[发明专利]气相生长装置、气相生长方法、及半导体元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如纵向喷淋（showerhead）式MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机化学气相沉积）等气相生长装置、气相生长方法、及半导体元件的制造方法。

背景技术

以往，在发光二极管和半导体激光器等设备中，利用GaAs或InGaP等III－V族半导体结晶薄膜。最近，特别是被称为III－V氮化物（nitride）类的、以InGaN、InGaNAs为代表的氮化物结晶受到关注。

上述被称为III－V氮化物（nitride）类的InGaN、InGaNAs具有上述InGaP、InGaAs等III－V氮化物（nitride）类以外的半导体结晶所没有的、0.8eV～1.0eV的带隙，因此，可高效地发光和接收光。

此外，还报告了通过掺杂的氮化物（nitride）的组成来改变带隙的技术，优质的氮化物（nitride）类的半导体结晶受到来自各种半导体应用领域的关注。特别是，近年来，在期望高效化的太阳能电池领域中期待较高。

在制造这些半导体结晶时，众所周知有如下MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有机金属气相沉积）法：即，将三甲基镓（TMG）或三甲基铝（TMA）等有机金属气体、和氨气(NH3)、磷化氢(PH3)或砷化氢(AsH3)等氢化合物气体、或叔丁基胂（TBAs：tertiary butyl arsine）等碳氢化合物（hydrocarbon compound）气体作为对成膜有贡献的原料气体而导入到生长室，以生长化合物半导体结晶。

MOCVD法是将上述原料气体与惰性气体一起导入到生长室内进行加热、以使在规定基板上进行气相反应，从而在该基板上生长化合物半导体结晶的方法。

在利用MOCVD法来制造化合物半导体结晶时，对提高所生长的化合物半导体结晶的品质并抑制成本、如何确保最高限度的成品率和生产能力等方面始终有较高的要求。即，表示能从原料气体成膜多少结晶的成膜效率越高越好。此外，在用作为良好的器件时，优选膜厚及组成比均匀。

图12表示MOCVD法中使用的现有纵向喷淋式MOCVD装置200的一示例的示意性结构。在该MOCVD装置200中，连接有用于将原料气体和惰性气体从气体提供源202导入到反应炉201内部的生长室211的气体配管203。在反应炉201内部的生长室211的上部设置有喷淋板210作为气体导入部，该喷淋板210具有用于将原料气体和惰性气体导入到该生长室211的多个气体喷射孔。

此外，在反应炉201的生长室211的下部中央设置有通过未图示的致动器而旋转自如的转轴212。在该转轴212的前端以与喷淋板210相对的方式安装有基座（susceptor）208。在上述基座208的下部安装有用于对该基座208进行加热的加热器209。

此外，在反应炉201的下部设置有用于将该反应炉201内部的生长室211内的气体排放到外部的气体排放部204。该气体排放部204经由净化管（purge line）205与用于对排放出的气体进行无害化处理的废气处理装置206相连接。

在上述结构的纵向喷淋式MOCVD装置200中，在生长化合物半导体结晶的情况下，在基座208上设置1片或多片基板207，之后，通过转轴212的旋转使基座208旋转。然后，通过加热器209的加热，经由基座208将基板207加热到规定温度。从形成于喷淋板210的多个气体喷射孔将原料气体和惰性气体导入到反应炉201内部的生长室211中。

作为提供多种原料气体、在基板207上反应以形成薄膜的方法，以往，采用如下方法：在喷淋板210中对多种气体进行混合，从设置于喷淋板210的多个气体喷射口向基板207喷出原料气体。

近年来，一般多使用如下方法：即，对多种提供的气体分别设置缓冲区域，使各原料气体从该缓冲区域通过喷淋板210的气体喷射孔，以分离的状态提供到生长室。这是为了避免在喷淋头内发生气相反应。

例如，图13中示出日本专利特开平8－91989号公报（图2）（专利文献1）所公开的反应容器300。在该反应容器300中，采用如下层叠结构：即，将III族原料气体的缓冲区域301和V族原料气体的缓冲区域302上下设置，将气体流动通路分离，以使得各气体不会在生长室303以外的地方混合。在该反应容器300的情况下，上述III族原料气体喷射孔和V族原料气体喷射孔在喷淋板上交替地靠近配置。