JPH03112128A - 化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents
化合物半導体の気相成長装置Info
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- JPH03112128A JPH03112128A JP1251486A JP25148689A JPH03112128A JP H03112128 A JPH03112128 A JP H03112128A JP 1251486 A JP1251486 A JP 1251486A JP 25148689 A JP25148689 A JP 25148689A JP H03112128 A JPH03112128 A JP H03112128A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は化合物半導体の気相成長装置に関する。
従来、有機金属化合物気相成長法（以下ｒＭ。
ＶＰＥＪと記す）を用いて、窒化ガリウム系化合物半導
体（Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ＋−＊ Ｎ ； Ｘ＝Ｏを含
む）薄膜をサファイア基板上に気相成長させることや、
その窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を発光層とする発
光素子が研究されている。 窒化ガリウム系化合物半導体の単結晶ウェハーが容易に
得られないことから、窒化ガリウム系化合物半導体をそ
れと格子定数の近いサファイア基板上にエピタキシャル
成長させることが行われている。 そして、ＧａＡｓでは、円錐形状のバレル型のＭＯＶＰ
Ｅ法による気相成長装置を用いて、−度に多数枚のウェ
ハの気相成長を行っている。
体（Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ＋−＊ Ｎ ； Ｘ＝Ｏを含
む）薄膜をサファイア基板上に気相成長させることや、
その窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を発光層とする発
光素子が研究されている。 窒化ガリウム系化合物半導体の単結晶ウェハーが容易に
得られないことから、窒化ガリウム系化合物半導体をそ
れと格子定数の近いサファイア基板上にエピタキシャル
成長させることが行われている。 そして、ＧａＡｓでは、円錐形状のバレル型のＭＯＶＰ
Ｅ法による気相成長装置を用いて、−度に多数枚のウェ
ハの気相成長を行っている。
ところが、窒化ガリウム系化合物半導体を異物質で格子
定数の異なるサファイア基板に結晶成長させる場合には
、結晶成長が回能であるため、反応ガスの微妙な乱れが
直ちに格子欠陥につながる。 又、窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長の場合には
、成長温度が高いためＶ族元素の蒸気圧が高くなり、化
学量論数のバランスがくずれやすく、均質な大面積の結
晶膜を得ることが困難である。 従って、反応ガスの層流をくずさずに、流速を向上させ
ることが必要となる。 ところが、従来のバレル型の気相成長装置では、均一な
ガス流が得難く、化学量論数のバランスがくずれ易いＧ
ａＮ等では、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難で
あり、結晶にビットが発生し易く、表面モホロジーも悪
いという問題があった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、バレル型の気相成長装
置において、化合物半導体、特に、サファイア基板上に
窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長させる場合にお
いて、成長速度及び結晶の質に場所依存性の少ない結晶
成長を多量に行うための装置を提供することである。
定数の異なるサファイア基板に結晶成長させる場合には
、結晶成長が回能であるため、反応ガスの微妙な乱れが
直ちに格子欠陥につながる。 又、窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長の場合には
、成長温度が高いためＶ族元素の蒸気圧が高くなり、化
学量論数のバランスがくずれやすく、均質な大面積の結
晶膜を得ることが困難である。 従って、反応ガスの層流をくずさずに、流速を向上させ
ることが必要となる。 ところが、従来のバレル型の気相成長装置では、均一な
ガス流が得難く、化学量論数のバランスがくずれ易いＧ
ａＮ等では、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難で
あり、結晶にビットが発生し易く、表面モホロジーも悪
いという問題があった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、バレル型の気相成長装
置において、化合物半導体、特に、サファイア基板上に
窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長させる場合にお
いて、成長速度及び結晶の質に場所依存性の少ない結晶
成長を多量に行うための装置を提供することである。
上記課題を解決するための発明の構成は、有機金属化合
物ガスを用いた化合物半導体薄膜を気相成長させる装置
において、 反応ガス流の上流側に向かって先鋭な円錐形状をし、化
合物半導体薄膜を成長させる基板を多数その側面に配設
するバレル型のサセプタと、前記サセプタの基板の配設
される側面部の上部を微小間隙を空けて覆うと共に前記
サセプタを前記反応ガスの上流側から覆うライナー管と
、前記ライナー管の内部に反応ガスを分離して導く複数
の導入管と、 を有することをである。
物ガスを用いた化合物半導体薄膜を気相成長させる装置
において、 反応ガス流の上流側に向かって先鋭な円錐形状をし、化
合物半導体薄膜を成長させる基板を多数その側面に配設
するバレル型のサセプタと、前記サセプタの基板の配設
される側面部の上部を微小間隙を空けて覆うと共に前記
サセプタを前記反応ガスの上流側から覆うライナー管と
、前記ライナー管の内部に反応ガスを分離して導く複数
の導入管と、 を有することをである。
結晶成長の基板は円錐形状をしたバレル型のサセプタに
載置される。そのサセプタは円錐形状のライナー管によ
り、基板の載置される側面部で微小間隙を空けて覆われ
ている。従って、ライナー管に導入管で導かれた反応ガ
スは、ライナー管の上流部で混合されると共に、基板の
上部では、ガス流が絞られ円周方向及び径方向に均一な
高速の層流が得られる。 ｒ発明の効果】 この結果、円錐形状のサセプタの側面部の位置によらず
均一な結晶の成長が可能となり、−度に多数枚の結晶成
長したウェハを得ることができる。
載置される。そのサセプタは円錐形状のライナー管によ
り、基板の載置される側面部で微小間隙を空けて覆われ
ている。従って、ライナー管に導入管で導かれた反応ガ
スは、ライナー管の上流部で混合されると共に、基板の
上部では、ガス流が絞られ円周方向及び径方向に均一な
高速の層流が得られる。 ｒ発明の効果】 この結果、円錐形状のサセプタの側面部の位置によらず
均一な結晶の成長が可能となり、−度に多数枚の結晶成
長したウェハを得ることができる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
第１図において、石英管１０はその上端で０リング１５
でシールされてフランジ１４に当接し、緩衝材３８と固
定具３９を用い、ポル）４６．４７とナツト４８．４９
等により数箇所にてフランジ１４に固定されている。又
、石英管１０の下端は０リング４０でシールされてフラ
ンジ２７に螺子締固定置４１．４２により固定されてい
る。 石英管１０で囲われた内室１１には、反応ガスを導くラ
イナー管１２が配設されている。 ライナー管１２はガスの下流方向に広がった円錐形状を
している。従って、そのライナー管１２の軸に垂直な断
面は、第２図〜第５図に示すように、ガス流の方向であ
るＸ軸方向に沿って半径の大きくなる円形をしている。 又、ライナー管１２は、その下流側において、円錐形状
をしたバレル型のサセプタ２０を上流側から覆っている
。そして、多数のサファイア基板５０が載置されるサセ
プタ２０の側面部では、ライナー管１２はサセプタ２０
を微小間隙を隔てて覆っている。即ち、サファイア基板
５０とそれに面するライナー管１２の上部管壁２４との
間隙は、サファイア基板５０の上流部で１２ｍｍ、下流
部で４ｆｆＩＩ６に構成されている。このように、本実
施例では、微小間隙を下流側に沿って絞っている。この
ようにすることで、サファイア基板５０上で反応ガスの
高速な均一な層流を得ることができる。 サセプタ２０には操作棒２６が接続されており、フラン
ジ２７を取り外してその操作棒２６により、サファイア
基板５０を載置したサセプタ２０をライナー管１２の内
部に設置したり、結晶成長の終わった時に、ライナー管
１２からサセプタ２０を取り出せるようになっている。 又、ライナー管１２の上流側には、第１ガス管２８と第
２ガス管２９とが配設されている。第１ガス管２８は第
２ガス管２９の内部にあり、それらの両管２８．２９は
同軸状に２重管構造をしている。第１ガス管２８の第２
ガス管２９で覆われていない部分の周辺部には多数の穴
３ｏが開けられており、第２ガス管２９にも多数の穴３
ｏが開けられている。そして、第１ガス管２８により導
入された反応ガスはライナー管１２内へ吹出し、その場
所で、第２ガス管２９により導入されたガスと初めて混
合される。 その第１ガス管２８は第１マニホールド３１に接続され
、第２ガス管２９は第２マニホールド３２に接続されて
いる。そして、第１７二ホールド３１にはキャリアガス
の供給系統Ｉとトリメチルガリウム（以下ｒＴＭＧ」と
記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下ｒ
ＴＭＡ」と記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下ｒ
ＤＥＺ」と記す）の供給系統りとが接続され、第２７二
ホールド３２にはＮＨｓの供給系統Ｈとキャリアガスの
供給系統Ｉとが接続されている。 又、石英管１０の外周部には冷却水を循環させる冷却管
３３が形成され、その外周部には高周波電界を印加する
ための高周波コイル３４が配設されている。 又、ライナー管１２はフランジ１４を介して外部管３５
と接続されており、その外部管３５がらはキャリアガス
が導入されるようになっている。 又、サセプタ２０の側面部の試料載置面２０ａには、試
料の温度を測定する熱電対４３が配設されてあり、その
熱電対４３に接続された導線４４゜４５が操作棒２６に
沿って、外部に延びており、それにより、試料の温度を
外部から測定できるように構成されている。 このような装置構成により、第１ガス管２８で導かれた
ＴＭＧとＴＭＡとＤＥＺとＨ２との混合ガスと、第２ガ
ス管２９で導かれたＮＨ３とＨ２との混合ガスがそれら
の管の出口付近で混合され、その混合反応ガスはライナ
ー管１２によりサセプタ２０の側へ導かれ、サファイア
基板５０とライナー管１２の上部管壁２４との間で形成
された間隙を通過する。この時、サファイア基板５０上
の反応ガスの流れは、微小間隙により、円錐の円周方向
及び高さ方向に均一化された層流となる。この結果、基
板上での場所依存性の少ない良質な結晶が成長する。 尚、Ｎ型（ＤＡ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ ＮＨ膜を形
成する場合には、ＤＥＺを停止させて第１ガス管２８と
第２ガス管２９から混合ガスを流出させれば良く、■型
のＡＪＩＩ Ｇａｔ−ｘ Ｎ薄膜を形成する場合には、
ＤＥＺを供給して第１ガス管２８と第２ガス管２９Ｉ！
：からそれぞれの混合ガスを流出させれば良い。 ■型のＡ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ｎ薄膜を形成する
場合には、ＤＥＺはサファイア基板５０に吹き付けられ
熱分解し、ドーパント元素は成長するＡｌｚＧａ＋−ｘ
Ｎにドーピングされて、■型のＡｊ２ｘＧａ＋−ｘＮが
得られる。 次に本装置を用いて、サファイア基板５０上に次のよう
にして結晶成長をおこなった。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した（０００１）
面を主面とする単結晶のサファイア基板５０をサセプタ
２０に装着する。次に、Ｈ２を３１／分で、ｍ１ガス管
２８及び第２ガス管２９及び外部管３５を介してライナ
ー管１２に流しながら、温度１１００℃でサファイア基
板５０を気相エツチングした。次に温度を４００℃まで
低下させて、第１ガス管２８からＨ３を１０１／分、１
５℃のＴＭＡ中をバブリングしたＨ３を５０ｃｃ／分、
第２ガス管２９からＨ２を１０１７分、ＮＨ，を１０１
／分で２分間供給した。 この成長工程で、第６図に示すように、ＡＩＮのバッフ
ァ層５１が約２５０Ａの厚さに形成された。 次に、ＴＭＡの供給を停止して、試料温度を１１５０℃
に保持し、第１ガス管２８からＨｌを１０１／分、−１
５℃のＴＭＧ中をバブリングしたＨ２を１００ ｃｃ／
分、第２ガス管からＨ３を１０１／分、ＮＨ，を１０１
／分で６０分間供給し、膜厚約７虜のＮ型のＧａＮから
成る８層５２を成長させた。 この８層５２のＳ８Ｍ像及びＲＨＢＢＤ像を測定した結
果、良好な結晶が得られていることが分かった。 又、サファイア基板５００幅方向（ガス流に垂直な方向
）及び長さ方向くガス流に平行な方向）の膜厚を測定し
たが、均一な膜厚が得られた。
でシールされてフランジ１４に当接し、緩衝材３８と固
定具３９を用い、ポル）４６．４７とナツト４８．４９
等により数箇所にてフランジ１４に固定されている。又
、石英管１０の下端は０リング４０でシールされてフラ
ンジ２７に螺子締固定置４１．４２により固定されてい
る。 石英管１０で囲われた内室１１には、反応ガスを導くラ
イナー管１２が配設されている。 ライナー管１２はガスの下流方向に広がった円錐形状を
している。従って、そのライナー管１２の軸に垂直な断
面は、第２図〜第５図に示すように、ガス流の方向であ
るＸ軸方向に沿って半径の大きくなる円形をしている。 又、ライナー管１２は、その下流側において、円錐形状
をしたバレル型のサセプタ２０を上流側から覆っている
。そして、多数のサファイア基板５０が載置されるサセ
プタ２０の側面部では、ライナー管１２はサセプタ２０
を微小間隙を隔てて覆っている。即ち、サファイア基板
５０とそれに面するライナー管１２の上部管壁２４との
間隙は、サファイア基板５０の上流部で１２ｍｍ、下流
部で４ｆｆＩＩ６に構成されている。このように、本実
施例では、微小間隙を下流側に沿って絞っている。この
ようにすることで、サファイア基板５０上で反応ガスの
高速な均一な層流を得ることができる。 サセプタ２０には操作棒２６が接続されており、フラン
ジ２７を取り外してその操作棒２６により、サファイア
基板５０を載置したサセプタ２０をライナー管１２の内
部に設置したり、結晶成長の終わった時に、ライナー管
１２からサセプタ２０を取り出せるようになっている。 又、ライナー管１２の上流側には、第１ガス管２８と第
２ガス管２９とが配設されている。第１ガス管２８は第
２ガス管２９の内部にあり、それらの両管２８．２９は
同軸状に２重管構造をしている。第１ガス管２８の第２
ガス管２９で覆われていない部分の周辺部には多数の穴
３ｏが開けられており、第２ガス管２９にも多数の穴３
ｏが開けられている。そして、第１ガス管２８により導
入された反応ガスはライナー管１２内へ吹出し、その場
所で、第２ガス管２９により導入されたガスと初めて混
合される。 その第１ガス管２８は第１マニホールド３１に接続され
、第２ガス管２９は第２マニホールド３２に接続されて
いる。そして、第１７二ホールド３１にはキャリアガス
の供給系統Ｉとトリメチルガリウム（以下ｒＴＭＧ」と
記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下ｒ
ＴＭＡ」と記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下ｒ
ＤＥＺ」と記す）の供給系統りとが接続され、第２７二
ホールド３２にはＮＨｓの供給系統Ｈとキャリアガスの
供給系統Ｉとが接続されている。 又、石英管１０の外周部には冷却水を循環させる冷却管
３３が形成され、その外周部には高周波電界を印加する
ための高周波コイル３４が配設されている。 又、ライナー管１２はフランジ１４を介して外部管３５
と接続されており、その外部管３５がらはキャリアガス
が導入されるようになっている。 又、サセプタ２０の側面部の試料載置面２０ａには、試
料の温度を測定する熱電対４３が配設されてあり、その
熱電対４３に接続された導線４４゜４５が操作棒２６に
沿って、外部に延びており、それにより、試料の温度を
外部から測定できるように構成されている。 このような装置構成により、第１ガス管２８で導かれた
ＴＭＧとＴＭＡとＤＥＺとＨ２との混合ガスと、第２ガ
ス管２９で導かれたＮＨ３とＨ２との混合ガスがそれら
の管の出口付近で混合され、その混合反応ガスはライナ
ー管１２によりサセプタ２０の側へ導かれ、サファイア
基板５０とライナー管１２の上部管壁２４との間で形成
された間隙を通過する。この時、サファイア基板５０上
の反応ガスの流れは、微小間隙により、円錐の円周方向
及び高さ方向に均一化された層流となる。この結果、基
板上での場所依存性の少ない良質な結晶が成長する。 尚、Ｎ型（ＤＡ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ ＮＨ膜を形
成する場合には、ＤＥＺを停止させて第１ガス管２８と
第２ガス管２９から混合ガスを流出させれば良く、■型
のＡＪＩＩ Ｇａｔ−ｘ Ｎ薄膜を形成する場合には、
ＤＥＺを供給して第１ガス管２８と第２ガス管２９Ｉ！
：からそれぞれの混合ガスを流出させれば良い。 ■型のＡ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ｎ薄膜を形成する
場合には、ＤＥＺはサファイア基板５０に吹き付けられ
熱分解し、ドーパント元素は成長するＡｌｚＧａ＋−ｘ
Ｎにドーピングされて、■型のＡｊ２ｘＧａ＋−ｘＮが
得られる。 次に本装置を用いて、サファイア基板５０上に次のよう
にして結晶成長をおこなった。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した（０００１）
面を主面とする単結晶のサファイア基板５０をサセプタ
２０に装着する。次に、Ｈ２を３１／分で、ｍ１ガス管
２８及び第２ガス管２９及び外部管３５を介してライナ
ー管１２に流しながら、温度１１００℃でサファイア基
板５０を気相エツチングした。次に温度を４００℃まで
低下させて、第１ガス管２８からＨ３を１０１／分、１
５℃のＴＭＡ中をバブリングしたＨ３を５０ｃｃ／分、
第２ガス管２９からＨ２を１０１７分、ＮＨ，を１０１
／分で２分間供給した。 この成長工程で、第６図に示すように、ＡＩＮのバッフ
ァ層５１が約２５０Ａの厚さに形成された。 次に、ＴＭＡの供給を停止して、試料温度を１１５０℃
に保持し、第１ガス管２８からＨｌを１０１／分、−１
５℃のＴＭＧ中をバブリングしたＨ２を１００ ｃｃ／
分、第２ガス管からＨ３を１０１／分、ＮＨ，を１０１
／分で６０分間供給し、膜厚約７虜のＮ型のＧａＮから
成る８層５２を成長させた。 この８層５２のＳ８Ｍ像及びＲＨＢＢＤ像を測定した結
果、良好な結晶が得られていることが分かった。 又、サファイア基板５００幅方向（ガス流に垂直な方向
）及び長さ方向くガス流に平行な方向）の膜厚を測定し
たが、均一な膜厚が得られた。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係る気相成長装置
の構成図、第２図、第３図、第４図、第５図はＸ軸に垂
直なライナー管及びその内部の断面図、第６図はサファ
イア基板に成長する薄膜の構造を示した断面図である。 １０・・・−石英管 １２°・・ライナー管２０・・サ
セプタ ２８・・第１ガス管 ２９・−第２ガス管５０・・・・
サファイア基板 ５１・・ＡＩＮバッファ層 ５２・・Ｎ層 Ｈ・・−ＮＨ，の供給系統 ■・・・・キャリアガスの供給系統 Ｊ−・・−ＴＭＧの供給系統 Ｋ・・・・ＴＭＡの供給
系統Ｌ・・・ＤＥＺの供給系統
の構成図、第２図、第３図、第４図、第５図はＸ軸に垂
直なライナー管及びその内部の断面図、第６図はサファ
イア基板に成長する薄膜の構造を示した断面図である。 １０・・・−石英管 １２°・・ライナー管２０・・サ
セプタ ２８・・第１ガス管 ２９・−第２ガス管５０・・・・
サファイア基板 ５１・・ＡＩＮバッファ層 ５２・・Ｎ層 Ｈ・・−ＮＨ，の供給系統 ■・・・・キャリアガスの供給系統 Ｊ−・・−ＴＭＧの供給系統 Ｋ・・・・ＴＭＡの供給
系統Ｌ・・・ＤＥＺの供給系統
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 有機金属化合物ガスを用いた化合物半導体薄膜を気相成
長させる装置において、 反応ガス流の上流側に向かって先鋭な円錐形状をし、化
合物半導体薄膜を成長させる基板を多数その側面に配設
するバレル型のサセプタと、前記サセプタの基板の配設
される側面部の上部を微小間隙を空けて覆うと共に前記
サセプタを前記反応ガスの上流側から覆うライナー管と
、前記ライナー管の内部に反応ガスを分離して導く複数
の導入管と、 を有することを特徴とする化合物半導体の気相成長装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25148689A JP2849642B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25148689A JP2849642B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112128A true JPH03112128A (ja) | 1991-05-13 |
| JP2849642B2 JP2849642B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17223522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25148689A Expired - Lifetime JP2849642B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2849642B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5707066A (en) * | 1994-12-02 | 1998-01-13 | Nok Corporation | Boot assembly with adapter |
| WO2005096356A1 (ja) | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Toyo Tanso Co., Ltd. | サセプタ |
| US9622635B2 (en) | 2001-01-24 | 2017-04-18 | Irobot Corporation | Autonomous floor-cleaning robot |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP25148689A patent/JP2849642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5707066A (en) * | 1994-12-02 | 1998-01-13 | Nok Corporation | Boot assembly with adapter |
| US9622635B2 (en) | 2001-01-24 | 2017-04-18 | Irobot Corporation | Autonomous floor-cleaning robot |
| WO2005096356A1 (ja) | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Toyo Tanso Co., Ltd. | サセプタ |
| JP2005294508A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Toyo Tanso Kk | サセプタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2849642B2 (ja) | 1999-01-20 |
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