる内部混合部１１ｉとなる。
【０１２０】
そして、第１ガス導入部１１に第１原料ガスのみを導入すれば、第２ガス導入部２１から導入される第２原料ガスと分離した状態で第１原料ガスを導入でき、これにより、第１半導体層を成長させるステップＳ１１０が実施できる。
【０１２１】
このように、第１ガス供給部１０は、反応室５０に連通し、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）を反応室５０内に供給する第１供給管（第１配管１２）と、反応室５０に連通し、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）を反応室５０内に供給する第２供給管（混合用配管４２）と、を有する。混合部（内部混合部１１ｉ）は、反応室５０の内部であって、第１供給管と第２供給管とが接続される部分である。そして、基板９０の側の端部（例えば第１端部１１ａｅ）よりも第１供給管及び第２供給管の側である内部混合部１１ｉにおいて、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。そして、混合されたIII族原料ガスとＶ族原料ガスとが、同じ出口（第１ガス導入部１１）から基板９０に向けて供給される。
【０１２２】
このような構成の気相成長装置２１２も、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口から、反応室５０内に配置された基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる動作と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口から、基板９０に向けて供給して、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる動作と、が実施できる。
【０１２３】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る気相成長方法を例示する模式図である。
すなわち、図１０（ａ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）に相当し、図１０（ｂ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）に相当する。
【０１２４】
図１０（ａ）に表したように、第１半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１を基板９０に向けて供給する。第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。
【０１２５】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２を基板９０に向けて供給する。第２原料ガスには、Ｖ族原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
【０１２６】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３を基板９０に向けて供給する。第３原料ガスには例えばＮ２が用いられる。第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１２７】
この場合も、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで互いに分離され、それぞれ第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１を出た後も、分離された状態をほぼ維持して、層流ｇｌとして基板９０に到達する。これにより、基板９０の上面以外の不要な部分には、反応生成物が付着し難く、成長させる第１半導体層において、Ａｌ組成の制御範囲が広く、任意のＡｌ組成の半導体層を得易い。そして、基板９０へは原料ガスが層流ｇｌとなって到達するため、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の面内均一性は高い。そして、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の再現性も良好である。
【０１２８】
そして、図１０（ｂ）に表したように、第２半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第２原料ガスｇ２として、Ｖ族原料ガスであるＮＨ３ガスが供給される。
【０１２９】
そして、第２ガス導入部２１から、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とを混合して基板９０に向けて供給する。このときの第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＴＭＧが用いられる。また、第２原料ガスｇ２には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３が用いられる。すなわち、第２ガス導入部２１から、III族原料ガスのＴＭＩと、Ｖ族原料ガスのＮＨ３と、の混合ガスｇｍが基板９０に向けて供給される。
【０１３０】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３（例えばＮ２）が用いられる。この場合も第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１３１】
このように、第１ガス導入部１１からＮＨ３を供給しつつ、第２ガス導入部２１からＴＭＩ及びＴＭＧとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給できるため、ＮＨ３の全体に対する割合を高めることが容易になる。すなわち、第１ガス導入部１１から供給するＮＨ３の流量を、他のガス導入部と同じ程度に押さえ、乱流が発生しない流量とし、第２ガス導入部２１からＴＭＩ及びＴＭＧとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。これにより、Ａｌ組成比が低い第２半導体層をＮＨ３ガスの流量比率を高めて成長させ、第２半導体層における組成及び膜厚の面内均一性を高くし、第２半導体層における組成及び膜厚の再現性を高くすることができる。
【０１３２】
このように、本実施形態に係る気相成長方法も、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（第２ガス導入部２１）から前記基板に向けて供給して、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）と、を備える。そして、この場合においても、ステップＳ１２０は、上記の同じ出口とは異なる出口（第１ガス導入部１１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（この場合は、Ｖ族原料ガス）を基板９０に向けてさらに供給する。
本実施形態に係る気相成長方法によれば、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【０１３３】
このような気相成長方法は、例えば以下の気相成長装置を用いることで実施できる。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１１に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２２０においても、ガス導入部５１は、仕切り板により３つに分割され、ガス導入部５１として、第２ガス導入部２１、第１ガス導入部１１、及び、第３ガス導入部３１、が設けられている。
【０１３４】
第１ガス供給部１０と第２ガス供給部２０とは、互いに仕切り板（第１仕切り板１１ａ）で区分されている。また、第１ガス供給部１０と第３ガス供給部３０とは、互いに仕切り板（第２仕切り板１１ｂ）で区分されている。
【０１３５】
第２ガス導入部２１には、第２配管２２が接続されている。第２配管２２には、例えば、図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第２ガス導入部２１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【０１３６】
さらに、第２配管２２には、第２バルブ２３ｖと第２マスフローコントローラ２３ｍとを介して、第２原料ガス配管２３が接続されている。第２原料ガス配管２３の第２マスフローコントローラ２３ｍとは反対の側には、例えば、ＮＨ３ガスのボンベが接続される。すなわち、第２原料ガス配管２３には、第２原料ガスであるＶ族原料ガスのＮＨ３ガスが供給される。これにより、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス（この例ではＶ族原料ガス）であるＮＨ３ガスが、流量が制御されて供給される。
【０１３７】
そして、第２配管２２の反応室５０に接続される側とは反対の側には、第２分配バルブ１５ｖ及び第１バルブ１３ｖを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。
そして、第２配管２２の第２バルブ２３ｖと反応室５０との間に外部混合部４５ａ（混合部）が設けられている。
【０１３８】
これにより、１つの動作状態では、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス配管２３を経由して、第２原料ガスｇ２（例えばＮＨ３ガス）が導入されることができる。そして、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
【０１３９】
さらに、別の動作状態の時には、混合部４５ａに、第１原料ガス配管１３から第１原料ガスｇ１が導入され、それと同時に、混合部４５ａに、第２原料ガス配管２３から第２原料ガスｇ２が導入され、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が、第２ガス導入部２１に導入される。そして、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が供給される。
【０１４０】
一方、第１ガス導入部１１には、第１配管１２が接続されている。第１配管１２には、例えば図示しないバルブと図示しないマスフローコントローラとを介して、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入される。これにより、第１ガス導入部１１には、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが、その流量が制御されて導入される。
【０１４１】
さらに、第１配管１２には、第１分配バルブ１４ｖと第１バルブ１３ｖと第１マスフローコントローラ１３ｍとを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３の第１マスフローコントローラ１３ｍとは反対の側には、例えば、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスを導入する配管が接続されている。すなわち、第１原料ガス配管１３には、第１原料ガスであるIII族原料ガスの有機金属ガスが供給される。
【０１４２】
さらに、第１配管１２には、切り替え用ガスバルブ４４ｖと切り替え用ガスマスフローコントローラ４４ｍとを介して、切り替え用第２原料ガス配管４４が接続されている。なお、本具体例では、切り替え用第２原料ガス配管４４が第１配管１２に接続される位置は、第１原料ガス配管１３が第１配管１２に接続される位置よりも上流側である。
【０１４３】
これにより、１つの動作状態では、切り替え用第２原料ガス配管４４から第２原料ガスｇ２を供給せず、第１ガス導入部１１には、第１原料ガス配管１３を経由して、第１原料ガスｇ１（例えばIII族原料ガス）が導入されることができる。そして、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第１原料ガスｇ１が供給される。
【０１４４】
さらに、別の動作状態の時には、第１原料ガス配管１３からの第１原料ガスｇ１の供給を止め、第１ガス導入部１１には、切り替え用第２原料ガス配管４４を経由して、第２原料ガスｇ２（例えばＮＨ３ガス）が導入されることができる。そして、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２（例えばＮＨ３ガス）が供給される。
【０１４５】
すなわち、気相成長装置２２０においては、第１ガス供給部１０及び第２ガス供給部２０の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第２ガス供給部２０）、は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスを混合させ、混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを上記の少なくともいずれかのガス供給部（第２ガス供給部２０）の反応室５０の側に向けて供給する混合部（本具体例では外部混合部４５）を有し、上記の少なくともいずれかのガス供給部（本具体例では第２ガス供給部２０）は、混合部で混合されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスを反応室５０内に配置された基板９０に向けてさらに供給可能である。
【０１４６】
そして、本具体例では、混合部（外部混合部４５ａ）は、第２ガス供給部２０に設けられ、第２ガス供給部２０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（この場合はＶ族原料ガス）が導入される第２配管２２をさらに有する。混合部（外部混合部４５ａ）は、第２配管２２と反応室５０との間に設けられる。そして、混合部（外部混合部４５ａ）の第２配管２２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（この場合はIII族原料ガス）が導入される配管（第１原料ガス配管１３）が接続される。
【０１４７】
このような気相成長装置２２０においては、ステップＳ１１０として、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第１原料ガスｇ１が供給される。
【０１４８】
そして、ステップＳ１２０として、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が供給され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
このように、気相成長装置２２０によれば、図１０に例示した気相成長方法が実現できる。
【０１４９】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る別の気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１２に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２２１においては、図１１に例示した気相成長装置２２０における第１ガス供給部１０の第２ガス導入部２１には、第２配管２２及び混合用配管２２ａが接続されており、そして、外部混合部４５ａが設けられていない。これ以外の第１ガス供給部１０、第３ガス供給部３０及び反応室５０、並びにその他の構成は、気相成長装置２２０と同様なので説明を省略する。
【０１５０】
第２配管２２には、例えば、水素ガス及び窒素ガスの少なくともいずれかが導入され、さらに、第２配管２２には、第２バルブ２３ｖと第２マスフローコントローラ２３ｍとを介して、第２原料ガス配管２３が接続されている。第２原料ガス配管２３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）が導入される。
【０１５１】
混合用配管２２ａには、第２分配用バルブ１５ｖ、第１バルブ１３ｖ及び第１ガスマスフローコントローラ１３ｍを介して、第１原料ガス配管１３が接続されている。第１原料ガス配管１３には、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）が導入される。
【０１５２】
このような構成の気相成長装置２２１において、ステップＳ１１０では以下を行う。 第１ガス供給部１０においては、切り替え用第２原料ガス配管４４からの第２原料ガスｇ２の供給が止められ、第１ガス導入部１１には、第１原料ガス配管１３を経由して第１原料ガスｇ１（例えばIII族原料ガス）が導入され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第１原料ガスｇ１が供給される。
そして、第２ガス供給部２０においては、第２分配用バルブ１５ｖが閉状態にされ、第２ガス導入部２１には、第２原料ガス配管２３を経由して第２原料ガスｇ２（例えばＶ族原料ガス）が導入され、第２ガス導入部２１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
これにより、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口から基板９０に向けて供給して、第１半導体層を成長させる。
【０１５３】
そして、ステップＳ１２０では以下を行う。
第１ガス供給部１０においては、第１分配用バルブ１４ｖが閉状態にされ、切り替え用第２原料ガス配管４４から第１ガス導入部１１に、第２原料ガスｇ２（例えばＶ族原料ガス）が導入され、第１ガス導入部１１から基板９０に向けて第２原料ガスｇ２が供給される。
そして、第２ガス供給部２０においては、第２分配用バルブ１５ｖが開状態にされ、第２ガス導入部２１には、第１原料ガス配管１３を経由して第１原料ガスｇ１（例えばIII族原料ガス）が導入されると同時に、第２原料ガス配管２３を経由して第２原料ガスｇ２（例えばＶ族原料ガス）が導入される。そして、第２ガス導入部２１の第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅよりも上流側（基板９０に向かう方向とは逆の方向）において、これらのガスが混合される。これにより、第２ガス導入部２１から、混合された第１原料ガスｇ１及び第２原料ガスｇ２が、基板９０向けて供給される。すなわち、第２ガス導入部２１が、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合させる内部混合部２１ｉとなる。
【０１５４】
気相成長装置２２１においては、第２ガス供給部２０は、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方（例えばIII族原料ガスである第１原料ガス）を反応室５０内に供給する第３供給管（混合用配管２２ａ）と、反応室５０に連通し、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方（例えばＶ族原料ガスである第２原料ガス）を反応室５０内に供給する第４供給管（第２配管２２）と、を有する。混合部（内部混合部２１ｉ）は、反応室５０の内部であって第３供給管と第４供給管とが接続される部分であり、混合部（内部混合部２１ｉ）の基板９０の側の端部よりも第３供給管及び第４供給管の側において、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。そして、混合されたIII族原料ガスとＶ族原料ガスとが、同じ出口（第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給される。
【０１５５】
このような構成を有する気相成長装置２２１によっても、図１０に例示した気相成長方法が実現できる。
【０１５６】
（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る気相成長方法を例示する模式図である。
すなわち、図１３（ａ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）に相当し、図１３（ｂ）は、Ａｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）に相当する。
【０１５７】
図１３（ａ）に表したように、第１半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１から、第１原料ガスｇ１を基板９０に向けて供給する。第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びＴＭＧが用いられる。
【０１５８】
そして、第２ガス導入部２１から、第２原料ガスｇ２を基板９０に向けて供給する。第２原料ガスには、Ｖ族原料ガスであるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
【０１５９】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３を基板９０に向けて供給する。第３原料ガスには例えばＮ２が用いられる。第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１６０】
この場合も、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とは、第１仕切り板１１ａの端部１１ａｅまで互いに分離され、それぞれ第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１を出た後も、分離された状態をほぼ維持して、層流ｇｌとして基板９０に到達する。これにより、基板９０の上面以外の不要な部分には、反応生成物が付着し難く、成長させる第１半導体層において、Ａｌ組成の制御範囲が広く、任意のＡｌ組成の半導体層を得易い。そして、基板９０へは原料ガスが層流ｇｌとなって到達するため、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の面内均一性は高い。そして、第１半導体層における組成、及び、第１半導体層の膜厚の再現性も良好である。
【０１６１】
そして、図１３（ｂ）に表したように、第２半導体層の成長の際には、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の両方から、第１原料ガスｇ１と第２原料ガスｇ２とを混合して基板９０に向けて供給する。このときの第１原料ガスｇ１には、例えば、III族原料ガスである例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＴＭＧが用いられる。また、第２原料ガスｇ２には、Ｖ族原料ガスのＮＨ３が用いられる。すなわち、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１から、III族原料ガスのＴＭＩと、Ｖ族原料ガスのＮＨ３と、の混合ガスｇｍが基板９０に向けて供給される。
【０１６２】
そして、第３ガス導入部３１から第３原料ガスｇ３（例えばＮ２）が用いられる。この場合も第３原料ガスｇ３は、ガスの流れを整えるサブフローとなって基板９０に向けて流れる。
【０１６３】
このように、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１の両方からＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給できるため、ＮＨ３の全体に対する割合を高めることが容易になる。すなわち、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入２１の両方において、乱流が発生しない流量で、ＴＭＩとＮＨ３との混合ガスｇｍを供給することで、乱流の発生を抑制し、層流ｇｌを維持したまま、総流量に対するＮＨ３ガスの流量比率を高めることができる。これにより、Ａｌ組成比が低い第２半導体層をＮＨ３ガスの流量比率を高めて成長させ、第２半導体層における組成及び膜厚の面内均一性を高くし、第２半導体層における組成及び膜厚の再現性を高くすることができる。
【０１６４】
このように、本実施形態に係る気相成長方法も、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して第１半導体層を成長させる工程（ステップＳ１１０）と、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から前記基板に向けて供給して、第２半導体層を成長させる工程（ステップＳ１２０）と、を備える。そして、本実施形態においては、ステップＳ１２０は、上記の同じ出口とは異なる出口（第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して基板９０に向けてさらに供給する。
本実施形態に係る気相成長方法によっても、異なる組成の半導体層のそれぞれを、高面内均一性及び高再現性で形成できる。
【０１６５】
このような気相成長方法は、例えば以下の気相成長装置を用いることで実施できる。
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２３０においては、図３に関して説明した外部混合部４５、及び、図１１に関して説明した外部混合部４５ａの両方が設けられている。
【０１６６】
すなわち、混合部（外部混合部４５及び外部混合部４５ａ）は、第１ガス供給部１０及び第２ガス供給部２０の両方に設けられる。
そして、第１ガス供給部１０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方が導入される第１配管１２をさらに有し、混合部（外部混合部４５）は、第１配管１２と反応室５０との間に設けられ、混合部（外部混合部４５）の第１配管１２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方が導入される配管（混合用第２原料ガス配管４３）が接続される。
【０１６７】
さらに、第２ガス供給部２０は、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか他方が導入される第２配管２２をさらに有し、混合部（外部混合部４５ａ）は、第２配管２２と反応室５０との間に設けられ、混合部（外部混合部４５ａ）の第２配管２２の側に、III族原料ガス及びＶ族原料ガスのいずれか一方が導入される配管（第１原料ガス配管１３）が接続される。
【０１６８】
これにより、図１３に関して説明したステップＳ１１０及びステップＳ１２０を実施することができる。
【０１６９】
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る別の気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る気相成長装置２３１においては、第１ガス供給部１０には、図９に関して説明した第１配管１２（第１供給管）及び混合用配管４２（第２供給管）が設けられ、さらに、第２ガス供給部２０に、図１２に関して説明した混合用配管２２ａ（第３供給管）及び第２配管２２（第４供給管）が設けられている。
【０１７０】
第１ガス供給部１０は、第１配管１２（第１供給管）と、混合用配管４２（第２供給管）と、を有し、混合部（内部混合部１１ｉ）は、反応室５０の内部であって第１供給管と第２供給管とが接続される部分であり、混合部（内部混合部１１ｉ）の基板９０の側の端部よりも第１供給管及び第２供給管の側において、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。
【０１７１】
そして、第２ガス供給部２０は、混合用配管２２ａ（第３供給管）と、第２配管２２（第４供給管）と、を有し、混合部（内部混合部２１ｉ）は、反応室５０の内部であって第３供給管と第４供給管とが接続される部分であり、混合部（内部混合部２１ｉ）の基板９０の側の端部よりも第３供給管及び第４供給管の側において、III族原料ガス及びＶ族原料ガスが互いに混合される。
【０１７２】
これにより、図１３に関して説明したステップＳ１１０及びステップＳ１２０を実施することができる。
【０１７３】
なお、上記の気相成長装置２２０、２２１、２３０及び２３１においても、測定部６０と制御部７０とをさらに設けても良い。
【０１７４】
ところで、本発明の実施形態に係る気相成長方法及び気相成長装置において、上記の気相成長装置２１０〜２１２、２２０、２２１、２３０及び２３１のように横型の反応室５０を用いる場合、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを異なる出口から供給する際には、基板９０に近い側（下側）の出口からＶ族原料ガスを供給し、その出口よりも基板９０から遠い側（上側）の出口からIII族原料ガスを供給することが望ましい。これにより、III族原料ガスとＶ原料ガスとが適度に分離された状態で基板９０の近傍に層状で供給され、より均一な成膜ができる。
【０１７５】
（第６の実施の形態）
上記においては、横型反応室が用いられる例であるが、本実施形態においては、縦型反応室が用いられる。
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る気相成長装置の構成を例示する模式図である。
図１６に表したように、本実施形態に係る気相成長装置３１０は、縦型反応室である反応室５０を備える。そして、第１ガス供給部１０の第１ガス導入部１１、第２ガス供給部２０の第２ガス導入部２１、及び、第３ガス供給部３０の第３ガス導入部３１は、反応室５０の壁部から、反応室５０内部に設けられているサセプタ９１の上方に延在している。そして、第１ガス供給部１０、第２ガス供給部２０及び第３ガス供給部３０の反応室５０の外側の部分は、気相成長装置２１０の構成と同じである。
【０１７６】
なお、本具体例では、サセプタ９１に複数の基板９０が載置されている。ただし、本実施形態はこれに限らず、サセプタ９１には１つの基板９０が載置されるように、設計されても良い。
【０１７７】
図１６に表したように、サセプタ９１の上方において、下から上に順番に、第２ガス導入部２１、第１ガス導入部１１及び第３ガス導入部３１が、この順で配置されている。
【０１７８】
第２ガス導入部２１は、サセプタ９１の上方において水平方向（サセプタ９１の主面に平行な方向）に延在する第２水平延在部４２１と、第２水平延在部４２１から下方向に延在する第２垂直延在部４２１ａと、を有する。第２垂直延在部４２１ａは複数設けられている。これにより、第２配管２２を経て反応室５０内に導入されたガスは、第２水平延在部４２１と第２垂直延在部４２１ａとを経て、サセプタ９１の上に載置された基板９０の上に導入される。
【０１７９】
第１ガス導入部１１は、サセプタ９１の上方において水平方向に延在する第１水平延在部４１１と、第１水平延在部４１１から下方向に延在する第１垂直延在部４１１ａと、を有する。第１垂直延在部４１１ａは複数設けられている。これにより、第１配管１２を経て反応室５０内に導入されたガスは、第１水平延在部４１１と第１垂直延在部４１１ａとを経て、サセプタ９１の上に載置された基板９０の上に導入される。
【０１８０】
このとき、第１水平延在部４１１は、第２水平延在部４２１と隔壁によって分離されている。また、第１垂直延在部４１１ａは、第２水平延在部４２１を貫通して下方向に延在するが、第１垂直延在部４１１ａは、第２水平延在部４２１とは隔壁によって分離されている。そして、第１垂直延在部４１１ａの水平方向における位置は、第２垂直延在部４２１ａの水平方向における位置とは異なっている。この構成により、第１水平延在部４１１及び第１垂直延在部４１１ａを経て導入されたガスと、第２水平延在部４２１及び第２垂直延在部４２１ａを経て導入されたガスと、は互いに別の経路を経て、互いに混合されずに、基板９０の上方に供給される。
【０１８１】
また、第３ガス導入部３１は、サセプタ９１の上方において水平方向に延在する第３水平延在部４３１と、第３水平延在部４３１から下方向に延在する第３垂直延在部４３１ａと、を有する。第３垂直延在部４３１ａは複数設けられている。これにより、第３配管３２を経て反応室５０内に導入されたガスは、第３水平延在部４３１と第３垂直延在部４３１ａとを経て、サセプタ９１の上に載置された基板９０の上に導入される。
【０１８２】
第３水平延在部４３１は、第１水平延在部４１１と隔壁によって分離されている。また、第３垂直延在部４３１ａは、第１水平延在部４１１及び第２水平延在部４２１を貫通して下方向に延在するが、第３垂直延在部４３１ａは、第１水平延在部４１１及び第２水平延在部４２１とは隔壁によって分離されている。そして、第３垂直延在部４３１ａの水平方向における位置は、第１垂直延在部４１１ａ及び第２垂直延在部４２１ａの水平方向における位置とは異なっている。この構成により、第１水平延在部４１１及び第１垂直延在部４１１ａを経て導入されたガスと、第２水平延在部４２１及び第２垂直延在部４２１ａを経て導入されたガスと、第３水平延在部４３１及び第３垂直延在部４３１ａを経て導入されたガスと、は、互いに別の経路を経て、互いに混合されずに、基板９０の上方に供給される。
【０１８３】
このように、本具体例においても、第１ガス供給部１０、第２ガス供給部２０及び第３ガス供給部３０は、互いに分離されている。
【０１８４】
そして、既に説明した第１原料ガスｇ１、第２原料ガスｇ２及び第３原料ガスｇ３を、第１ガス供給部１０、第２ガス供給部２０及び第３ガス供給部３０から基板９０に向けて供給することで、第１半導体層の成長（ステップＳ１１０）及び第２半導体層の成長（ステップＳ１２０）が実施される。この場合にも、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを互いに異なる出口（例えば、第１ガス導入部１１及び第２ガス導入部２１）から基板９０に向けて供給して第１半導体層が成長される。そして、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）から基板９０に向けて供給して、第２半導体層が成長される。
【０１８５】
なお、第２半導体層を成長させる工程においては、上記の同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）とは異なる出口（例えば第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスのいずれか一方を基板に向けてさらに供給することができる。
【０１８６】
また、図１３に関して説明したように、第２半導体層を成長させる工程においては、上記の同じ出口（例えば第１ガス導入部１１）とは異なる出口（第２ガス導入部２１）から、III族原料ガスとＶ族原料ガスとを混合して基板９０に向けてさらに供給することができる。
【０１８７】
すなわち、本実施形態に係る気相成長装置３１０において、反応室５０の外側の部分は、既に説明した気相成長装置２１２、２２０、２２１、２３０及び２３１における反応室５０の外側の部分の構成を適用できる。これにより、図４、図１０及び図１３に関して説明した動作のいずれかを実施できる。
【０１８８】
また、気相成長装置３１０、並びに、気相成長装置３１０において気相成長装置２１２、２２０、２２１、２３０及び２３１における反応室５０の外側の部分の構成を適用した気相成長装置において、測定部６０と制御部７０とをさらに設けることができる。
【０１８９】
上記においては、第１原料ガスがIII族原料ガスであり、第２原料ガスがＶ族原料ガスである場合が説明されたが、第１原料ガスがＶ族原料ガスであり、第２原料ガスがIII族原料ガスであっても良い。すなわち、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが互いに異なる出口から基板９０に向けて供給され、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント以上の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させ、また、III族原料ガスとＶ族原料ガスとが混合されて同じ出口から基板９０に向けて供給され、III族中におけるＡｌ組成比が１０原子パーセント未満の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させることができれば良い。
【０１９０】
なお、本明細書において「窒化物系半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物系半導体」に含まれるものとする。
【０１９１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、気相成長装置を構成する各要素の具体的な構成の、形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１９２】
その他、本発明の実施の形態として上述した気相成長方法及び気相成長装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての気相成長方法及び気相成長装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１９３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１９４】
１０…第１ガス供給部、 １１…第１ガス導入部、 １１ａ…第１仕切り板、 １１ａｅ…端部、 １１ａｈ…貫通孔、 １１ｂ…第２仕切り板、 １１ｂｅ…端部、 １１ｉ…内部混合部、 １２…第１配管（第１供給管）、 １３…第１原料ガス配管、 １３ｍ…第１マスフローコントローラ、 １３ｖ…第１バルブ、 １４ｖ…第１分配用バルブ、 １５ｖ…第２分配用バルブ、 ２０…第２ガス供給部、 ２１…第２ガス導入部、 ２１ｉ…内部混合部、 ２１ｎ…第２ガス導入壁、 ２２…第２配管（第４供給管）、 ２２ａ…混合用配管（第３供給管）、 ２３…第２原料ガス配管、 ２３ｍ…第２マスフローコントローラ、 ２３ｖ…第２バルブ、 ３０…第３ガス供給部、 ３１…第３ガス導入部、 ３１ｎ…第３ガス導入壁、 ３２…第３配管、 ３３…第３原料ガス配管、 ３３ｍ…第２マスフローコントローラ、 ３３ｖ…第３バルブ、 ４０…混合ガス供給部、 ４１…混合ガス導入部、 ４１ｃ…第１混合部仕切り板、 ４１ｄ…第２混合部仕切り板、 ４２…混合用配管（第２供給管）、 ４３…混合用第２原料ガス配管、 ４３ｍ…混合用ガスマスフローコントローラ、 ４３ｖ…混合用ガスバルブ、 ４４…切り替え用第２原料ガス配管、 ４４ｍ…切り替え用ガスマスフローコントローラ、 ４４ｖ…切り替え用ガスバルブ、 ４５、４５ａ…外部混合部、 ５０…反応室、 ５１…ガス導入部、 ６０…測定部、 ６１…光学モニタ光路、 ６２…測定データ信号線、 ７０…制御部、 ７１…混合制御信号線、 ７２…第１制御信号線、 ７３…ヒータ制御信号線、 ８０…ガス供給部、 ９０…基板、 ９１…サセプタ、 ９２…ヒータ、 ９３…ヒータ制御部、 １０１…バッファ層、 １０２…ｎ型コンタクト層、 １０３…発光層、 １０４…ｐ型電子ブロック層、 １０５…ｐ型コンタクト層、 １０６…ｐ側透明電極、 １０７…ｐ側電極、 １０８…ｎ側電極、 １１０…半導体発光素子、 ２１０〜２１２、２１８、２１９、２２０、２２１、２３０、２３１、３１０ 気相成長装置、 ４１１…第１水平延在部、 ４１１ａ…第１垂直延在部、 ４２１…第２水平延在部、 ４２１ａ…第２垂直延在部、 ４３１…第３水平延在部、 ４３１ａ…第３垂直延在部、 ｂｐ…反応生成物、 ｇ１…第１原料ガス、 ｇ２…第２原料ガス、 ｇ３…第３原料ガス、 ｇｌ…層流、 ｇｍ…混合ガス、 ｇｔ…乱流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置であって、
前記基板が配置される反応室と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給する第１ガス供給部と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか他方を前記基板に向けて供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第１ガス供給部及び前記第２ガス供給部の少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを混合させ、前記混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記少なくともいずれかのガス供給部の前記反応室の側に向けて供給する混合部を有し、
前記少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給して第１半導体層を成長させる第１動作と、前記混合部で混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記基板に向けて供給してIII族組成比が前記第１半導体層におけるIII組成比とは異なる第２半導体層を成長させる第２動作と、を切り替えて実施可能であることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記III族原料ガスは、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、エチルジメチルアミンアラン、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム及びトリエチルインジウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給して第１のＡｌ組成比の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる前記第１動作と、前記混合部で混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記基板に向けて供給して第１のＡｌ組成比よりも低い第２のＡｌ組成比の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる前記第２動作と、を切り替えて実施可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記第１半導体層におけるＡｌ組成比は、１０原子パーセント以上であり、
前記第２半導体層におけるＡｌ組成比は、１０原子パーセント未満であることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記混合部は、前記第１ガス供給部に設けられ、
前記第１ガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方が導入される第１配管をさらに有し、
前記混合部は、前記第１配管と前記反応室との間に設けられ、
前記混合部の前記第１配管の側に、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方が導入される配管が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記第１ガス供給部は、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方を前記反応室内に供給する第１供給管と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方を前記反応室内に供給する第２供給管と、
を有し、
前記混合部は、前記反応室の内部であって前記第１供給管と前記第２供給管とが接続される部分であり、
前記混合部の前記基板の側の端部よりも前記第１供給管及び前記第２供給管の側において、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスが互いに混合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記混合部は、前記第２ガス供給部に設けられ、
前記第２ガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方が導入される第２配管をさらに有し、
前記混合部は、前記第２配管と前記反応室との間に設けられ、
前記混合部の前記第２配管の側に、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方が導入される配管が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記第２ガス供給部は、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方を前記反応室内に供給する第３供給管と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方を前記反応室内に供給する第４供給管と、
を有し、
前記混合部は、前記反応室の内部であって前記第３供給管と前記第４供給管とが接続される部分であり、
前記混合部の前記基板の側の端部よりも前記第３供給管及び前記第４供給管の側において、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスが互いに混合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記第２半導体層の前記成長中に前記基板の表面の光学特性を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された光学特性から導出された前記基板の温度、前記第２半導体層の成長速度、及び、前記第２半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、前記III族原料ガスと前記Ｖ族原料ガスとの混合比を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項１】
III族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いて基板上に窒化物系半導体層を気相成長させる気相成長装置であって、
前記基板が配置される反応室と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給する第１ガス供給部と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか他方を前記基板に向けて供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第１ガス供給部及び前記第２ガス供給部の少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを混合させ、前記混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記少なくともいずれかのガス供給部の前記反応室の側に向けて供給する混合部を有し、
前記少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給して第１半導体層を成長させる第１動作と、前記混合部で混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記基板に向けて供給してIII族組成比が前記第１半導体層におけるIII組成比とは異なる第２半導体層を成長させる第２動作と、を切り替えて実施可能であることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記III族原料ガスは、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライド、エチルジメチルアミンアラン、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム及びトリエチルインジウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記少なくともいずれかのガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスのいずれか一方を前記基板に向けて供給して第１のＡｌ組成比の窒化物系半導体を含む第１半導体層を成長させる前記第１動作と、前記混合部で混合された前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスを前記基板に向けて供給して第１のＡｌ組成比よりも低い第２のＡｌ組成比の窒化物系半導体を含む第２半導体層を成長させる前記第２動作と、を切り替えて実施可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記第１半導体層におけるＡｌ組成比は、１０原子パーセント以上であり、
前記第２半導体層におけるＡｌ組成比は、１０原子パーセント未満であることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記混合部は、前記第１ガス供給部に設けられ、
前記第１ガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方が導入される第１配管をさらに有し、
前記混合部は、前記第１配管と前記反応室との間に設けられ、
前記混合部の前記第１配管の側に、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方が導入される配管が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記第１ガス供給部は、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方を前記反応室内に供給する第１供給管と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方を前記反応室内に供給する第２供給管と、
を有し、
前記混合部は、前記反応室の内部であって前記第１供給管と前記第２供給管とが接続される部分であり、
前記混合部の前記基板の側の端部よりも前記第１供給管及び前記第２供給管の側において、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスが互いに混合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記混合部は、前記第２ガス供給部に設けられ、
前記第２ガス供給部は、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方が導入される第２配管をさらに有し、
前記混合部は、前記第２配管と前記反応室との間に設けられ、
前記混合部の前記第２配管の側に、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方が導入される配管が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記第２ガス供給部は、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか一方を前記反応室内に供給する第３供給管と、
前記反応室に連通し、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスの前記いずれか他方を前記反応室内に供給する第４供給管と、
を有し、
前記混合部は、前記反応室の内部であって前記第３供給管と前記第４供給管とが接続される部分であり、
前記混合部の前記基板の側の端部よりも前記第３供給管及び前記第４供給管の側において、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスが互いに混合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記第２半導体層の前記成長中に前記基板の表面の光学特性を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された光学特性から導出された前記基板の温度、前記第２半導体層の成長速度、及び、前記第２半導体層の組成の少なくともいずれかに基づいて、前記III族原料ガスと前記Ｖ族原料ガスとの混合比を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１９１２３６（Ｐ２０１２−１９１２３６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３２２９０（Ｐ２０１２−１３２２９０）
【出願日】平成２４年６月１１日（２０１２．６．１１）
【分割の表示】特願２００９−２８３３５２（Ｐ２００９−２８３３５２）の分割
【原出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１１日（２０１２．６．１１）
【分割の表示】特願２００９−２８３３５２（Ｐ２００９−２８３３５２）の分割
【原出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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