JPH10167897A - GaN膜の成長方法 - Google Patents

GaN膜の成長方法

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JPH10167897A
JPH10167897A JP33503396A JP33503396A JPH10167897A JP H10167897 A JPH10167897 A JP H10167897A JP 33503396 A JP33503396 A JP 33503396A JP 33503396 A JP33503396 A JP 33503396A JP H10167897 A JPH10167897 A JP H10167897A
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JP
Japan
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gas
substrate
susceptor
gan
hydrogen
Prior art date
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Application number
JP33503396A
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English (en)
Inventor
Kimito Nishikawa
公人 西川
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Gaの有機金属とアンモニアを原料としてG
aN薄膜を成長させる場合、基板を極めて高温に加熱す
るから原料ガスの強い対流が起こり反応生成物が基板に
付きにくい。ためにGaN膜の生成効率が悪い。原料ガ
スの対流を抑制し均一な膜質膜厚のGaN薄膜を効率よ
く生成すること。 【解決手段】 水平に延びる内外2重筒の原料ガス供給
系を設け途中にウエハーを戴置したサセプタを置く。内
筒にはGaの有機金属ガスの供給管と、窒素化合物ガス
の供給管を通しキャリアガス(水素)を流す。外筒にも
水素ガス(パージガス)を外筒に通す。内筒の上壁に開
口を設け傾斜板を取り付けここから外筒を通る水素ガス
を下向き5゜〜45゜に曲げてサセプタの上に吹き出さ
せ、原料ガスをサセプタに強く押しつけ熱対流によって
原料ガスが舞い上がるのを防ぐ。パージガスの勢いによ
って原料ガスをサセプタ側に押し戻し反応が基板上で起
こり生成物は基板に着く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、MOCVD法に
よってGaN膜を成長させる方法に関する。特に基板の
上に側方から2種類以上の原料ガスを流し、加熱した基
板の近傍で反応させ、生成物であるGaNが基板の上に
堆積するようにした横型反応炉を用いるGaN膜の成長
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】GaNはバンドギャップが広いので、G
aN薄膜は青色発光素子の材料として有用である。Ga
Nの大型単結晶を作ることは難しいので基板にはサファ
イヤ基板やGaAs基板を使う。例えばサファイヤ基板
の上にMOCVD法によってGaN膜を作るのである。
原料はGaの有機金属ガスと、窒素化合物(アンモニア
NH3 、N2 )ガスである。キャリアガスとして水素ガ
スを用いる。Gaの有機金属ガスというのは例えばトリ
メチルGa(TMGa)、トリエチルGa(TEGa)
などである。
【0003】GaN薄膜を成長させる装置は未だ数多く
あるという訳ではない。大別すればガスが水平方向に流
れる横型炉と、ガスが上下方向に流れる縦型炉の2種類
がある。いずれもGaAs基板上のGaAs薄膜成長な
どに利用される装置をそのまま転用したものである。
【0004】図1は横型炉の例である。横に長い石英の
リアクタ1は内部に傾斜面を持つサセプタ2を有する。
サセプタ2の前方の傾斜面に基板9を戴せるようになっ
ている。サセプタ2は内部ヒータ(図示しない)或いは
外部ヒータによって加熱される。リアクタ1は前端に前
フランジ3、後端に後ろフランジ4を備える。前フラン
ジ3には前方から2本の原料ガスの供給管5、6が挿通
されている。
【0005】一方の供給管5からアンモニアNH3 ガス
が導入される。ノズル7はサセプタ2のすぐ直前に位置
している。他方の供給管6からはトリメチルGa(TM
Ga)が水素(キャリヤガス)と共に導入される。リア
クタ内1に入りノズル8から出る。2種類のガスはサセ
プタ2の直前で混合される。廃ガスや未反応ガスは後ろ
フランジ4の排出管10から排除される。これはGaA
s基板上のGaAs膜或いはInP基板上のInP膜成
長装置のための横型装置であるがGaNにはあまり用い
られない。
【0006】図2は縦型炉の例である。これもGaAs
膜やInP薄膜を作るための縦型炉である。縦長の炉1
1は円筒状で石英製である。その内部にはカーボン製の
サセプタ12が回転シャフト13によって昇降回転自在
に支持される。サセプタ12は内部に抵抗加熱ヒータを
内蔵し高温に加熱できるようになっている。リアクタ1
1の上頂部にはフランジ14があって、これを貫いて原
料ガスの供給管15、16が設けられる。
【0007】原料ガスは外部からリアクタ11の内部に
導かれノズル17、18からサセプタ12のすぐ近くに
導入される。リアクタ11の下方のフランジ19にはガ
ス排出管20がある。これは真空ポンプとつながってい
て、廃ガスや未反応ガスを排出するようになっている。
サセプタ12の上に基板9が戴せられてその上にGaN
の薄膜が成長する。これはGaAs装置の転用に過ぎ
ず、GaNの成長炉として実際に利用されていない。
【0008】さらにGaN薄膜用の縦型炉としては、特
開昭4−164895号に新しい提案がある。これもサ
セプタを高温に加熱するから原料ガスの対流が激しく起
こり生成物がサセプタに付き難いからガスをサセプタの
方へ強く押さえつける上下方向のガス流を工夫してい
る。横型炉と縦型炉では構造が違うのでこれを直接に横
型炉の構造に応用する事はむろんできない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】GaNの成長の為には
窒素源としてアンモニアガスを用いる。これはGaAs
やInPの原料ガスのアルシンAsH3 やフォスフィン
PH3 と違い分解温度が極めて高い。基板温度をかなり
の高温にしなければならない。1200℃もの高温にす
ることもある。基板をそのように高温にしなければなら
ないから、縦型炉横型炉ともに次のような問題がある。
【0010】縦型炉の場合、基板近傍の加熱されたガス
が熱対流を引き起こし原料ガスの下向きの流れを妨げ
る。そのためにサセプタより上で反応が起こり生成物が
基板に付着しない。薄膜生成効率が悪い。また膜厚分
布、膜質均一性が悪くなる。横型炉の場合、基板直上の
リアクタ内壁が加熱されその部分で原料ガスが分解され
その部分に生成物が付着する。それがフレークとなって
基板に舞い落ち薄膜の膜質が悪くなる。また対流によっ
て原料ガスが舞い上がるので反応がサセプタと離れた空
間で起こり薄膜が容易に生成されない。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のGaN膜の成長
方法は、原料ガスであるGaの有機金属ガスと、アンモ
ニアガスとを独立に基板の近傍に導き、基板面にほぼ平
行流れにして加熱された基板に供給し、斜め上方からパ
ージガスをGa有機金属ガスとアンモニアガスに対して
傾斜角が5゜〜45゜の角度になるように吹き付け、原
料ガスを基板面に押し付けるようにしてGaN膜を基板
面上に形成する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明のGaN膜成長装置は内外
二重筒よりなる横型の装置である。外筒の内部に内筒が
ほぼ同心になるように設けられる。内筒外筒の流れの途
中に開口部があってサセプタが設けられる。サセプタは
内部にヒータがあり抵抗加熱するようになっている。サ
セプタの表面はガス流れに平行である。内筒にアンモニ
アガスの原料供給管とトリメチルGaの供給管が平行に
設けられサセプタの直前に開口している。外筒には水素
ガスを流す。
【0013】サセプタの近傍の直上に外筒と内筒の間を
連通する開口部があって、開口部に傾斜板があり水素が
傾斜板を通って内管に入る。このパージガス(水素ガ
ス)によって原料ガスがサセプタの方へ押さえつけられ
る。原料ガスがサセプタに向けて抑えられるから原料ガ
スがサセプタに接触し効率よく気相反応が起こる。気相
反応の生成物がサセプタの上に戴置されたウエハーの上
に堆積する。それによってGaNの薄膜が生成される。
【0014】対流を抑制するパージガス(水素ガス)の
流れの傾斜角が、重要な因子であって、適当な斜角でサ
セプタに向けてガス流が形成されなければならない。ガ
ス流れ角の好適な範囲は5゜〜45゜である。その最適
値は15゜程度である。これは傾斜板の角度によって決
まるが、十分な大きさの傾斜板を使うと傾斜板角度がガ
ス流の角度にほぼ等しくなる。そのような場合、5゜〜
45゜というのは傾斜板の角度とほぼ等しいと考えられ
る。
【0015】傾斜角が0゜の場合、つまり上方から水素
ガスを斜めに吹き込まないときは高熱状態のサセプタに
よって惹起される強い熱対流のために原料ガスがサセプ
タに触れずに舞い上がる。反応生成物が基板上に成長し
ない。傾斜角が45゜を越える場合は、水素ガスが原料
ガスの流れを切断し擾乱するように働くので乱流が起こ
る。そのために薄膜は成長するが面内の膜質膜厚の均一
性が悪い。そこでパージガスの角度は5゜〜45゜とす
るのが良い。
【0016】
【実施例】図3によって本発明の実施例に係かるGaN
成長方法を実施するための横型炉の概略断面図である。
横型炉は矩形状断面を持つ外筒21と、この中にある矩
形状断面をもつ内筒22とをほぼ同心に組み合わせたも
のである。この例では、外筒21はステンレス製であ
る。内筒は石英製である。
【0017】内筒22の内部23にはキャリアガスとし
て水素ガスが流される。内筒22にはさらに2本の原料
供給管24、25が平行に設けられる。一方はアンモニ
アNH3 を供給する。他方はGaの有機金属ガスを供給
する。例えばトリメチルGaのガスであるがこれは水素
ガスとの混合として与えられる。外筒21と内筒22の
間は全体がパージガス(水素ガス)供給管26になって
いる。これは水素ガスH2 を送給するものである。内筒
22の一部には開口27があって外筒の水素ガスが内筒
に進入できるようになっている。
【0018】開口27には外筒ガスを内筒に導くように
傾斜した傾斜板28が片持ち支持されている。傾斜板2
8の下方には内筒22に開口29があり外筒21には流
れ方向に直交する分岐管部30が形成される。分岐管部
30にはカーボンのサセプタ31が回転昇降自在に設置
されている。サセプタ31の上に基板32を戴置するよ
うになっている。サセプタ31は回転軸33の上に固定
されている。回転軸33は回転し昇降する。サセプタ3
1の内部には抵抗加熱ヒータ34がある。
【0019】サセプタ31の高さは適当に変化させる
が、成長時にはサセプタ31の表面が内筒22の開口2
9の高さにほぼ等しいようにする。ウエハーを交換する
ときは回転軸33を下げて搬送手段(図示せず)の高さ
にし、ウエハーを運ぶようにする。ヒータ34は回転せ
ず外側のサセプタ31だけ回転する。基板32を回転す
ることによって成長の状態を円周方向に均一にすること
ができる。
【0020】トリメチルGaガスとアンモニアガスが内
管の内部で基板の直前で初めて混合する。そのままであ
ると基板の上方を僅かにかすめるだけであるが、水素ガ
スが斜め上方から基板向けて吹き付けるので原料ガスが
基板側に押さえつけられて混合ガスが基板に接触する。
基板は高熱になっているから基板上で混合ガスが反応し
て生成物を作る。これが基板上に薄膜となる。角度θが
小さすぎると抑える力が不足する。基板に十分な混合ガ
スが到達しない。角度θが大きすぎると、流れが乱れて
膜質が一定にならない。それでθは5゜〜45゜の程度
である。
【0021】
【発明の効果】Gaの有機金属ガスと、アンモニアガス
の供給管を別異にして基板の直前まで別々に導入するの
で空間で反応が起こって原料が無駄に消費されることが
ない。基板面に平行な流れとするから比較的広い面積の
薄膜を成長させることができる。
【0022】さらに斜め上方からパージガスを原料ガス
に吹き付けて、原料ガスの対流を防ぐから原料ガスが効
率よく基板まで運ばれる。基板上に生成物が成長しやす
くなる。斜めといっても45゜より小さい角度であるか
ら、原料ガスの流れを乱さない。だから膜厚、膜質の均
一性の高い薄膜を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例にかかる横形のGaN成長炉の概略構成
図。
【図2】従来例にかかる縦形のGaN成長炉の概略構成
図。
【図3】本発明の実施例にかかる横形GaN成長炉の概
略断面図。
【符号の説明】
1 リアクタ 2 サセプタ 3 前フランジ 4 後フランジ 5 原料ガス供給管 6 原料ガス供給管 7 ノズル 8 ノズル 9 基板 10 排気管 11 リアクタ 12 サセプタ 13 回転軸 14 フランジ 15 アンモニア供給管 16 トリメチルGa供給管 17 ノズル 18 ノズル 19 底フランジ 20 ガス排出管 21 外筒 22 内筒 23 内筒の内部空間 24 アンモニア用原料ガス供給管 25 トリメチルGa用原料ガス供給管 26 外筒空間 27 内筒の上開口 28 傾斜板 29 内筒の下開口 30 分岐管部 31 サセプタ 32 基板 33 回転軸 34 ヒータ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/205 H01L 21/205 33/00 33/00 C

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料ガスであるGaの有機金属ガスと、
    アンモニアガスとを独立に基板の近傍に導き、基板面に
    ほぼ平行流れにして基板に供給し、斜め上方からパージ
    ガスをGa有機金属ガスとアンモニアガスに対して傾斜
    角が5゜〜45゜の角度になるように吹き付け、原料ガ
    スを基板面に押し付けるようにしてGaN膜を基板面上
    に形成する事を特徴とするGaN膜の成長方法。
JP33503396A 1996-11-29 1996-11-29 GaN膜の成長方法 Pending JPH10167897A (ja)

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JP33503396A JPH10167897A (ja) 1996-11-29 1996-11-29 GaN膜の成長方法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214116B1 (en) * 1998-01-17 2001-04-10 Hanvac Corporation Horizontal reactor for compound semiconductor growth
JP2009029642A (ja) * 2007-07-25 2009-02-12 Tokuyama Corp Iii族窒化物製造装置
CN112164739A (zh) * 2020-09-28 2021-01-01 华灿光电(苏州)有限公司 微型发光二极管外延片的生长方法

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JP2009029642A (ja) * 2007-07-25 2009-02-12 Tokuyama Corp Iii族窒化物製造装置
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