JP5143689B2 - 気相成長装置及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 等の気相成長装置及び半導体素子の製造方法に関するものである。

従来、発光ダイオード及び半導体レーザの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ_３ ）、ホスフィン（ＰＨ_３ ）又はアルシン（ＡｓＨ_３ ）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ法が用いられている。

ＭＯＣＶＤ法は、上記の原料ガスを不活性ガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。

図１０に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。

このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１における内部の成長室１１１の上部には該成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。

また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、この回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられている。上記サセプタ１０８の下部には該サセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。

さらに、反応炉１０１の下部には、該反応炉１０１における内部の成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。

上記のような構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、サセプタ１０８に基板１０７が設置され、その後、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８が回転させられる。そして、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７が所定の温度に加熱され、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスが導入される。

複数の反応ガスを供給して基板上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレートに多数設けられているガス吐出口から基板に反応ガスを吹き出させる方法がとられていた。

しかし、成膜が行われる成長室内は排気系を用い、減圧して使用する場合が多いことから、シャワーヘッド内の圧力は成長室内に較べると格段に高く、シャワーヘッド内で気相反応が生ずることが避けられなかった。

この問題を解決するため、例えば特許文献１に開示された半導体製造装置には、図１１に示すように、複数の反応ガスにそれぞれバッファエリア２０１及びバッファエリア２０２とを２層上下に配置し、これらバッファエリア２０１及びバッファエリア２０２からそれぞれの反応ガスをシャワープレートのガス吐出孔２０３・２０４を通して、分離した状態で成長室へ供給する方法が示されている。この方法では、反応ガスが分離した状態で供給されるため、シャワーヘッド２００内で気相反応が生ずることはない。

一方、シャワープレートの複数のガス吐出孔から反応ガスを供給すると、基板上での濃度分布が不均一となり膜厚分布が異なると云う問題が生じる。

そこで、特許文献２では、図１２（ａ）に示すように、反応ガスを均等な濃度分布で基板上に供給し、基板上で気相反応させる方法が示されている。

すなわち、図１２（ｂ）に示すように、基板Ｐの設置上方の中央部にガス導入口３０１を設け、このガス導入口３０１からシャワープレート３０２へつながる拡開する外壁３０３の角度が大きい場合には、基板Ｐ上での反応ガスの濃度分布が均一とならない。これに対して、図１２（ａ）に示すように、ガス導入口３０１からシャワープレート３０２へつながる拡開する外壁３０３の角度を水平に近づけることにより、シャワープレート３０２のガス吐出孔での反応ガスの速度差を緩和でき、基板Ｐ上での反応ガスの濃度分布の均一化が図られる。

同様に、特許文献３では、図１３に示すように、基板４０１上の上部電極４０２と調整板４０３との間隔を変えることによって、上部電極４０２から吐出するガス流速を変更することが開示されている。

さらに、特許文献４では、図１４に示すように、シャワープレート５０１の周辺部に配置した環状のガス流路５０２に均等に配置したガス導入孔５０３からシャワープレート５０１上部空間に反応ガスを吐出させると共に、成長室５０４の周囲に環状のガス排出部５０５を設置し、ガス排出部５０５に均等配置した排気孔５０６を介して排ガスを排出している。これにより、基板５０７表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
特開平５−１５２２０８号公報（１９９３年６月１８日公開） 特開２００５−７２１９６号公報（２００５年３月１７日公開） 特開２００１−５３０６５号公報（２００１年２月２３日公開） 特開平３−２０３２２７号公報（１９９１年９月４日公開）

ところで、基板上に均一な膜厚分布の薄膜を再現性よく成長させるには、基板上で均等な濃度分布で反応ガスを気相反応させることが必要である。

しかしながら、従来の特許文献１の気相成長装置である半導体製造装置では、反応ガスが分離した状態で供給されるため、シャワーヘッド２００内で気相反応が生ずることはないが、各反応ガスのガス吐出孔２０３・２０４からのガス流速のばらつきにより、基板上での濃度分布が不均一となり、膜厚分布が異なると云う問題が生じる。

一方、特許文献２及び特許文献３の気相成長装置では、シャワープレート３０２又は上部電極４０２のガス吐出孔での反応ガスの速度差を緩和でき、基板Ｐ上での反応ガスの濃度分布の均一化が図られるが、基板Ｐの中心部及び周辺部の両方における濃度分布の均一化を図るためには、シャワープレート３０２又は上部電極４０２の上部に十分な高さ空間が必要となってしまう。

また、特許文献４の気相成長装置では、シャワープレート５０１の周辺部に配置した環状のガス流路５０２に均等に配置したガス導入孔５０３からシャワープレート５０１上部空間に反応ガスを吐出させることによって、周辺部からの周方向への反応ガス均一導入を可能とすることにより、基板５０７面上での周方向のガス流れを均一化している。しかし、基板５０７の中央部と周辺部とでのガス濃度の均一化は図れない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び半導体素子の製造方法を提供することにある。

本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、成長室の上側に設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスを供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、上記ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室は、中心部の方が周辺部よりも高さが高いことを特徴としている。

上記の発明によれば、原料ガスは、外周において環状に設けられた外環流路に導入され、外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁を通して、開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に導入される。そして、この中間室から、下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートを通して成長室内に原料ガスを供給して該成長室内の被処理基板にて気相成長が行われる。

この場合、中間室において周辺部から原料ガスを導入すると、周辺部と中央部とでは圧力損失が異なるので、原料ガスのガス流速が変化する。この結果、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布が不均一になるという問題が発生する。

そこで、本発明では、中間室は、中心部の方が周辺部よりも高さが高くなっている。このため、中間室の中央部での圧力損失を低減できるので、中間室の中心部においても、周辺部と同じガス流速を保持することができる。

したがって、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートにおけるガス吐出孔は、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっていることが好ましい。

これにより、中間室の中央部の圧力損失が中間室の周辺部の圧力損失に比べて小さくなる。

したがって、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布をさらに均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートにおけるガス吐出孔は、外周部の孔径が内周部の孔径よりも小さいことが好ましい。

これにより、ガス吐出孔の孔径を変化させることによって、具体的に、シャワープレートにおけるガス吐出孔を、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくすることができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートにおけるガス吐出孔は、外周部の配設密度が内周部の配設密度よりも小さいことが好ましい。

これにより、ガス吐出孔の配設密度を変化させることによって、具体的に、シャワープレートにおけるガス吐出孔を、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくすることができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記中間室は、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数の個別中間室からなっていることが好ましい。

これにより、複数の原料ガスを各個別中間室で滞留し、成長室内に原料ガスを供給し、該成長室内の被処理基板に気相成長を行わせることができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記複数の個別中間室は、積層配置されていることが好ましい。

これにより、複数の個別中間室を立体的にコンパクトに構成することができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記積層配置された個別中間室における下層の個別中間室には、前記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、該下層の個別中間室よりも上層の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられていることが好ましい。

これにより、各原料ガスが、積層配置された各個別中間室で混合されることなく、シャワープレートのガス吐出孔から成長室内に各原料ガスを供給することができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記積層配置された個別中間室における下層の個別中間室からさらに下側に向けて、前記シャワープレートにおける、原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された個別ガス供給管が設けられている共に、上記個別ガス供給管内には、上記下層の個別中間室よりも上層の個別中間室に連通する個別ガス供給管が挿入して設けられているとすることができる。

これにより、各原料ガスが、積層配置された各個別中間室で混合されることなく、成長室直前で混合後、シャワープレートのガス吐出孔から成長室内に各原料ガスを供給することができる。

また、本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートと中間室との間に冷却手段が設けられていることが好ましい。

これにより、反応性の高い原料ガスが中間室で化学変化するのを防止することができる。

本発明の半導体素子の製造方法は、上記課題を解決するために、上記記載の気相成長装置を用いて、半導体素子を製造することを特徴としている。

上記発明によれば、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を用いた半導体素子の製造方法を提供することができる。

本発明の気相成長装置は、以上のように、成長室の上側に設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスを供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、上記ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室は、中心部の高さ方向の間隔が周辺部の高さ方向の間隔よりも大きいものである。

また、本発明の半導体素子の製造方法は、以上のように、上記記載の気相成長装置を用いて、半導体素子を製造する方法である。

それゆえ、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び半導体素子の製造方法を提供するという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。

図２に、本発明の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相堆積）装置の一例である縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１０の模式的な構成の一例を示す。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図２に示すように、中空部である成長室１を有する反応炉２と、被処理基板としての被成膜基板３を載置するサセプタ４と、上記サセプタ４に対向しかつ底面にシャワープレート２１を持つガス供給手段としてのシャワーヘッド２０とを含んでいる。

上記サセプタ４の下側には被成膜基板３を加熱するヒータ５及び支持台６が設けられており、支持台６に取り付けた回転軸７が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、上記サセプタ４及びヒータ５が、サセプタ４の上面（シャワープレート２１側の面）が対向するシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転するようになっている。上記サセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７の周囲には、ヒータカバーである被覆板８が、これらサセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７を取り囲むように設けられている。

また、ＭＯＣＶＤ装置１０は、成長室１の内部のガスを周辺のガス排出口１ａを通して外部に排出するためのガス排出部１１と、このガス排出部１１に接続されたパージライン１２と、このパージライン１２に接続された排ガス処理装置１３とを有している。これにより、成長室１の内部に導入されたガスはガス排出部１１を通して成長室１の外部に排出され、排出されたガスはパージライン１２を通って排ガス処理装置１３に導入され、排ガス処理装置１３において無害化される。

さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０は、III 族元素を含む原料ガスとしてのIII 族系ガスの供給源となるIII 族系ガス供給源３１と、このIII 族系ガス供給源３１から供給されたIII 族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのIII 族系ガス配管３２と、III 族系ガス供給源３１から供給されるIII 族系ガスの供給量を調節することができるIII 族系ガス供給量調節部としてのマスフローコントローラ３３とを有している。上記III 族系ガス供給源３１は、III 族系ガス配管３２によって、マスフローコントローラ３３を介して、シャワーヘッド２０のIII 族系ガス供給部２３に接続されている。

なお、本実施の形態において、III 族元素としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）又はＩｎ（インジウム）等があり、III 族元素を含むIII 族系ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスの１種類以上を用いることができる。

また、このＭＯＣＶＤ装置１０は、Ｖ族元素を含む原料ガスとしてのＶ族系ガスの供給源となるＶ族系ガス供給源３４と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されたＶ族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのＶ族系ガス配管３５と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されるＶ族系ガスの供給量を調節することができるＶ族系ガス供給量調節部であるマスフローコントローラ３６とを有している。上記Ｖ族系ガス供給源３４は、Ｖ族系ガス配管３５によって、マスフローコントローラ３６を介してシャワーヘッド２０のＶ族系ガス供給部２４に接続されている。

なお、本実施の形態において、Ｖ族元素としては、例えば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）又はＡｓ（ヒ素）等があり、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ_３ ）、ホスフィン（ＰＨ_３ ）又はアルシン（ＡｓＨ_３ ）等の水素化合物ガスの１種類以上を用いることができる。

上記マスフローコントローラ３３・３６は図示しない制御部にて制御されるようになっている。

また、本実施の形態では、III 族系ガス供給部２３とシャワープレート２１との間に冷却手段としての冷水供給部２２が設けられており、この冷水供給部２２には、シャワープレート２１を冷却するために、冷水系配管３７により水冷装置３８から冷水が供給されるようになっている。なお、本実施の形態では、冷水供給部２２は冷却水を供給するようになっているが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。

次に、図１（ａ）（ｂ）を用いてシャワーヘッド２０の構成を説明する。

シャワーヘッド２０は、図１（ａ）に示すように、下から順番に、シャワープレート２１、冷水供給部２２、III 族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４が積層されて構成されている。

上記シャワープレート２１、冷水供給部２２、III 族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４は積層配置であるため、本実施の形態では、Ｖ族系ガス供給部２４における中間室及び個別中間室としてのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、中間室及び個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ、及び冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられた個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃを通してシャワープレート２１のガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出される。

また、III 族系ガス供給部２３におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂのIII 族系ガスは、冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられたIII 族系ガス供給管２３ｃを通してシャワープレート２１のガス吐出孔としてのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。

以下、それぞれについて、詳細に説明する。

まず、図３（ａ）に、図１（ａ）に示すＭＯＣＶＤ装置１０に用いられるシャワープレート２１の一例の模式的な平面図を示す。

シャワープレート２１には、成長室１にIII 族系ガスを供給するためのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３、及びＶ族系ガスを供給するためのガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ複数形成されている。そして、シャワープレート２１の面内（前記サセプタ４に向かい合っている表面内）において、III 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とが交互に配列されている。図３（ａ）に示す例においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配列方向は、水平方向及び垂直方向となっている。つまり、格子状となっている。ただし、この格子は正方格子に限らず、菱形の格子等でもよい。また、図３（ａ）に示す構成のシャワープレート２１における、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。

図３（ｂ）は、シャワープレート２１の他の例における模式的な平面図を示す。シャワープレート２１の複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５は、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっている。

具体的には、例えば、中央部２１ａと周辺部２１ｂとの違いによって、中央部２１ａでは孔径を大きくし、周辺部２１ｂでは孔径を小さくしている。これにより、周辺部２１ｂでのガスの流量を抑制することができる。なお、図３（ｂ）に示すように、周辺部２１ｂでIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の孔径を小さくした場合においても、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。勿論、中央部２１ａにおいても、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。

また、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくする方法としては、必ずしもこれに限らない。例えば、外周部としての周辺部２１ｂのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設密度が、内周部としての中央部２１ａのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設密度よりも小さいとすることも可能である。

次に、冷水供給部２２は、図１（ａ）に示すシャワープレート２１を一定の温度以下に冷却することによって、シャワープレート２１への反応生成物の付着を抑制し、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の目詰まりを防止する。

次に、各ガス供給部について説明する。

図１（ａ）に示すように、III 族系ガス供給部２３は、シャワーヘッド２０の例えば周辺部から供給されたIII族系ガスを均一にIII 族系ガス吐出孔Ｈ３に導くため、外環流路としてのIII 族系ガス外環流路２３ａと、III 族系ガスバッファエリア２３ｂと、このIII 族系ガスバッファエリア２３ｂから成長室１に連通するIII 族系ガス供給管２３ｃとにより構成されている。なお、III 族系ガス供給管２３ｃの断面は、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。また、本発明では、冷水供給部２２が無い場合には、III 族系ガス供給管２３ｃはなくても良い。その場合には、III 族系ガスバッファエリア２３ｂのIII 族系ガスはIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出される。

一方、同様に、Ｖ族系ガス供給部２４は、シャワーヘッド２０の周辺部より供給された反応ガスを均一にＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に導くため、外環流路としてのＶ族系ガス外環流路２４ａと、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂと、個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃとにより構成されている。なお、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの断面についても、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。

ここで、図４は、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの斜視図である（III 族系ガス外環流路２３ａも構造は同じであるため説明は省略する。）。

例えば、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの横方向から供給されたＶ族系ガスは、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの内周側に均等配置された複数の開口Ｈを有する開口付き内側壁としての開口付き仕切り２４ｄを介して、半径方向の内部に均一にＶ族系ガスバッファエリア２４ｂへ供給される。そして、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、前記複数のＶ族系ガス供給管２４ｃを通って、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ供給される。

すなわち、図１（ａ）に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ内には、Ｖ族系ガス供給管２４ｃが、それぞれのガスが混合しないよう分離されて配置されている。つまり、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの平面においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の位置には、III 族系ガスバッファエリア２３ｂからIII 族系ガス吐出孔Ｈ３へ連通されるIII 族系ガス供給管２３ｃが配置されていると共に、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の位置には、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂからＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に連通されるＶ族系ガス供給管２４ｃが柱のように林立していることになる。

次に、本実施の形態におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの高さ形状について、図１（ｂ）に基づいて説明する。図１（ｂ）は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの高さ形状を説明する断面図である。なお、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂのいずれにおいても説明は同じになるため、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂについて説明する。

図４で説明したように、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの開口付き仕切り２４ｄから、周方向に均一にＶ族系ガスバッファエリア２４ｂへ原料ガスが供給される。この原料ガスは、複数のＶ族系ガス供給管２４ｃを通って、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ送られる。

このとき、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの高さが一定であれば、圧力損失により、周辺部に比べて中央部での流速は遅くなり、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部とで異なってしまう。

そこで、本実施の形態では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂの上壁ＵＷの高さを周辺部よりも中心部で高くする形状とすることによって、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部とで均一となるようにしている。

この作用効果を、図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）のシミュレーション結果に基づいて説明する。ここで、図５（ａ）はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが水平である場合と傾斜を有する場合（中央部が周辺部よりも高い場合と低い場合）とにおけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３（又はＶ族系ガス吐出孔Ｈ５）での流速とシャワープレート２１の半径方向の位置との関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるシャワープレート２１の位置に対応する流速分布を示す図である（中央部が周辺部に比べて高い場合）。また、図６（ａ）はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷの中心部が周辺部に比べて高い場合におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）及び成長室１の圧力分布を示す図であり、図６（ｂ）はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷの中央部が周辺部に比べて低い場合におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）及び成長室１の圧力分布を示す図である。上記III 族系ガスバッファエリア２３ｂの上壁ＵＷは、本発明の分離板として機能する。

この図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）に示すデータは、上壁ＵＷの傾斜が流速及び圧力分布にどのような影響を与えるかを説明するものとして提示している。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが水平である場合には、周辺部から導入された原料ガスは、プロット「○」で示すように、シャワープレート２１の中心部に行くほど流速が小さくなる。これに対して、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが中央に向かって高くなるように傾斜している場合には、周辺部から導入された原料ガスは、プロット（黒四角）で示すように、シャワープレート２１の中心部でも流速が小さくなることはない。逆に、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが中央に向かって低くなるように傾斜している場合には、周辺部から導入された原料ガスは、プロット（×）で示すように、シャワープレート２１の中心部での流速が、上壁が水平のときよりも小さくなる。

図６（ａ）（ｂ）に示す原料ガスの圧力分布においても、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが中央に向かって高く傾斜している場合には、図６（ａ）に示すように、バッファエリア内の圧力は均一化されている。

これに対して、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが中央に向かって低くなるように傾斜している場合には、図６（ｂ）に示すように、周辺部から導入された原料ガスは、バッファエリアの中央部においては圧力が低くなっていることがわかる。

これらのことは、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ（又はＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ）の上壁ＵＷが中央に向かって高くなるように傾斜している場合には、図５（ａ）において、シャワープレート２１の周辺部及び中心部のいずれにおいても流速は殆ど変わらないことを示している。

この構成によって、本実施の形態では、シャワープレート２１のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から吐出されるIII 族系ガス及びＶ族系ガスについて、シャワープレート２１の全領域において、均一な流速を保持し、ガス濃度の均一化を図ることができるものとなっている。

次に、III −Ｖ族化合物半導体結晶を本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いたＭＯＣＶＤ法により成長させてIII −Ｖ族化合物半導体を製造する方法を、図１（ａ）（ｂ）及び図２に基づいて説明する。

すなわち、図２に示す構成の本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、III −Ｖ族化合物半導体結晶をＭＯＣＶＤ法により成長させる際には、まず、サセプタ４上に下地となる被成膜基板３が設置される。その後、回転軸７の回転により、サセプタ４の上面に設置された被成膜基板３の表面がシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転し、ヒータ５の加熱により、サセプタ４を介して被成膜基板３が所定の温度に加熱される。そして、シャワープレート２１に形成されているIII 族系ガス吐出孔Ｈ３からIII 族系ガスが成長室１に、被成膜基板３の表面に対して垂直方向に導入されると共に、シャワープレート２１に形成されているＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からＶ族系ガスが成長室１に、被成膜基板３の表面に対して垂直方向に導入される。これにより、被成膜基板３の表面上にIII −Ｖ族化合物半導体結晶が成長することになる。なお、ここでは、III 族系ガスの供給量及びＶ族系ガスの供給量は、図示しない制御部によってマスフローコントローラ３３・３６にて制御され、III 族系ガス及びＶ族系ガスのそれぞれが成長室１に供給されることになる。

III 族系ガス及びＶ族系ガスは、シャワープレート２１に交互に配列されたIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からそれぞれ供給されていることから、被成膜基板３の表面上方におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５との分布の偏りを低減することができる。

III 族系ガスとＶ族系ガスとが混合し濃度分布が均一となり、ヒータ５による被成膜基板３の加熱と相俟ってIII 族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応が被成膜基板３の表面近傍において進行する。

したがって、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いた場合には、従来の特許文献１〜４に記載の装置を用いた場合と比べて、被成膜基板３の表面におけるIII 族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応の均一性を向上することができる。

すなわち、特許文献１、４では、各反応ガスのガス吐出孔からのガス流速のばらつきにより、基板上での濃度分布が不均一となり、膜厚分布が異なると云う問題が生じていた。これに対して、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂを設けると共に、各III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂは、中心部の方が周辺部よりも高さが高いので、各原料ガスのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からのガス流速のばらつきがなくなっている。

また、特許文献２、３に対しては、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに原料ガスを導入することによって、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの高さを抑えている。

また、特許文献３は、排気位置に起因する成長室１での原料ガスの均一化を図るために、シャワープレートと調整板との間隔を調整している。これに対して、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂへの原料ガス導入時の流速分布の均一化を図っている。

なお、上記においては、III 族系ガス、Ｖ族系ガスを導入する場合について説明したが、本実施の形態においては、III 族系ガス及びＶ族系ガスと共に、不活性ガスやドーパント源となるガス等を成長室１に供給してもよい。

また、上記においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ円形である場合について説明したが、本発明においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の形状は特に限定されず、例えば、多角形又は楕円形等の形状にすることができる。

また、上記においては、被成膜基板３を１枚設置した場合について説明したが、本発明においては、被成膜基板３は１枚だけでなく複数枚設置してもよい。

さらに、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置１０を構成する反応炉２、シャワープレート２１及びその他の部材の形状が、図２に示す形状に限定されないことは言うまでもない。

最後に、上述したＭＯＣＶＤ装置１０を用いた具体的な例えば半導体レーザ素子の製造方法について、図７に基づいて説明する。図７は、ＧａＮ系の半導体レーザ素子５０を複式的に図解した断面図である。なお、半導体素子は、必ずしも半導体レーザ素子に限らず、ＬＥＤ素子等の半導体素子でもよい。

上記半導体レーザ素子５０の作製に際しては、図７に示すように、まず、厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮ基板５１を、上記ＭＯＣＶＤ装置１０内に搬入する。次に、キャリアガス（Ｈ_２ ）を流しながらＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ_３ 、及びＳｉＨ_４ を導入し、ｎ型ＧａＮ基板５１に約１１２５℃の基板温度の下でＳｉドープｎ型ＧａＮ下部コンタクト層５２を厚さ４μｍに成長させる。続いて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を所定流量で導入し、同じ基板温度の下で厚さ０．９５μｍのｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ下部クラッド層５３を形成する。この後、ＴＭＡの供給を停止し、同じ基板温度の下でＳｉドープｎ型ＧａＮ下部ガイド層５４を厚さ０．１μｍに成長させる。

その後、ＴＭＧ及びＳｉＨ_４ の供給を停止し、キャリアガスをＨ_２ からＮ_２ に代えて基板温度を約７２５℃まで下げた後に、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びＴＭＧを導入し、Ｉｎ_Ｖ Ｇａ_１−ＶＮ（０≦Ｖ≦１）障壁層を成長させる。続いて、ＴＭＩの供給を所定量にまで増加させ、Ｉｎ_Ｗ Ｇａ_１−ＷＮ（０≦Ｗ≦１）井戸層を成長させる。ＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との形成を繰り返して交互積層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸を含む活性層５５を形成する。ＩｎＧａＮの混晶からなる障壁層と井戸層との組成比及び厚さは、発光波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲内になるように設計され、井戸層の数は例えば３層とすることができる。

活性層５５の形成後、ＴＭＩ及びＴＭＧの供給を停止して、活性層５５よりも下のＧａＮ系半導体層５２〜５４の成長温度よりも低い約１０５０℃まで基板温度を高める。ここで、キャリアガスをＮ_２ からＨ_２ に代えて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びｐ型ドーピング剤のビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２ Ｍｇ）を導入し、例えば厚さ１８ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ蒸発防止層５６を形成する。

次に、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を調整して、同じ基板温度で例えば厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ上部ガイド層５７を形成する。続いて、ＴＭＡを所定流量で導入してＴＭＧの流量を調整し、同じ基板温度で例えば厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ上部クラッド層５８を形成する。そして、ＴＭＡの供給を停止してＴＭＧの供給量を調整し、同じ基板温度で例えば厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ上部コンタクト層５９を形成し、これによってエビタキシャル結晶成長を終了する。結晶成長終了後、ＴＭＧ及びＣｐ_２ Ｍｇの供給を停止して基板温度を下げ、室温にてウェハをＭＯＣＶＤ装置１０から取り出す。

得られたエビタキシャルウェハは、複数のレーザ素子チップに加工される。まず、ｐ型用電極部分の形成に際して、幅２μｍのストライプ状のレジストをＭｇドープｐ型ＧａＮ上部コンタクト層５９上に形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってリッジストライプ部６０を形成する。そして、電流狭窄のためのＳｉ０_２ 誘電体膜６１を蒸着によって形成する。次いで、レジストを剥離してＭｇドープｐ型ＧａＮ上部コンタクト層５９を露出させ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着してｐ型用電極６２を形成する。

その後、ｎ型ＧａＮ基板５１の第二主面を研磨等で削ることにより、ウェハ厚さを１４０μｍにし、ウェハを分割し易いようにする。そして、ｎ型ＧａＮ基板５１の第二主面上にＴｉ／Ａ１の順序で蒸着してｎ型用電極６３を形成する。ｎ型用電極まで形成されたウェハは、劈開してバー状に分割され、劈開面からなる共振器端面が形成される。このとき、共振器長は、例えば５００μｍに設定される。その後、各バーをリッジストライプと平行にダイシングして分割し、複数のレーザ素子チップを得る。

以上のプロセスにより、図７に示すＧａＮ系の半導体レーザ素子５０が得られる。

このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、成長室１の上側に設けられたシャワーヘッド２０から成長室１内に原料ガスを供給してこの成長室１内の被成膜基板３に気相成長を行う。そして、シャワーヘッド２０は、外周において環状に設けられて原料ガスが導入される例えばＶ族系ガス外環流路２４ａ（又はIII 族系ガス外環流路２３ａ）と、Ｖ族系ガス外環流路２４ａ（又はIII 族系ガス外環流路２３ａ）の内側に設けられ、かつ原料ガスを通す開口Ｈを有する開口付き仕切り２４ｄと、この開口付き仕切り２４ｄの内側に位置する原料ガスのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）と、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）の下流側に位置して複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）を有するシャワープレート２１とを備えていると共に、複数のＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）は、中心部の方が周辺部よりも高さが高い。

この構成により、原料ガスは、外周において環状に設けられた例えばＶ族系ガス外環流路２４ａ（又はIII 族系ガス外環流路２３ａ）に導入され、Ｖ族系ガス外環流路２４ａ（又はIII 族系ガス外環流路２３ａ）の内側に設けられ、かつ原料ガスを通す開口Ｈを有する開口付き仕切り２４ｄを通して、開口付き仕切り２４ｄの内側に位置する原料ガスのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）に導入される。

そして、このＶ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）から、下流側に位置して複数のＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）を有するシャワープレート２１を通して成長室１内に原料ガスを供給して該成長室１内の被成膜基板３にて気相成長が行われる。

この場合、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）において周辺部から原料ガスを導入すると、周辺部と中央部とでは圧力損失が異なるので、原料ガスのガス流速が変化する。この結果、成長室１の被成膜基板３面上のガス濃度分布が不均一になるという問題が発生する。

そこで、本実施の形態では、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）は、中心部の方が周辺部よりも高さが高くなっている。このため、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）の中央部での圧力損失を低減できるので、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）の中心部においても、周辺部と同じガス流速を保持することができる。

したがって、原料ガスをシャワープレート２１の上部の周辺部から導入した場合に、シャワープレート２１の上部の空間を有効活用でき、かつ、成長室１の被成膜基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３（又はＶ族系ガス吐出孔Ｈ５）は、このシャワープレート２１の中心から外周に向かって放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっていることが好ましい。

これにより、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂ（又はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ）の中央部の圧力損失が周辺部の圧力損失に比べて小さくなる。

したがって、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室１の被成膜基板３面上のガス濃度分布をさらに均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１におけるＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）は、外周部の孔径が内周部の孔径よりも小さいことが好ましい。

これにより、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）の孔径を変化させることによって、具体的に、シャワープレート２１におけるＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）を、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくすることができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１におけるＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）は、周辺部２１ｂの配設密度が中央部２１ａの配設密度よりも小さいとすることが可能である。

これにより、シャワープレート２１におけるＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）の配設密度を変化させることによって、具体的に、シャワープレート２１におけるＶ族系ガス吐出孔Ｈ５（又はIII 族系ガス吐出孔Ｈ３）を、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくすることができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂは、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスであるIII 族系ガス及びＶ族系ガスをそれぞれ収容する複数からなっている。

これにより、複数のIII 族系ガス及びＶ族系ガスをIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂで滞留し、成長室１内に原料ガスを供給し、成長室１内の被成膜基板３に気相成長を行わせることができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、複数のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂは、積層配置されていることが好ましい。

これにより、複数のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂを立体的にコンパクトに構成することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、積層配置されたIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおける下層のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂには、シャワープレート２１における、異なる種類の原料ガスを供給する複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に接続された、該下層のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂよりも上層のＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに連通するＶ族系ガス供給管２４ｃが貫通して設けられている。

これにより、各原料ガスが、積層配置されたIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂで混合されることなく、シャワープレート２１のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１内に各原料ガスを供給することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１とIII 族系ガスバッファエリア２３ｂとの間に冷水供給部２２が設けられていることが好ましい。

これにより、反応性の高い原料ガスがIII 族系ガスバッファエリア２３ｂで化学変化するのを防止することができる。

本実施の形態の半導体レーザ素子５０の製造方法では、上記記載のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、半導体レーザ素子５０を製造する。

これにより、原料ガスを周辺部から導入した場合に、成長室１の被成膜基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０を用いた半導体素子の製造方法を提供することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図８ないし図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１のＭＯＣＶＤ装置１０では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、シャワープレート２１におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とは異なる位置に配設されていた。

しかし、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置では、図８（ａ）（ｂ）及び図９に示すように、Ｖ族系ガス供給管２４ｃが、III 族系ガス供給管２３ｃの内側の同心に内在する２重管構造で配置されている点が異なっている。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置におけるガス供給管構造について、図８（ａ）（ｂ）及び図９に基づいて説明する。図８（ａ）（ｂ）は、ガス供給管構造の他の例における模式的な断面図であり、図９はシャワープレート２１をサセプタ側から見た平面図である。

本実施の形態では、図８（ａ）（ｂ）に示すように、Ｖ族系ガス供給管２４ｃは、III 族系ガス供給管２３ｃの内側に同心に挿入される２重管構造で配置されている。つまり、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの平面においては、III 族系ガスバッファエリア２３ｂからIII 族系ガス吐出孔Ｈ３へ連通されるIII 族系ガス供給管２３ｃが冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して配置されていると共に、そのIII 族系ガス供給管２３ｃの内側においては、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂからＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に連通されるＶ族系ガス供給管２４ｃがIII 族系ガス供給管２３ｃと同心に配置していることになる。２重管内側に位置するＶ族系ガス供給管２４ｃを成長室１まで伸ばさず、冷水系バッファエリア２２ｂ域でIII 族系ガスとＶ族系ガスとを混合させることによって、成長室１内での混合性を高めることができる。

上述の２重管構造を、シャワープレート２１を成長室１側から見た場合には、図９に示すように、III 族系ガス吐出孔Ｈ３と同じ形状の孔が格子状に並ぶこととなる。

このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置では、積層配置された個別中間室における下層の個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂからさらに下側に向けて、シャワープレート２１における、原料ガスを供給する複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３に接続された個別ガス供給管としてのIII 族系ガス供給管２３ｃが設けられている共に、上記III 族系ガス供給管２３ｃには、上記III 族系ガスバッファエリア２３ｂよりも上層の個別中間室としてのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに連通する個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃが挿入して設けられている。

これにより、各原料ガスが、積層配置された各個別中間室で混合されることなく、成長室１の直前で混合後、シャワープレート２１のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１内に各原料ガスを供給することができる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に反応ガスを供給するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置及び半導体素子の製造方法に利用できる。

本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、（ａ）はシャワーヘッドにおける比較例としての上壁が水平であるバッファエリアを示す断面図であり、（ｂ）はシャワーヘッドにおける本実施の形態の上壁が傾斜を有するバッファエリアを示す断面図である。 上記気相成長装置の全体構成を示す概略図である。 （ａ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの他の構成を示す平面図である。 上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のＶ族系外環流路の構成を示す斜視図である。 （ａ）はバッファエリアの上壁が水平である場合と傾斜を有する場合とにおけるガス吐出孔での流速と半径方向の位置との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の位置に対応する流速分布を示す図である。 （ａ）はバッファエリアの上壁の中央が高い場合におけるバッファエリア及び成長室の右半分の圧力分布を示す図であり、（ｂ）はバッファエリアの上壁の中央が低い場合におけるバッファエリア及び成長室の右半分の圧力分布を示す図である。 上記気相成長装置にて製造される半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明における気相成長装置の他の実施の形態を示すものであり、シャワーヘッドのガス供給管が２重構造であることを示す断面図であり、（ｂ）は２重管構造の詳細を示すものであり、（ａ）の破線領域を拡大して示す要部断面図である。 上記気相成長装置の２重管構造において、シャワープレートを成長室側（下側）から見たシャワープレートの平面図である。 従来の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。 従来の他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は、従来のさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の全体構成を示す概略図である。 従来のさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置におけるシャワーヘッドの構成を示す断面図である。 従来のさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置におけるシャワーヘッドの構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 成長室
１ａ ガス排出口
２ 反応炉
３ 被成膜基板（被処理基板）
４ サセプタ
５ ヒータ
７ 回転軸
１０ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
１１ ガス排出部
１２ パージライン
２０ シャワーヘッド（ガス供給手段）
２１ シャワープレート
２１ａ 中央部（内周部）
２１ｂ 周辺部（外周部）
２２ 冷水供給部
２２ｂ 冷水系バッファエリア
２３ III 族系ガス供給部
２３ａ III 族系ガス外環流路（外環流路）
２３ｂ III 族系ガスバッファエリア（中間室、個別中間室）
２３ｃ III 族系ガス供給管（個別ガス供給管）
２４ Ｖ族系ガス供給部
２４ａ Ｖ族系ガス外環流路（外環流路）
２４ｂ Ｖ族系ガスバッファエリア（中間室、個別中間室）
２４ｃ Ｖ族系ガス供給管（個別ガス供給管）
２４ｄ 開口付き仕切り（開口付き内側壁）
５０ 半導体レーザ素子
Ｈ 開口
Ｈ３ III 族系ガス吐出孔（ガス吐出孔）
Ｈ５ Ｖ族系ガス吐出孔（ガス吐出孔）
ＵＷ 上壁

Claims (6)

1. 成長室の上側に設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスを供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、
   上記ガス供給手段は、
   外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、
   上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、
   上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、
   上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、
   上記中間室は、中心部の方が周辺部よりも高さが高いと共に、
   上記シャワープレートにおけるガス吐出孔は、該シャワープレートの中心から外周に向かって放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっており、
   上記シャワープレートにおけるガス吐出孔は、外周部の孔径が内周部の孔径よりも小さいと共に、
   上記中間室は、分離板により積層配置するように区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数の個別中間室からなっていることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記シャワープレートにおけるガス吐出孔は、外周部の配設密度が内周部の配設密度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記積層配置された個別中間室における下層の個別中間室には、前記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、該下層の個別中間室よりも上層の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
4. 前記積層配置された個別中間室における下層の個別中間室からさらに下側に向けて、前記シャワープレートにおける、原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された個別ガス供給管が設けられている共に、
   上記個別ガス供給管内には、上記下層の個別中間室よりも上層の個別中間室に連通する個別ガス供給管が挿入して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
5. 前記シャワープレートと中間室との間に冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置を用いて、半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。