JPH03112129A - 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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- JPH03112129A JPH03112129A JP1251487A JP25148789A JPH03112129A JP H03112129 A JPH03112129 A JP H03112129A JP 1251487 A JP1251487 A JP 1251487A JP 25148789 A JP25148789 A JP 25148789A JP H03112129 A JPH03112129 A JP H03112129A
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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ＣＡＩＭ Ｇａ ＋−ｘ 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、従来のＧａＡｓ等で用いられているＭＯＶＰＥ
法による気相成長装置では、反応室に一様に反応ガスを
流して基板上に場所依存性のない均一な結晶を成長させ
ることが行われている。
体ＣＡＩＭ Ｇａ ＋−ｘ 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、従来のＧａＡｓ等で用いられているＭＯＶＰＥ
法による気相成長装置では、反応室に一様に反応ガスを
流して基板上に場所依存性のない均一な結晶を成長させ
ることが行われている。
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
、結晶成長が困難であるため、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ＧａＮ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。 又、従来の装置では化合物半導体の結晶成長において、
結晶収率が２０〜３０％と低く、高価な反応ガスがその
まま廃棄される場合が多い。 例えば、窒化ガリウムでは、■族元素Ｇａの反応ガスと
してトリメチルガリウムとＶ族元素Ｎの反応ガスとして
アンモニアが使用される。そして、結晶成長において、
Ｎ元素が不足がちになるため、■族反応ガスとＶ族反応
ガスの供給比率は１／１０００と、圧倒的にアンモニア
ガスの方が多い。しかし、ＧａＮとして結晶成長に使用
される割合はガス供給量に比べて極めて少なく、大部分
のアンモニアガスがそのまま廃棄されている。 このように、従来の装置では形成された薄膜の結晶性と
経済性に問題があった。 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、結晶性の良い化合物半
導体を一度に多数枚成長でき、且つその製造の経済性を
改善することである。
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
、結晶成長が困難であるため、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ＧａＮ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。 又、従来の装置では化合物半導体の結晶成長において、
結晶収率が２０〜３０％と低く、高価な反応ガスがその
まま廃棄される場合が多い。 例えば、窒化ガリウムでは、■族元素Ｇａの反応ガスと
してトリメチルガリウムとＶ族元素Ｎの反応ガスとして
アンモニアが使用される。そして、結晶成長において、
Ｎ元素が不足がちになるため、■族反応ガスとＶ族反応
ガスの供給比率は１／１０００と、圧倒的にアンモニア
ガスの方が多い。しかし、ＧａＮとして結晶成長に使用
される割合はガス供給量に比べて極めて少なく、大部分
のアンモニアガスがそのまま廃棄されている。 このように、従来の装置では形成された薄膜の結晶性と
経済性に問題があった。 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、結晶性の良い化合物半
導体を一度に多数枚成長でき、且つその製造の経済性を
改善することである。
上記ｉｉａを解決するための発明の構成は、有機金属化
合物ガスを反応管内の反応室に導き、その反応室におい
て化合物半導体を気相成長させる装置において、 前記反応室において、前記反応管の管軸方向に沿って、
多数の箇所で、結晶成長の基板を載置するサセプタを保
持する管軸方向に配設されたサセプタ保持部材と、 前記サセプタ保持部材を少なくとも上部から覆い、前記
管軸方向に伸び、前記反応ガスを上流側から下流側に沿
って導くガス案内部材であって、前記基板の載置される
部分では、その基板面との上部間隙が基板の幅方向に対
して一様に狭く絞られ、隣接する２つの基板が載置され
る間では、前記反応ガスの少なくとも１種のガスが供給
される供給口を有したガス案内部材と、 前記ガス案内部材の上流側に開口し、前記反応ガスを導
く導入管と、 前記ガス案内部材の前記供給口に接続され、前記反応ガ
スの少なくとも１種のガスを前記供給口から前記ガス案
内部材の内部に供給するガス供給管と を設けたことである。 ｒ作用】 窒化ガリウムの結晶成長を例にとれば、導入管からトリ
メチルガリウムガスとアンモニアガスとが供給される。 そのトリメチルガリウムガスとアンモニアガスの供給比
は１／１０００で、圧倒的にアンモニアガスの方が多い
。そして、その両反応ガスはガス案内部材に導かれて、
下流側に流れる。 ガス案内部材に覆われ、管軸方向に伸びたサセプタ保持
部材には、管軸に沿って多数の位置でサセプタが載置さ
れており、そのサセプタに基板が載置されている。両反
応ガスはガス案内部材に導かれて、基板上を層流となっ
て流れる。この時、ガス案内部材と基板との間隙は基板
平面に対して基板の幅方向に一様に狭く絞られている結
果、基板上の間隙における両反応ガスの流れは均一な層
流となり、基板表面上の均質、−様な結晶成長が可能と
なる。 一方、ガス導入管から多量に供給されたアンモニアガス
は、一部結晶成長に使用され、使用されなかったガスは
、更に、ガス案内部材に案内されて下流側に流れる。 又、ガス案内部材の供給口に接続されたガス供給管から
は、■族元素Ｇａを供給するトリメチルガリウムガスだ
けが補給される。 このようにして、不足する■族元素Ｇａを供給するトリ
メチルガリウムガスのみが各基板の上流側の供給口から
供給され、過剰なアンモニアガスと反応して、下流側の
基板上に窒化ガリウムが成長する。 以下、更に下流側に載置された基板に対しても過剰なア
ンモニアガスが流れ、同様な結晶成長が行われる。
合物ガスを反応管内の反応室に導き、その反応室におい
て化合物半導体を気相成長させる装置において、 前記反応室において、前記反応管の管軸方向に沿って、
多数の箇所で、結晶成長の基板を載置するサセプタを保
持する管軸方向に配設されたサセプタ保持部材と、 前記サセプタ保持部材を少なくとも上部から覆い、前記
管軸方向に伸び、前記反応ガスを上流側から下流側に沿
って導くガス案内部材であって、前記基板の載置される
部分では、その基板面との上部間隙が基板の幅方向に対
して一様に狭く絞られ、隣接する２つの基板が載置され
る間では、前記反応ガスの少なくとも１種のガスが供給
される供給口を有したガス案内部材と、 前記ガス案内部材の上流側に開口し、前記反応ガスを導
く導入管と、 前記ガス案内部材の前記供給口に接続され、前記反応ガ
スの少なくとも１種のガスを前記供給口から前記ガス案
内部材の内部に供給するガス供給管と を設けたことである。 ｒ作用】 窒化ガリウムの結晶成長を例にとれば、導入管からトリ
メチルガリウムガスとアンモニアガスとが供給される。 そのトリメチルガリウムガスとアンモニアガスの供給比
は１／１０００で、圧倒的にアンモニアガスの方が多い
。そして、その両反応ガスはガス案内部材に導かれて、
下流側に流れる。 ガス案内部材に覆われ、管軸方向に伸びたサセプタ保持
部材には、管軸に沿って多数の位置でサセプタが載置さ
れており、そのサセプタに基板が載置されている。両反
応ガスはガス案内部材に導かれて、基板上を層流となっ
て流れる。この時、ガス案内部材と基板との間隙は基板
平面に対して基板の幅方向に一様に狭く絞られている結
果、基板上の間隙における両反応ガスの流れは均一な層
流となり、基板表面上の均質、−様な結晶成長が可能と
なる。 一方、ガス導入管から多量に供給されたアンモニアガス
は、一部結晶成長に使用され、使用されなかったガスは
、更に、ガス案内部材に案内されて下流側に流れる。 又、ガス案内部材の供給口に接続されたガス供給管から
は、■族元素Ｇａを供給するトリメチルガリウムガスだ
けが補給される。 このようにして、不足する■族元素Ｇａを供給するトリ
メチルガリウムガスのみが各基板の上流側の供給口から
供給され、過剰なアンモニアガスと反応して、下流側の
基板上に窒化ガリウムが成長する。 以下、更に下流側に載置された基板に対しても過剰なア
ンモニアガスが流れ、同様な結晶成長が行われる。
ガス案内部材に対する基板上部の間隙は、基板の幅方向
に対して一様な厚さで狭く絞られているので、その間隙
における反応ガスの流れが基板の幅方向に対して均質且
つ一様となる結果、良質な結晶が得られる。又、ガス流
に沿って多数の箇所で基板が載置されており、過剰なガ
スは下流側に流れ、不足するガスだけ各基板の上流側か
ら供給されるので、ガスが無駄なく使用され、結晶成長
の効率が良いという効果がある。
に対して一様な厚さで狭く絞られているので、その間隙
における反応ガスの流れが基板の幅方向に対して均質且
つ一様となる結果、良質な結晶が得られる。又、ガス流
に沿って多数の箇所で基板が載置されており、過剰なガ
スは下流側に流れ、不足するガスだけ各基板の上流側か
ら供給されるので、ガスが無駄なく使用され、結晶成長
の効率が良いという効果がある。
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、円筒状の石英管１０はその左端で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、ボルト４６．４７とナツト４
８．４９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の右端はＯリング４０でシールさ
れてフランジ２７に螺子線固定具４１．４２により固定
されている。 石英管１０で囲われた反応室１１には、管軸（Ｘ軸）方
向に伸びたサセプタ保持部材２０が配設されており、反
応ガスは管軸方向に流れる。 そのサセプタ保持部材２０は、第２図、第３図に示すよ
うに、上部の平坦部２０１と下部の半円形状の脚部２０
２とを有している。脚部２０２が石英管１０の底面と当
接しており、平坦部２０１の上流側の端面は、フランジ
１４に固設された保持部材１７によって保持されて、平
坦部２０１が水平となるようになっている。又、平坦部
２０１の管軸に沿った多数の箇所では、凹形状のサセプ
タ保持部２１ａ−２１ｄが形成されている。そして、そ
のサセプタ保持部２１ａ−２１ｄに下流側に向かって上
り傾斜したサセプタ２２ａ−２２ｄが配設され、そのサ
セプタ２２ａ−２２ｄに結晶成長されるサファイア基板
５０ａ−５０ｄが配設されている。 一方、上記のサセプタ保持部材２０の平坦部２０１を上
部から覆うように管軸方向に伸びたガス案内部材１２が
配設されている。ガス案内部材１２は上部の屋根部１２
１とその屋根部１２１の両側で下側に突出した脚部１２
２．１２３とを有している。そして、その脚部１２２．
１２３の端面がサセプタ保持部材２０の平坦部２０１に
当接する−と共に、脚部１２２．１２３の側面が平坦部
２０１に設けられた突起２０３．２０４と当接して、反
応ガスが漏洩するのを防止している。 又、ガス案内部材１２の屋根部１２１の上流側端部は保
持部材１７で保持され、ガス案内部材１２が水平に保持
されるようになっている。屋根部１２１はサファイア基
板５０ａ−５０ｄが載置される部分１２４ａ−１２４ｄ
では、サファイア基板５０ａ−５０ｄと屋根部１２１と
の間隙がサファイア基板の幅方向（Ｙ軸）に−様に狭（
なっている。その間隙はサファイア基板５０ａ−５０ｄ
の上流端で１２ｍａ＋、下流端で４１１ＩＩＩ＋に構成
されている。 このように、本実施例では、サファイア基板上部の間隙
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５０ａ−５０ｄ上で反応ガスの高速な均
一な層流を得ることができる。 又、サファイア基板５０ｂ−５０ｄの上流側では、上方
向に突出した供給口１２５ｂ−１２５ｄが形成されてい
る。この状態で、フランジ２７を開けて、ガス案内部材
１２とサセプタ保持部材２０を反応室１１の外に取り出
したり、反応室１１内に装着できる。 一方、供給口１２５ｂ−１２５ｄに対応する位置で石英
管１０を貫いてガス供給管２３ ｂ−２３ｄが上下動自
在に機密性を保持して配設されている。サセプタ保持部
材２０とガス案内部材１２とを反応室１１に装着した状
態で、これらのガス供給管２３ｂ−２３ｄを下方に移動
させて、供給口１２５ｂ−１２５ｄに嵌挿させることが
できる。 又、ガス案内部材１２の上流側では、第１ガス管２８と
第２ガス管２９とが開口している。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
３０が開けられており、第２ガス管２９にも多数の穴３
０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ガス案内部材１２とサセプタ保持部
材２０とで構成される管体の中へ吹出し、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マニボールド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ｒＴＭＧＪと
記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下ｒ
ＴＭＡＪと記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下ｒ
ＤＥ２」と記す）の供給系統りとが接続され、第２マニ
ホールド３２にはＮ Ｉ−（、の供給系統Ｈとキャリア
ガスの供給系統■とが接続されている。 又、ガス供給管２３ｂ−２３ｄは′Ｍ３マニホールド３
３に接続されており、その第３マニホールド３３にはキ
ャリアガスの供給系統ＩとＴＭＧの供給系統ＪとＴＭＡ
の供給系統にとＤＥＺの供給系統り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
３６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、ガス案内部材１２とサセプタ保持部材２０で構成さ
れた管状体はフランジ１４を介して外部管３５と接続さ
れており、その外部管３５からはキャリアガスが導入さ
れるようになっている。 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ＮＨ，とＨ３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ガス案
内部材１２により下流側へと導かれる。又、各ガス供給
管２３ｂ−２３ｄを介して第１ガス管２８から吹き出さ
れるガスと同種のガスがガス案内部材１２の中に導入さ
れる。この結果、これらの反応ガスはサファイア基板５
０ａ−５０ｄとガス案内部材１２の上部管壁１２４ａ−
１２４ｄ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５０ａ−５０ｄ上の反応ガスの流れは、
微小間隙により、サファイア基板の幅方向（Ｙ方向）と
高さ方向（Ｚ方向）とに関して均−一様となる。この結
果、各サファイア基板５０ａ−５０ｄ上での場所依存性
の少ない良質な結晶が成長する。 尚、Ｎ型のＡ ｌ ｘ Ｇ ａ 、−ｘ Ｎ Ｂ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とガス供給管２３ｂ−２３ｄとから混合
ガスを流出させれば良く、■型のＡｊ２．Ｏａ＋−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２９とガス供給管２３ｂ−２３ｄと
からそれぞれの混合ガスを流出させれば良い。■型のＡ
Ｉｔ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ｎ ＃＃を形成する場合
には、ＤＥＺはサファイア基板５０ａ−５０ｄに吹き付
けられ熱分解し、ドーパント元素は成長するＡ１．ｌＧ
ａ１−ＸＮにドーピングされて、■型のＡｌｘＧａ＋−
ｘＮが得られる。 このように、上記の装置では、アンニモアガスは第２ガ
ス２９からのみ供給されて、上流側から下流側へと流れ
る。又、サファイア基板５０ａより下流では不足するＴ
ＭＧ、ＴＭＡＳＤＥＺはガス供給管２３ｂ−２３ｄから
も補給されることになり、上流側から供給されたアンニ
モアガスど反応して、下流側のサファイア基板５０ｂ−
５０ｄ上でも良好な結晶が成長する。 次に本装置を用いて、サファイア基板５０ａ−５０ｄ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５０ａ−５０ｄ
をサセプタ２２ａ−２２ｄに装着し、そのサセプタ２２
ａ−２２ｄをサセプタ保持部材２０のサセプタ保持部２
１ａ−２１ｄに載置した。 そして、ガス案内部材１２を上側から被せて、体となっ
たガス案内部材１２とサセプタ保持部材２０とを反応室
１１内の所定の位置に設定した。 次に、ガス供給管２３ｂ−２３ｄを降下させて、ガス案
内部材１２の供給口１２５ｂ−１２５ｄに挿入した。 次に、Ｈ３を３１／分で、第１ガス管２８及び第２ガス
管２９及び外部管３５を介してガス反応部材１２とサセ
プタ保持部材２０で囲まれた管体内に流しながら、温度
１１００℃でサファイア基板５０ａ−５０ｄ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及びガス供給管２３ｂ−２３ｄからＨ２を１
０Ｉ２／分、１５℃のＴＭＡ中をバブリングしたＨ２を
５０ｃｃ／分の割合で供給した。又、同時に第２ガス管
２９からＨ３を４０１／分、ＮＨ，を４０１／分で２分
間供給した。 この成長工程で、第４図に示すように、ＡＩＮのバッフ
ァｒＪ５１が約２５０人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、９３１ガス管２８及びガス供給管２３ｂ−２
３ｄからＨ２を１０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバブ
リングしたＨ３を１００ ｃｃ／分の割合で供給した。 又、これと同時に、第２ガス管からＨ３を４０１／分、
Ｎ Ｈｓを４０β／分で６０分間供給し、膜厚的７μｓ
のＮ型のＧａＮから戊るＮ層５２を成長させた。 このＮ層５２のＳＥＸ像及びＲＩＩ Ｅ Ｂ Ｄ像を測
定した結果、場所依存性のない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５０の幅方向（ガス流に垂直な方向
）及び長さ方向（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。 上記実施例では、サセプタ２２ａ−２２ｄの上面を下流
側に向かって上り傾斜させているが、第５図に示すよう
に、サファイア基板５０ａ−５０ｄの上面は平坦にして
、その代わりに、サファイア基板５０ａ−５０ｄ上のガ
ス案内部材１２の屋根部１２４ａ−１２４ｄを下流方向
に沿って下り傾斜に形成しても良い。
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、ボルト４６．４７とナツト４
８．４９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の右端はＯリング４０でシールさ
れてフランジ２７に螺子線固定具４１．４２により固定
されている。 石英管１０で囲われた反応室１１には、管軸（Ｘ軸）方
向に伸びたサセプタ保持部材２０が配設されており、反
応ガスは管軸方向に流れる。 そのサセプタ保持部材２０は、第２図、第３図に示すよ
うに、上部の平坦部２０１と下部の半円形状の脚部２０
２とを有している。脚部２０２が石英管１０の底面と当
接しており、平坦部２０１の上流側の端面は、フランジ
１４に固設された保持部材１７によって保持されて、平
坦部２０１が水平となるようになっている。又、平坦部
２０１の管軸に沿った多数の箇所では、凹形状のサセプ
タ保持部２１ａ−２１ｄが形成されている。そして、そ
のサセプタ保持部２１ａ−２１ｄに下流側に向かって上
り傾斜したサセプタ２２ａ−２２ｄが配設され、そのサ
セプタ２２ａ−２２ｄに結晶成長されるサファイア基板
５０ａ−５０ｄが配設されている。 一方、上記のサセプタ保持部材２０の平坦部２０１を上
部から覆うように管軸方向に伸びたガス案内部材１２が
配設されている。ガス案内部材１２は上部の屋根部１２
１とその屋根部１２１の両側で下側に突出した脚部１２
２．１２３とを有している。そして、その脚部１２２．
１２３の端面がサセプタ保持部材２０の平坦部２０１に
当接する−と共に、脚部１２２．１２３の側面が平坦部
２０１に設けられた突起２０３．２０４と当接して、反
応ガスが漏洩するのを防止している。 又、ガス案内部材１２の屋根部１２１の上流側端部は保
持部材１７で保持され、ガス案内部材１２が水平に保持
されるようになっている。屋根部１２１はサファイア基
板５０ａ−５０ｄが載置される部分１２４ａ−１２４ｄ
では、サファイア基板５０ａ−５０ｄと屋根部１２１と
の間隙がサファイア基板の幅方向（Ｙ軸）に−様に狭（
なっている。その間隙はサファイア基板５０ａ−５０ｄ
の上流端で１２ｍａ＋、下流端で４１１ＩＩＩ＋に構成
されている。 このように、本実施例では、サファイア基板上部の間隙
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５０ａ−５０ｄ上で反応ガスの高速な均
一な層流を得ることができる。 又、サファイア基板５０ｂ−５０ｄの上流側では、上方
向に突出した供給口１２５ｂ−１２５ｄが形成されてい
る。この状態で、フランジ２７を開けて、ガス案内部材
１２とサセプタ保持部材２０を反応室１１の外に取り出
したり、反応室１１内に装着できる。 一方、供給口１２５ｂ−１２５ｄに対応する位置で石英
管１０を貫いてガス供給管２３ ｂ−２３ｄが上下動自
在に機密性を保持して配設されている。サセプタ保持部
材２０とガス案内部材１２とを反応室１１に装着した状
態で、これらのガス供給管２３ｂ−２３ｄを下方に移動
させて、供給口１２５ｂ−１２５ｄに嵌挿させることが
できる。 又、ガス案内部材１２の上流側では、第１ガス管２８と
第２ガス管２９とが開口している。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
３０が開けられており、第２ガス管２９にも多数の穴３
０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ガス案内部材１２とサセプタ保持部
材２０とで構成される管体の中へ吹出し、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マニボールド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ｒＴＭＧＪと
記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下ｒ
ＴＭＡＪと記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下ｒ
ＤＥ２」と記す）の供給系統りとが接続され、第２マニ
ホールド３２にはＮ Ｉ−（、の供給系統Ｈとキャリア
ガスの供給系統■とが接続されている。 又、ガス供給管２３ｂ−２３ｄは′Ｍ３マニホールド３
３に接続されており、その第３マニホールド３３にはキ
ャリアガスの供給系統ＩとＴＭＧの供給系統ＪとＴＭＡ
の供給系統にとＤＥＺの供給系統り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
３６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、ガス案内部材１２とサセプタ保持部材２０で構成さ
れた管状体はフランジ１４を介して外部管３５と接続さ
れており、その外部管３５からはキャリアガスが導入さ
れるようになっている。 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ＮＨ，とＨ３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ガス案
内部材１２により下流側へと導かれる。又、各ガス供給
管２３ｂ−２３ｄを介して第１ガス管２８から吹き出さ
れるガスと同種のガスがガス案内部材１２の中に導入さ
れる。この結果、これらの反応ガスはサファイア基板５
０ａ−５０ｄとガス案内部材１２の上部管壁１２４ａ−
１２４ｄ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５０ａ−５０ｄ上の反応ガスの流れは、
微小間隙により、サファイア基板の幅方向（Ｙ方向）と
高さ方向（Ｚ方向）とに関して均−一様となる。この結
果、各サファイア基板５０ａ−５０ｄ上での場所依存性
の少ない良質な結晶が成長する。 尚、Ｎ型のＡ ｌ ｘ Ｇ ａ 、−ｘ Ｎ Ｂ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とガス供給管２３ｂ−２３ｄとから混合
ガスを流出させれば良く、■型のＡｊ２．Ｏａ＋−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２９とガス供給管２３ｂ−２３ｄと
からそれぞれの混合ガスを流出させれば良い。■型のＡ
Ｉｔ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ｎ ＃＃を形成する場合
には、ＤＥＺはサファイア基板５０ａ−５０ｄに吹き付
けられ熱分解し、ドーパント元素は成長するＡ１．ｌＧ
ａ１−ＸＮにドーピングされて、■型のＡｌｘＧａ＋−
ｘＮが得られる。 このように、上記の装置では、アンニモアガスは第２ガ
ス２９からのみ供給されて、上流側から下流側へと流れ
る。又、サファイア基板５０ａより下流では不足するＴ
ＭＧ、ＴＭＡＳＤＥＺはガス供給管２３ｂ−２３ｄから
も補給されることになり、上流側から供給されたアンニ
モアガスど反応して、下流側のサファイア基板５０ｂ−
５０ｄ上でも良好な結晶が成長する。 次に本装置を用いて、サファイア基板５０ａ−５０ｄ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５０ａ−５０ｄ
をサセプタ２２ａ−２２ｄに装着し、そのサセプタ２２
ａ−２２ｄをサセプタ保持部材２０のサセプタ保持部２
１ａ−２１ｄに載置した。 そして、ガス案内部材１２を上側から被せて、体となっ
たガス案内部材１２とサセプタ保持部材２０とを反応室
１１内の所定の位置に設定した。 次に、ガス供給管２３ｂ−２３ｄを降下させて、ガス案
内部材１２の供給口１２５ｂ−１２５ｄに挿入した。 次に、Ｈ３を３１／分で、第１ガス管２８及び第２ガス
管２９及び外部管３５を介してガス反応部材１２とサセ
プタ保持部材２０で囲まれた管体内に流しながら、温度
１１００℃でサファイア基板５０ａ−５０ｄ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及びガス供給管２３ｂ−２３ｄからＨ２を１
０Ｉ２／分、１５℃のＴＭＡ中をバブリングしたＨ２を
５０ｃｃ／分の割合で供給した。又、同時に第２ガス管
２９からＨ３を４０１／分、ＮＨ，を４０１／分で２分
間供給した。 この成長工程で、第４図に示すように、ＡＩＮのバッフ
ァｒＪ５１が約２５０人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、９３１ガス管２８及びガス供給管２３ｂ−２
３ｄからＨ２を１０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバブ
リングしたＨ３を１００ ｃｃ／分の割合で供給した。 又、これと同時に、第２ガス管からＨ３を４０１／分、
Ｎ Ｈｓを４０β／分で６０分間供給し、膜厚的７μｓ
のＮ型のＧａＮから戊るＮ層５２を成長させた。 このＮ層５２のＳＥＸ像及びＲＩＩ Ｅ Ｂ Ｄ像を測
定した結果、場所依存性のない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５０の幅方向（ガス流に垂直な方向
）及び長さ方向（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。 上記実施例では、サセプタ２２ａ−２２ｄの上面を下流
側に向かって上り傾斜させているが、第５図に示すよう
に、サファイア基板５０ａ−５０ｄの上面は平坦にして
、その代わりに、サファイア基板５０ａ−５０ｄ上のガ
ス案内部材１２の屋根部１２４ａ−１２４ｄを下流方向
に沿って下り傾斜に形成しても良い。
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図は第１図におけるｎ−■矢視方向の断
面図、第３図は第１図における■−ｍ矢視力向の断面図
、第４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、第５図は他の実施例に係る装置の特徴部を示
した断面図である。 １０−・石英管 １２ ガス案内部材 ２０−・サセプタ保持部材 ２１ａ−２１ｄ サセプタ保持部 ２２ ａ −２２ｄ °サセプタ ２０１゛・平坦部 １２１．１２４ａ−１２４ｄ−屋根部 １２５ ａ −１２５ｄ −供給口 ２３ｂ−２３ｄ−・−ガス供給管 ２８・・・第１ガス管（導入管） ２９・・第２ガス管（導入管） ５０ａ−５０ｄ・・°・サファイア基板５ニー・−Ａｊ
？Ｎ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パＴＭＧの供給系統 Ｋ −Ｔ Ｍ Ａの供給系統Ｌ
・・・・ＤＥＺの供給系統
の構成図、第２図は第１図におけるｎ−■矢視方向の断
面図、第３図は第１図における■−ｍ矢視力向の断面図
、第４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、第５図は他の実施例に係る装置の特徴部を示
した断面図である。 １０−・石英管 １２ ガス案内部材 ２０−・サセプタ保持部材 ２１ａ−２１ｄ サセプタ保持部 ２２ ａ −２２ｄ °サセプタ ２０１゛・平坦部 １２１．１２４ａ−１２４ｄ−屋根部 １２５ ａ −１２５ｄ −供給口 ２３ｂ−２３ｄ−・−ガス供給管 ２８・・・第１ガス管（導入管） ２９・・第２ガス管（導入管） ５０ａ−５０ｄ・・°・サファイア基板５ニー・−Ａｊ
？Ｎ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パＴＭＧの供給系統 Ｋ −Ｔ Ｍ Ａ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反応管内の反応室に導き、その反
応室において化合物半導体を気相成長させる装置におい
て、 前記反応室において、前記反応管の管軸方向に沿って、
多数の箇所で、結晶成長の基板を載置するサセプタを保
持する管軸方向に配設されたサセプタ保持部材と、 前記サセプタ保持部材を少なくとも上部から覆い、前記
管軸方向に伸び、前記反応ガスを上流側から下流側に沿
って導くガス案内部材であって、前記基板の載置される
部分では、その基板面との上部間隙が基板の幅方向に対
して一様に狭く絞られ、隣接する２つの基板が載置され
る間では、前記反応ガスの少なくとも１種のガスが供給
される供給口を有したガス案内部材と、 前記ガス案内部材の上流側に開口し、前記反応ガスを導
く導入管と、 前記ガス案内部材の前記供給口に接続され、前記反応ガ
スの少なくとも１種のガスを前記供給口から前記ガス案
内部材の内部に供給するガス供給管と を有することを特徴とする気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25148789A JP3090145B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP25148789A JP3090145B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23636598A Division JP3112445B2 (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112129A true JPH03112129A (ja) | 1991-05-13 |
| JP3090145B2 JP3090145B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=17223535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25148789A Expired - Fee Related JP3090145B2 (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) | JP3090145B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5707066A (en) * | 1994-12-02 | 1998-01-13 | Nok Corporation | Boot assembly with adapter |
| JP4928469B2 (ja) * | 2005-01-26 | 2012-05-09 | ジーケーエヌ・ドライブライン・ノースアメリカ・インコーポレーテッド | ジョイント用ブーツ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428295A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-30 | Nippon Telegraph & Telephone | Vapor growth process and apparatus therefor |
| JPH01215014A (ja) * | 1988-02-24 | 1989-08-29 | Toshiba Corp | 半導体結晶の成長方法 |
| JPH01231331A (ja) * | 1988-03-11 | 1989-09-14 | Seisan Gijutsu Shinko Kyokai | 半導体単結晶製造方法 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP25148789A patent/JP3090145B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428295A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-30 | Nippon Telegraph & Telephone | Vapor growth process and apparatus therefor |
| JPH01215014A (ja) * | 1988-02-24 | 1989-08-29 | Toshiba Corp | 半導体結晶の成長方法 |
| JPH01231331A (ja) * | 1988-03-11 | 1989-09-14 | Seisan Gijutsu Shinko Kyokai | 半導体単結晶製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5707066A (en) * | 1994-12-02 | 1998-01-13 | Nok Corporation | Boot assembly with adapter |
| JP4928469B2 (ja) * | 2005-01-26 | 2012-05-09 | ジーケーエヌ・ドライブライン・ノースアメリカ・インコーポレーテッド | ジョイント用ブーツ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3090145B2 (ja) | 2000-09-18 |
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