JPH11121386A - 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置Info
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- JPH11121386A JPH11121386A JP10236365A JP23636598A JPH11121386A JP H11121386 A JPH11121386 A JP H11121386A JP 10236365 A JP10236365 A JP 10236365A JP 23636598 A JP23636598 A JP 23636598A JP H11121386 A JPH11121386 A JP H11121386A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上さ
せること。 【解決手段】原料ガスとキャリアガスを反応管内の反応
室１１に導き、その反応室内のサセプタ２２に載置され
た基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させ
る気相成長装置である。基板の上方から第１のガスを供
給する供給口１２５と、基板の側方から第２のガスを供
給する導入口と、供給口に連続し、基板の上方から第１
のガスを下方に向かって流れを生じさせ、下方に向って
流れが広がるように案内して供給するガス案内部材１２
とを有する。
せること。 【解決手段】原料ガスとキャリアガスを反応管内の反応
室１１に導き、その反応室内のサセプタ２２に載置され
た基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させ
る気相成長装置である。基板の上方から第１のガスを供
給する供給口１２５と、基板の側方から第２のガスを供
給する導入口と、供給口に連続し、基板の上方から第１
のガスを下方に向かって流れを生じさせ、下方に向って
流れが広がるように案内して供給するガス案内部材１２
とを有する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の気相成長
装置に関する。
装置に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、有機金属化合物気相成長法（以下
「ＭＯＶＰＥ」と記す）を用いて、窒化ガリウム系化合
物半導体（ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ；X=0 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エハ
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。
「ＭＯＶＰＥ」と記す）を用いて、窒化ガリウム系化合
物半導体（ＡｌX Ｇａ1-X Ｎ；X=0 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エハ
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】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。
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。
【０００４】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、結晶にピットが発生し易く、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。
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、結晶にピットが発生し易く、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。
【０００５】例えば、窒化ガリウムでは、III 族元素Ｇ
ａ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、III 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。
ａ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、III 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。
【０００６】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。
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、原料ガスとキャリアガスを反応管内の
反応室に導き、その反応室内のサセプタに載置された基
板上に窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させる気
相成長装置において、基板の上方から第１のガスを供給
する供給口と、基板の側方から第２のガスを供給する導
入口と、供給口に連続し、基板の上方から第１のガスを
下方に向かって流れを生じさせ、下方に向って流れが広
がるように案内して供給するガス案内部材とを有するこ
とを特徴とする。
の発明の構成は、原料ガスとキャリアガスを反応管内の
反応室に導き、その反応室内のサセプタに載置された基
板上に窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させる気
相成長装置において、基板の上方から第１のガスを供給
する供給口と、基板の側方から第２のガスを供給する導
入口と、供給口に連続し、基板の上方から第１のガスを
下方に向かって流れを生じさせ、下方に向って流れが広
がるように案内して供給するガス案内部材とを有するこ
とを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、ガス案内部材
は、基板の上方に設けたられた供給口から吹き出された
第１のガスを下方に向って広げる第１の屋根部と、第１
の屋根部に連続し、第１のガスを前記基板に対して上方
向から基板に接触するように基板との間隙を下流に向か
って狭めて基板の上部を覆った第２の屋根部とから成る
ことを特徴とする。
は、基板の上方に設けたられた供給口から吹き出された
第１のガスを下方に向って広げる第１の屋根部と、第１
の屋根部に連続し、第１のガスを前記基板に対して上方
向から基板に接触するように基板との間隙を下流に向か
って狭めて基板の上部を覆った第２の屋根部とから成る
ことを特徴とする。
【０００９】請求項３に記載の発明は、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気相成長装置において、反
応室において、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配設し、各サ
セプタを上部から覆い、各サセプタに対して、それぞ
れ、第１のガスを下方に供給すると共に、各サセプタに
対して第２のガスを管軸方向に沿って、上流側から下流
側に沿って導くようにしたガス案内部材を設けたことを
特徴とする。
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気相成長装置において、反
応室において、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配設し、各サ
セプタを上部から覆い、各サセプタに対して、それぞ
れ、第１のガスを下方に供給すると共に、各サセプタに
対して第２のガスを管軸方向に沿って、上流側から下流
側に沿って導くようにしたガス案内部材を設けたことを
特徴とする。
【００１０】請求項４に記載の発明は、ガス案内部材
は、第１のガスを下方に向って広がる第１の屋根部と、
第１の屋根部に連続し、第１のガスを基板に対して上方
向から基板に接触するように案内する第２の屋根部とか
ら成ることを特徴とする。
は、第１のガスを下方に向って広がる第１の屋根部と、
第１の屋根部に連続し、第１のガスを基板に対して上方
向から基板に接触するように案内する第２の屋根部とか
ら成ることを特徴とする。
【００１１】請求項５に記載の発明は、ガス案内部材
は、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、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、ガス案内部材の
上流側に開口し、反応ガスを導く導入管と、ガス案内部
材の供給口に接続され、第１のガスを供給口から前記ガ
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。
は、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、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、ガス案内部材の
上流側に開口し、反応ガスを導く導入管と、ガス案内部
材の供給口に接続され、第１のガスを供給口から前記ガ
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。
【００１２】
【作用及び発明の効果】請求項１の発明では、基板の上
方から第１のガスを供給する供給口と、基板の側方から
第２のガスを供給する導入口と、供給口に連続し、基板
の上方から第１のガスを下方に向かって流れを生じさ
せ、下方に向って流れが広がるように案内して供給する
ガス案内部材が設けられているので、基板上に対する反
応ガスの層流の形成がさらに効率良く行われる。その結
果、基板上に成長する結晶は良質なものとなる。
方から第１のガスを供給する供給口と、基板の側方から
第２のガスを供給する導入口と、供給口に連続し、基板
の上方から第１のガスを下方に向かって流れを生じさ
せ、下方に向って流れが広がるように案内して供給する
ガス案内部材が設けられているので、基板上に対する反
応ガスの層流の形成がさらに効率良く行われる。その結
果、基板上に成長する結晶は良質なものとなる。
【００１３】請求項２の発明では、ガス案内部材が、第
１のガスを下方に向って広がる第１の屋根部と、第１の
屋根部に連続し、第１のガスを基板に対して上方向から
基板に接触するように案内する第２の屋根部とから成る
ので、基板上の第１のガスと第２のガスとを、さらに、
高品質な層流とすることができ、基板上に成長する結晶
の品質をさらに向上させることができる。
１のガスを下方に向って広がる第１の屋根部と、第１の
屋根部に連続し、第１のガスを基板に対して上方向から
基板に接触するように案内する第２の屋根部とから成る
ので、基板上の第１のガスと第２のガスとを、さらに、
高品質な層流とすることができ、基板上に成長する結晶
の品質をさらに向上させることができる。
【００１４】請求項３の発明では、反応室において、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配設し、各サセプタを上部から
覆い、各サセプタに対して、それぞれ、第１のガスを下
方に供給すると共に、各サセプタに対して第２のガスを
管軸方向に沿って、上流側から下流側に沿って導くよう
にしたガス案内部材を設けたので、複数の基板上におい
て、第１のガスと第２のガスとを混合した層流を形成す
ることができ、多数基板に対する良質な結晶成長を行う
ことができる。
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配設し、各サセプタを上部から
覆い、各サセプタに対して、それぞれ、第１のガスを下
方に供給すると共に、各サセプタに対して第２のガスを
管軸方向に沿って、上流側から下流側に沿って導くよう
にしたガス案内部材を設けたので、複数の基板上におい
て、第１のガスと第２のガスとを混合した層流を形成す
ることができ、多数基板に対する良質な結晶成長を行う
ことができる。
【００１５】請求項４の発明では、第１のガスを下方に
向って広がる第１の屋根部と、第１の屋根部に連続し、
第１のガスを基板に対して上方向から基板に接触するよ
うに案内する第２の屋根部との作用により、基板上の層
流が緻密なものとなり、結晶性を向上させることができ
る。
向って広がる第１の屋根部と、第１の屋根部に連続し、
第１のガスを基板に対して上方向から基板に接触するよ
うに案内する第２の屋根部との作用により、基板上の層
流が緻密なものとなり、結晶性を向上させることができ
る。
【００１６】請求項５の発明では、ガス案内部材が、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ているために、基
板上の反応ガスの層流の緻密さをさらに向上させること
ができる。
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ているために、基
板上の反応ガスの層流の緻密さをさらに向上させること
ができる。
【００１７】上記の結晶成長方法及び装置に関して、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。
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。
【００１８】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、一様な結晶
成長が可能となる。
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、一様な結晶
成長が可能となる。
【００１９】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、III 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。
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、III 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。
【００２０】このようにして、不足するIII 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。
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。
【００２１】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。」
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。」
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１において、円筒状の石英管１０
はその左端でＯ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４
６，４７とナット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の右端はＯリ
ング４０でシールされてフランジ２７に螺子締固定具４
１，４２により固定されている。
基づいて説明する。図１において、円筒状の石英管１０
はその左端でＯ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４
６，４７とナット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の右端はＯリ
ング４０でシールされてフランジ２７に螺子締固定具４
１，４２により固定されている。
【００２３】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、図２、図３に示すように、上部の平坦
部２０１と下部の半円形状の脚部２０２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。
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、図２、図３に示すように、上部の平坦
部２０１と下部の半円形状の脚部２０２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。
【００２４】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１２１とその屋根部１２１の両側で下側に突出
した脚部１２２，１２３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。
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１２１とその屋根部１２１の両側で下側に突出
した脚部１２２，１２３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。
【００２５】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１２４
ａ−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）
に一様に狭くなっている。その間隙はサファイア基板５
０ａ−５０ｄの上流端で12mm，下流端で４mm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。
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１２４
ａ−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）
に一様に狭くなっている。その間隙はサファイア基板５
０ａ−５０ｄの上流端で12mm，下流端で４mm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。
【００２６】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。
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。
【００２７】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２３ｂ−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３０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。
る位置で石英管１０を貫いてガス供給管２３ｂ−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３０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。
【００２８】その第１ガス管２８は第１マニホールド３
１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１マニホールド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
「ＴＭＧ」と記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニ
ウム（以下「ＴＭＡ」と記す）の供給系統Ｋとジエチル
亜鉛（以下「ＤＥＺ」と記す）の供給系統Ｌとが接続さ
れ、第２マニホールド３２にはＮＨ3 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。
１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１マニホールド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
「ＴＭＧ」と記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニ
ウム（以下「ＴＭＡ」と記す）の供給系統Ｋとジエチル
亜鉛（以下「ＤＥＺ」と記す）の供給系統Ｌとが接続さ
れ、第２マニホールド３２にはＮＨ3 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。
【００２９】又、ガス供給管２３ｂ−２３ｄは第３マニ
ホールド３３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ＫとＤＥＺの供給系統Ｌ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。
ホールド３３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ＫとＤＥＺの供給系統Ｌ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。
【００３０】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５０ａ−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５
０ａ−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。
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５０ａ−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５
０ａ−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。
【００３１】尚、Ｎ型のＡｌX Ｇａ1-X Ｎ薄膜を形成す
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、Ｉ型のＡｌX Ｇａ1-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。Ｉ型のＡｌX Ｇａ
1-X Ｎ薄膜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ＡｌX Ｇａ1-X Ｎにドーピングされて、
Ｉ型のＡｌX Ｇａ1-X Ｎが得られる。
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、Ｉ型のＡｌX Ｇａ1-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。Ｉ型のＡｌX Ｇａ
1-X Ｎ薄膜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ＡｌX Ｇａ1-X Ｎにドーピングされて、
Ｉ型のＡｌX Ｇａ1-X Ｎが得られる。
【００３２】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ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＤＥＺ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と反応して、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。
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ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＤＥＺ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と反応して、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。
【００３３】次に本装置を用いて、サファイア基板５０
ａ−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２２ａ−２
２ｄをサセプタ保持部材２０のサセプタ保持部２１ａ−
２１ｄに載置した。そして、ガス案内部材１２を上側か
ら被せて、一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。
ａ−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２２ａ−２
２ｄをサセプタ保持部材２０のサセプタ保持部２１ａ−
２１ｄに載置した。そして、ガス案内部材１２を上側か
ら被せて、一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。
【００３４】次に、Ｈ2 を３liter ／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−５０
ｄを気相エッチングした。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10liter ／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Ｈ2 を40 liter／分、ＮＨ3 をliter ／分
で２分間供給した。
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−５０
ｄを気相エッチングした。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10liter ／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Ｈ2 を40 liter／分、ＮＨ3 をliter ／分
で２分間供給した。
【００３５】この成長工程で、図４に示すように、Ａｌ
Ｎのバッファ層５１が約250 Å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及びガス供給管２３ｂ−２３ｄから
Ｈ2 を10 liter／分、−15℃のＴＭＧ中をバブリングし
たＨ2 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Ｈ2 を40liter ／分、ＮＨ3 を40li
ter ／分で60分間供給し、膜厚約７μｍのＮ型のＧａＮ
から成るＮ層５２を成長させた。このＮ層５２のSEM 像
及びRHEED 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。
Ｎのバッファ層５１が約250 Å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及びガス供給管２３ｂ−２３ｄから
Ｈ2 を10 liter／分、−15℃のＴＭＧ中をバブリングし
たＨ2 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Ｈ2 を40liter ／分、ＮＨ3 を40li
ter ／分で60分間供給し、膜厚約７μｍのＮ型のＧａＮ
から成るＮ層５２を成長させた。このＮ層５２のSEM 像
及びRHEED 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。
【００３６】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。
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。
【００３７】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−１２４
ｄを下流方向に沿って下り傾斜に形成しても良い。
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−１２４
ｄを下流方向に沿って下り傾斜に形成しても良い。
【図１】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
の構成図
【図２】図１におけるII−II矢視方向の断面図
【図３】図１におけるIII −III 矢視方向の断面図
【図４】サファイア基板に成長する薄膜の構造を示した
断面図
断面図
【図５】他の実施例に係る装置の特徴部を示した断面図
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 ２２ａ−２２ｄ─サセプタ ２０１─平坦部 １２１，１２４ａ−１２４ｄ─屋根部 １２５ａ−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 ５１─ＡｌＮバッファ層 ５２─Ｎ層 Ｈ─ＮＨ3 の供給系統 Ｉ─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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 馬渕 彰 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町（番地なし) 名古屋大学内
Claims (5)
- 【請求項１】原料ガスとキャリアガスを反応管内の反応
室に導き、その反応室内のサセプタに載置された基板上
に窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させる気相成
長装置において、 前記基板の上方から第１のガスを供給する供給口と、前
記基板の側方から第２のガスを供給する導入口と、前記
供給口に連続し、前記基板の上方から第１のガスを下方
に向かって流れを生じさせ、下方に向って流れが広がる
ように案内して供給するガス案内部材とを有することを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装
置。 - 【請求項２】前記ガス案内部材は、前記基板の上方に設
けたられた前記供給口から吹き出された前記第１のガス
を下方に向って広げる第１の屋根部と、前記第１の屋根
部に連続し、前記第１のガスを前記基板に対して上方向
から前記基板に接触するように前記基板との間隙を下流
に向かって狭めて前記基板の上部を覆った第２の屋根部
とから成ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長装置。 - 【請求項３】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
る気相成長装置において、 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配
設し、 前記各サセプタを上部から覆い、前記各サセプタに対し
て、それぞれ、第１のガスを下方に供給すると共に、前
記各サセプタに対して第２のガスを前記管軸方向に沿っ
て、上流側から下流側に沿って導くようにしたガス案内
部材を設けたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
導体の気相成長装置。 - 【請求項４】前記ガス案内部材は、前記第１のガスを下
方に向って広がる第１の屋根部と、前記第１の屋根部に
連続し、前記第１のガスを前記基板に対して上方向から
前記基板に接触するように案内する第２の屋根部とから
成ることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体の気相成長装置。 - 【請求項５】前記ガス案内部材は、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、 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、前記第１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請求項４に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23636598A 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23636598A 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 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25148789A Division JP3090145B2 (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 |
|---|---|
| JPH11121386A true JPH11121386A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3112445B2 JP3112445B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=16999726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23636598A Expired - Fee Related 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3112445B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261021A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Japan Pionics Co Ltd | 気相成長装置及び気相成長方法 |
| CN116716592A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-09-08 | 国镓芯科(成都)半导体科技有限公司 | 一种半导体制备系统 |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP23636598A patent/JP3112445B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261021A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Japan Pionics Co Ltd | 気相成長装置及び気相成長方法 |
| CN116716592A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-09-08 | 国镓芯科(成都)半导体科技有限公司 | 一种半导体制备系统 |
| CN116716592B (zh) * | 2023-08-08 | 2023-11-03 | 国镓芯科(成都)半导体科技有限公司 | 一种半导体制备系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3112445B2 (ja) | 2000-11-27 |
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