JP5524758B2 - Crystal growth equipment - Google Patents

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Description

本発明は、反応域に配設された基板を加熱しながら該基板上で反応させることによって、結晶物を基板上に気相成長させる結晶成長装置に関する。   The present invention relates to a crystal growth apparatus in which a crystal substance is vapor-phase grown on a substrate by reacting the substrate disposed in a reaction zone while heating the substrate.

アルミニウム系III族窒化物はバンドギャップエネルギーが大きな値を持つ。例えば窒化アルミニウムのバンドギャップエネルギーは6.2eV程度であり、窒化ガリウムのバンドギャップエネルギーは3.4eV程度である。窒化アルミニウムガリウムは、窒化アルミニウムと窒化ガリウムの混晶であり、両成分比に応じ窒化アルミニウムと窒化ガリウムのバンドギャップエネルギー間のバンドギャップエネルギーをとる。
したがって、アルミニウム系III族窒化物を用いることにより、他の半導体では不可能な紫外領域の短波長発光が可能となり、白色光源用の紫外発光ダイオード、殺菌用の紫外発光ダイオード、高密度光ディスクメモリの読み書きに利用できるレーザー、通信用レーザーなどの発光光源が製造可能になる。
Aluminum-based group III nitride has a large band gap energy. For example, the band gap energy of aluminum nitride is about 6.2 eV, and the band gap energy of gallium nitride is about 3.4 eV. Aluminum gallium nitride is a mixed crystal of aluminum nitride and gallium nitride, and takes a band gap energy between the band gap energies of aluminum nitride and gallium nitride according to the ratio of both components.
Therefore, by using an aluminum-based group III nitride, it becomes possible to emit light in the short wavelength in the ultraviolet region, which is impossible with other semiconductors, and for ultraviolet light emitting diodes for white light sources, ultraviolet light emitting diodes for sterilization, and high density optical disc memories Light emitting light sources such as lasers that can be used for reading and writing and lasers for communication can be manufactured.

上記のような発光光源の機能を発現する部分は、従来基板上に数ミクロン以下の薄膜を積層して形成することで一般的には試みられている。これは公知の分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、有機金属気相エピタキシー(MOVPE:Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法などの結晶成長方法により形成され、発光機能の発現を目的とした最適な積層構造の形成について既に多くの研究がなされている   In general, an attempt has been made to produce a light emitting light source function as described above by laminating a thin film of several microns or less on a conventional substrate. It is formed by crystal growth methods such as the well-known molecular beam epitaxy (MBE) method, metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, etc., and is an optimal stack for the purpose of expressing the light emitting function. Much research has already been done on the formation of structures.

下記の非特許文献1では、壁部が石英ガラスで形成された反応器、反応器内部へのハロゲン化アルミニウムを含むIII族ハロゲン化物ガス導入手段、同窒素源ガス導入手段、および基板の支持台を具備したハイドライド気相エピタキシー法結晶成長装置が開示されている。また、該結晶成長装置の支持台は、発熱抵抗体を内蔵した加熱支持台が用いられており、加熱支持台の発熱抵抗体としてはグラファイトが用いられている。こうした発熱抵抗体は、発熱抵抗体の保護のため、熱分解窒化ホウ素によって被覆され用いられている。また、反応器の外側に設置された外部加熱手段によっても加熱され、加熱支持台周辺部が加熱される。
図6に示す下記の非特許文献2では、縦型の反応器51において、上方側にガス導入手段52を設け、塩素ガスをアルミニウムワイヤー57と反応させて、反応器55に供給している。下側のデポジッションエリア58には、基板53のグラファイトからなる支持台54を設け、該支持台54がある反応器55の外周部には、高周波コイル56が配設され、加熱支持体54を高周波加熱することができる。
In the following Non-Patent Document 1, a reactor having a wall formed of quartz glass, a group III halide gas introduction means containing aluminum halide into the reactor, a nitrogen source gas introduction means, and a substrate support There is disclosed a hydride vapor phase epitaxy crystal growth apparatus comprising: In addition, a heating support with a built-in heating resistor is used as the support of the crystal growth apparatus, and graphite is used as the heating resistor of the heating support. Such a heating resistor is used by being coated with pyrolytic boron nitride to protect the heating resistor. Moreover, it heats also by the external heating means installed in the outer side of a reactor, and a heating support stand periphery part is heated.
In the following non-patent document 2 shown in FIG. 6, in the vertical reactor 51, gas introducing means 52 is provided on the upper side, and chlorine gas is reacted with the aluminum wire 57 and supplied to the reactor 55. A support base 54 made of graphite of the substrate 53 is provided in the lower deposition area 58, and a high-frequency coil 56 is disposed on the outer periphery of the reactor 55 where the support base 54 is located. High frequency heating is possible.

Journal of Crystal Growth Volume 300, Issue 1, 1 March 2007, Pages 42-44Journal of Crystal Growth Volume 300, Issue 1, 1 March 2007, Pages 42-44 A. Claudel, et al., Journal of Crystal Growth Volume 311, Issue 13, 15 June 2009, Pages 3371-3379A. Claudel, et al., Journal of Crystal Growth Volume 311, Issue 13, 15 June 2009, Pages 3371-3379

しかしながら、アルミニウム系III族窒化物の品質の良い結晶を得るためには、1700℃〜1800℃まで温度を上昇させる方が望ましい。
非特許文献1では、発熱抵抗体の保護のための被覆に熱分解窒化ホウ素を使用しており、発熱抵抗体の温度が1500℃以上となると、熱分解窒化ホウ素の分解が無視できなくなり、発熱抵抗体のグラファイトが反応系内に存在する腐食性ガスに曝される。グラファイトと腐食性ガスが激しく反応し、グラファイトを激しく損傷するため、熱分解窒化ホウ素が分解される以上の温度とすることができず、高温状態で原料を反応させるためには限界があった。
非特許文献2の技術では、加熱手段として高周波コイル56を使用しているので、支持体54を高温に加熱することはできるが、支持体54にグラファイトを使用しており、グラファイトが高温では不純物を発生し、また分解するためアルミニウム系III族窒化物成長層の不純物汚染の原因となる。
さらに、非特許文献2の反応器55では、縦型の方式をとっており、上下に長くなることから、ガスの対流が上下方向に生じ、原料ガスについても対流によって基板上に効率良く供給できないなどして、品質のよい結晶を得るためには、ガスの対流を軽減させることが課題に残っていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、品質の良いアルミニウム系III族窒化物の結晶を得るため反応温度を高温に維持させるとともに、反応器内のガス対流をできるだけ抑制できる結晶成長装置を提供することを目的とする。
However, it is desirable to raise the temperature from 1700 ° C. to 1800 ° C. in order to obtain high-quality crystals of the aluminum-based group III nitride.
In Non-Patent Document 1, pyrolytic boron nitride is used for coating for protecting the heat generating resistor. When the temperature of the heat generating resistor is 1500 ° C. or higher, decomposition of the pyrolytic boron nitride cannot be ignored, and heat is generated. The resistor graphite is exposed to the corrosive gas present in the reaction system. Since the graphite and the corrosive gas react vigorously and damage the graphite severely, the temperature cannot be increased beyond the decomposition of the pyrolytic boron nitride, and there is a limit to reacting the raw material at a high temperature.
In the technique of Non-Patent Document 2, since the high-frequency coil 56 is used as a heating means, the support 54 can be heated to a high temperature, but graphite is used for the support 54 and the graphite is an impurity at a high temperature. Is generated and decomposed, causing impurity contamination of the aluminum-based group III nitride growth layer.
Furthermore, since the reactor 55 of Non-Patent Document 2 has a vertical system and is vertically long, gas convection occurs in the vertical direction, and the source gas cannot be efficiently supplied onto the substrate by convection. Thus, in order to obtain high-quality crystals, it has been a problem to reduce gas convection.
The present invention has been made in view of such circumstances. In order to obtain a high-quality aluminum-based group III nitride crystal, the reaction temperature can be maintained at a high temperature, and gas convection in the reactor can be suppressed as much as possible. An object is to provide a crystal growth apparatus.

上記目的を達成するために、本発明の結晶成長装置は、ハロゲン化アルミニウムを含むIII族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを、反応域に配設された基板を加熱しながら該基板上で反応させることにより、アルミニウム系III族窒化物を前記基板上に気相成長させる結晶成長装置において、上下方向へ延びる縦管部及び該縦管部の上端部から左右方向へ延びる横管部とから構成されるT字状の反応器と、前記縦管部の上端が前記横管部に臨んだ領域にて前記基板を保持するタングステン製の加熱支持台と、前記縦管部の上側周囲に配設され、前記加熱支持台を誘導加熱する高周波コイルと、前記横管部に導入され前記III族ハロゲン化物を前記基板上に供給する第1のガス供給管と、前記横管部に導入され前記窒素源ガスを前記基板上に供給する第2のガス供給管と、前記横管部の端部側に形成され前記反応器内のガスを排出させる排気口とを備えている。
上記結晶成長装置は、前記加熱支持台の底面が前記縦管部の下方へ延びる支持軸に接続され、該支持軸は前記縦管部の下部に配設された駆動モータの回転軸に連結され、支持軸を中心に支持台を回動することが好ましい。
上記結晶成長装置は、前記縦管部の内周面と前記支持軸との間を仕切るチューブを設け、前記内周面と前記チューブとの間に形成される環状空間に第1のガス導入口を形成し、前記チューブと前記支持軸との間の中央空間に第2のガス導入口を設け、これらのガス導入口から導入されるガスを前記横管部を介して前記排気口から排出することが好ましい。
上記結晶成長装置は、前記支持軸の下端部を石英材で形成することが好ましい。
上記結晶成長装置は、前記基板の上方に位置する横管部に該横管部を上下に仕切る仕切り板を配設することが好ましい。
In order to achieve the above object, the crystal growth apparatus of the present invention reacts a group III halide gas containing aluminum halide and a nitrogen source gas on the substrate while heating the substrate disposed in the reaction zone. In the crystal growth apparatus for vapor-phase-growing aluminum-based group III nitride on the substrate, the vertical tube portion extending in the vertical direction and the horizontal tube portion extending in the left-right direction from the upper end portion of the vertical tube portion are configured. A T-shaped reactor, a tungsten heating support that holds the substrate in a region where the upper end of the vertical tube portion faces the horizontal tube portion, and an upper periphery of the vertical tube portion A high-frequency coil for inductively heating the heating support, a first gas supply pipe that is introduced into the horizontal tube portion and supplies the group III halide onto the substrate, and is introduced into the horizontal tube portion and the nitrogen Source gas to the substrate And it includes a second gas supply pipe for supplying, and an exhaust port for formed on the end side of the transverse pipe portion discharge the gas in the reactor.
In the crystal growth apparatus, a bottom surface of the heating support base is connected to a support shaft that extends downward from the vertical tube portion, and the support shaft is connected to a rotation shaft of a drive motor disposed below the vertical tube portion. It is preferable to rotate the support base around the support shaft.
The crystal growth apparatus includes a tube that partitions an inner peripheral surface of the vertical tube portion and the support shaft, and a first gas inlet port in an annular space formed between the inner peripheral surface and the tube And a second gas introduction port is provided in a central space between the tube and the support shaft, and the gas introduced from these gas introduction ports is discharged from the exhaust port through the horizontal tube portion. It is preferable.
In the crystal growth apparatus, the lower end portion of the support shaft is preferably formed of a quartz material.
In the crystal growth apparatus, it is preferable that a partition plate for vertically partitioning the horizontal tube portion is disposed in the horizontal tube portion positioned above the substrate.

本発明の結晶成長装置は、上下方向へ延びる縦管部及び該縦管部の上端部から左右方向へ延びる横管部とから構成されるT字状の反応器を設け、前記横管部に導入され前記III族ハロゲン化物を前記基板上に供給する第1のガス供給管と、前記横管部に導入され前記窒素源ガスを前記基板上に供給する第2のガス供給管を備えている。気体は温度差などで上下方向に対流しやすいが、横管部を用いることで、ガスの上下方向の対流を防止することによって、基板上に原料の供給が好適に行われ、より好適な反応環境を付与できる。
上記結晶成長装置は、前記縦管部の上端が前記横管部に臨んだ領域にて前記基板を保持するタングステン製の加熱支持台を用いることによって、不純物の取り込みを軽減することができる。
上記結晶成長装置は、前記加熱支持台を誘導加熱する高周波コイルを用いることによって、高温度の環境で反応させることが可能となる。
また、上記結晶成長装置は、駆動モータによって支持軸を中心に支持台を回動するようにしたので、基板を回転させることによって均一な結晶の生成ができるようになった
The crystal growth apparatus of the present invention is provided with a T-shaped reactor composed of a vertical tube portion extending in the vertical direction and a horizontal tube portion extending in the left-right direction from the upper end portion of the vertical tube portion. A first gas supply pipe for supplying the Group III halide onto the substrate; and a second gas supply pipe for supplying the nitrogen source gas to the substrate after being introduced into the horizontal pipe portion. . Gas is easy to convect in the vertical direction due to temperature differences, etc., but by using the horizontal tube part, by preventing convection in the vertical direction of the gas, the supply of the raw material onto the substrate is suitably performed, and a more suitable reaction Can give environment.
The crystal growth apparatus can reduce the incorporation of impurities by using a tungsten heating support that holds the substrate in a region where the upper end of the vertical tube portion faces the horizontal tube portion.
The crystal growth apparatus can be reacted in a high temperature environment by using a high frequency coil for inductively heating the heating support.
In the crystal growth apparatus, since the support base is rotated around the support shaft by the drive motor, uniform crystals can be generated by rotating the substrate .

本願発明の実施形態による結晶成長装置の主要部の正面側から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the front side of the principal part of the crystal growth apparatus by embodiment of this invention. 図1の結晶成長装置におけるガス導入部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the gas introduction part in the crystal growth apparatus of FIG. 図2に示すA−A方向におけるガス導入部の断面図である。It is sectional drawing of the gas introduction part in the AA direction shown in FIG. 図1の結晶成長装置における反応部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the reaction part in the crystal growth apparatus of FIG. 図1の結晶成長装置におけるガス排気部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the gas exhaust part in the crystal growth apparatus of FIG. 非特許文献の結晶成長装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the crystal growth apparatus of a nonpatent literature.

以下、本発明の実施形態による結晶成長装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る結晶成長装置を示す。結晶成長装置1は、主として反応管2、反応部3、原料ガス導入部4、回転駆動部5、ガス排気部6とを備えている。
反応管2は正面から見て全体がT字形状であって、水平方向に延在する中空で断面が円形の横管7と、上下方向に延在し中空で断面が円形の縦管8とによって構成されている。横管7には、横管7の内側に配置されている中管11と、中管11の内側に配置されている内管12と、右端側に配設されている排気管13とが配設されている。中管11及び内管12は各々が中空であり、横管7、中管11、内管12の順に径が小さくなり、横管7と中管11との間、中管11と内管12との間には、僅かな隙間が形成されている。
Hereinafter, a crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a crystal growth apparatus according to the present invention. The crystal growth apparatus 1 mainly includes a reaction tube 2, a reaction unit 3, a source gas introduction unit 4, a rotation drive unit 5, and a gas exhaust unit 6.
The reaction tube 2 is entirely T-shaped when viewed from the front, and is a horizontal horizontal tube 7 having a circular cross section extending in the horizontal direction, and a vertical tube 8 extending in the vertical direction and having a circular cross section. It is constituted by. The horizontal tube 7 includes an intermediate tube 11 disposed inside the horizontal tube 7, an inner tube 12 disposed inside the intermediate tube 11, and an exhaust tube 13 disposed on the right end side. It is installed. Each of the intermediate tube 11 and the inner tube 12 is hollow, and the diameter becomes smaller in the order of the horizontal tube 7, the intermediate tube 11, and the inner tube 12, and between the horizontal tube 7 and the intermediate tube 11, the intermediate tube 11 and the inner tube 12. A slight gap is formed between the two.

中管11は、横管7の原料ガス導入部4側の端壁(図1では左端壁)7a及び排気管13まで、延在することなく、それらと間隔を空けて配設され、反応部3を左右に横切って延在している。反応部3では、中管11は横管7とともに、縦管8の上端部開口と同じ形状の開口を形成し、縦管8と横管7との内部同士が連通するようにしている。中管11は、横管7の内側が汚れるのを防止する役割をするため、少なくとも反応部をまたいだ位置に配置され、端壁7a側の近くまで延在させることが汚染防止の観点からは好ましい。
内管12は、横管7のガス排気部6側の一端側から反応部3までに至る側のほぼ中間位置まで延びている。これらの、横管7、縦管8、中管11及び内管12は、本実施形態では石英で形成されている。
The intermediate tube 11 is disposed without being extended to the end wall (left end wall in FIG. 1) 7a and the exhaust pipe 13 of the horizontal tube 7 on the side of the raw material gas introduction unit 4 and spaced apart from them. It extends across 3 from side to side. In the reaction unit 3, the middle tube 11 and the horizontal tube 7 form an opening having the same shape as the upper end opening of the vertical tube 8, so that the insides of the vertical tube 8 and the horizontal tube 7 communicate with each other. In order to prevent the inner side of the horizontal tube 7 from becoming dirty, the intermediate tube 11 is disposed at least across the reaction portion and extends to the vicinity of the end wall 7a from the viewpoint of preventing contamination. preferable.
The inner pipe 12 extends to a substantially intermediate position on the side from the one end side of the horizontal pipe 7 on the gas exhaust part 6 side to the reaction part 3. These horizontal tube 7, vertical tube 8, middle tube 11 and inner tube 12 are made of quartz in this embodiment.

次に原料ガス導入部4について説明する。
図1〜図3を参照にして、原料ガス導入部4には、横管7の端壁7aに4系統のガス導入部が設けられている。
第1の系統として、バリアガス導入管14、第2の系統として本発明の第1のガス供給管であるハロゲン化物ガス導入管(以下、単にハロゲン化物ガス管という)15が接続されている。また、第3の系統として、キャリアガス導入管16、第4の系統として本発明の第2のガス供給管である窒素源ガス管17が接続されている。
Next, the source gas introduction unit 4 will be described.
With reference to FIGS. 1 to 3, the source gas introduction unit 4 is provided with four gas introduction units on the end wall 7 a of the horizontal tube 7.
A barrier gas introduction pipe 14 is connected as a first system, and a halide gas introduction pipe (hereinafter simply referred to as a halide gas pipe) 15 which is a first gas supply pipe of the present invention is connected as a second system. Further, a carrier gas introduction pipe 16 is connected as a third system, and a nitrogen source gas pipe 17 which is a second gas supply pipe of the present invention is connected as a fourth system.

バリアガス導入管14は、バリアガスであるNガスの図示しないガス供給源と接続されている。バリアガス導入管14は、端壁7aを貫通し、途中で縮径することにより、その先端は反応部3まで達している。
ハロゲン化物ガス管15は、アルミニウム系III族窒化物のIII族源であるハロゲン化物ガスの図示しないガス供給源と接続されている。ハロゲン化物ガス管15は、バリアガス導入管14の内側に配設され、端壁7aをバリアガス導入管14とともに貫いて横管7の中央部まで連続して形成され、その先端は反応部3まで達している。反応管2内におけるハロゲン化物ガス管15の形状は、ほぼ一直線状であり、基端側からその先端部まで水平方向へに延在し、その先端部は反応部3まで延びている。
The barrier gas introduction pipe 14 is connected to a gas supply source (not shown) of N 2 gas that is a barrier gas. The barrier gas introduction pipe 14 penetrates the end wall 7a and is reduced in diameter in the middle, so that the tip thereof reaches the reaction section 3.
The halide gas pipe 15 is connected to a gas supply source (not shown) of a halide gas that is a group III source of the aluminum-based group III nitride. The halide gas pipe 15 is disposed inside the barrier gas introduction pipe 14, is formed continuously through the end wall 7 a together with the barrier gas introduction pipe 14 to the center of the horizontal pipe 7, and the tip thereof reaches the reaction section 3. ing. The shape of the halide gas pipe 15 in the reaction tube 2 is substantially straight and extends in the horizontal direction from the proximal end side to the distal end portion thereof, and the distal end portion extends to the reaction portion 3.

キャリアガス導入管16は、キャリアガスであるHガスあるいはNガスの図示しないガス供給源と接続されている。キャリアガス導入管16には、反応管(横管)2の内部にキャリアガスを導入するガス供給口16aを端壁7aに設け、ガス供給口16aから直接反応管2の内部にキャリアガスを導入する。したがって、キャリアガスは、ガス供給口16aから反応部3、さらに排気管13側へ流れる。
窒素源ガス管17は、アルミニウム系III族窒化物の窒素源としてのアンモニアガスの図示しないガス供給源と接続されている。窒素源ガス管17は、キャリアガス導入管16の下側に配設され、端壁7aを貫いて反応管の内部まで連続して形成され、その先端は反応部3まで達している。反応管2内における窒素源ガス管17の形状は、中間部で水平方向から下側に向かう段差部17aを形成し、先端部には下向きに傾斜する傾斜部を形成し、その先端は反応部3の後述する基板(図4の符号21参照)の中央に向けられている。窒素源ガス管17は、横管7の端壁7aでは上下方向において、中間位置高さよりも高い位置に配置され、段差部17aにて中間位置よりも低い位置を通るように配設されている。
The carrier gas introduction pipe 16 is connected to a gas supply source (not shown) of H 2 gas or N 2 gas which is a carrier gas. The carrier gas introduction pipe 16 is provided with a gas supply port 16a for introducing the carrier gas into the reaction tube (horizontal tube) 2 in the end wall 7a, and the carrier gas is directly introduced into the reaction tube 2 from the gas supply port 16a. To do. Accordingly, the carrier gas flows from the gas supply port 16a to the reaction unit 3 and further to the exhaust pipe 13 side.
The nitrogen source gas pipe 17 is connected to a gas supply source (not shown) of ammonia gas as a nitrogen source of the aluminum-based group III nitride. The nitrogen source gas pipe 17 is disposed below the carrier gas introduction pipe 16, is continuously formed through the end wall 7 a to the inside of the reaction tube, and the tip thereof reaches the reaction section 3. The shape of the nitrogen source gas pipe 17 in the reaction tube 2 is such that a stepped portion 17a extending from the horizontal direction to the lower side is formed at the intermediate portion, and an inclined portion that is inclined downward is formed at the tip portion, and the tip is the reaction portion. 3 is directed to the center of a substrate described later (see reference numeral 21 in FIG. 4). The nitrogen source gas pipe 17 is arranged at a position higher than the intermediate position height in the vertical direction on the end wall 7a of the horizontal pipe 7, and is arranged to pass through a position lower than the intermediate position at the stepped portion 17a. .

横管7の上下方向における中間位置及び横管7の左右方向における中間位置には、横管7を上下に仕切る仕切り板19が水平方向に配設されている。窒素源ガス管17は、段差部17aにより先端側が仕切り板19よりも低い位置に配置され、仕切り板19の底面に沿うように配設されている。したがって、窒素源ガス管17,バリアガス導入管14及びハロゲン化物ガス管15は、仕切り板19の下側に配設されている。なお、これらのガス管14〜17及び仕切り板19は、横管7及び/又は中管11などにクランプ材などを設け支持されているが、支持構造については省略する。   Partition plates 19 that partition the horizontal tube 7 up and down are disposed in the horizontal direction at an intermediate position in the vertical direction of the horizontal tube 7 and an intermediate position in the horizontal direction of the horizontal tube 7. The nitrogen source gas pipe 17 is disposed at a position where the front end side is lower than the partition plate 19 by the stepped portion 17 a and along the bottom surface of the partition plate 19. Therefore, the nitrogen source gas pipe 17, the barrier gas introduction pipe 14, and the halide gas pipe 15 are disposed below the partition plate 19. In addition, although these gas pipes 14-17 and the partition plate 19 provide the clamp material etc. in the horizontal pipe 7 and / or the middle pipe | tube 11 etc., they are abbreviate | omitted about support structure.

次に、反応部3及び回転駆動部5について説明する。
図1及び図4を参照にして、反応部3は縦管8の上部と横管7の交差位置に設けられ、基板21を載置する加熱支持台22、加熱支持台22を支持する支持軸23及び高周波コイル24を備えている。加熱支持台22は、タングステンで形成され、上面が横管7若しくは中管11の下面(外周面)と同じ高さ位置に配設し、加熱支持台22の上面には下側に窪む凹部22aが形成され、凹部22aには基板21が配設される。基板21(加熱支持台22の基板21の載置面+基板21の厚さ)の高さは、縦管8の上端部を基準にして−30mm〜+30mmの範囲が好ましい。
加熱支持台22の形状は、基板21に均一に熱を伝えるために、該基板21が設置される面が平坦であれば、特に制限されるものではない。図1には、円柱状の加熱支持台22を示したが、基板21を加熱する温度に応じて、その形状を変形させることもできる。例えば、高周波コイルにより誘導加熱された加熱支持台22において、基板21が設置される上面中央部の温度が高くなりすぎる場合には、それに応じて、加熱支持台22の下部中央の厚みを薄くすることもできる。
横管7の下方であって縦管8の上端側には、加熱支持台22及び縦管8の周囲を囲うように高周波コイル24が配設されている。高周波コイル24には図示しない高周波電源と接続されている。
Next, the reaction unit 3 and the rotation drive unit 5 will be described.
With reference to FIGS. 1 and 4, the reaction unit 3 is provided at the intersection of the upper portion of the vertical tube 8 and the horizontal tube 7, and a heating support base 22 for placing the substrate 21 and a support shaft for supporting the heating support base 22. 23 and a high-frequency coil 24. The heating support base 22 is made of tungsten, and the upper surface thereof is disposed at the same height as the lower surface (outer peripheral surface) of the horizontal tube 7 or the intermediate tube 11. 22a is formed, and the substrate 21 is disposed in the recess 22a. The height of the substrate 21 (the mounting surface of the substrate 21 of the heating support 22 + the thickness of the substrate 21) is preferably in the range of −30 mm to +30 mm with respect to the upper end portion of the vertical tube 8.
The shape of the heating support 22 is not particularly limited as long as the surface on which the substrate 21 is installed is flat in order to transmit heat uniformly to the substrate 21. Although FIG. 1 shows the columnar heating support 22, its shape can be changed according to the temperature at which the substrate 21 is heated. For example, in the heating support table 22 that is induction-heated by the high frequency coil, when the temperature of the central portion of the upper surface on which the substrate 21 is installed becomes too high, the thickness of the lower center of the heating support table 22 is reduced accordingly. You can also.
A high frequency coil 24 is disposed below the horizontal tube 7 and on the upper end side of the vertical tube 8 so as to surround the heating support base 22 and the vertical tube 8. The high frequency coil 24 is connected to a high frequency power source (not shown).

加熱支持台22は支持軸23によって支持され、支持軸23が軸心を中心に回転することによって、加熱支持台22は回転する。支持軸23は縦管8の中心を上下方向に配設され、支持軸23の下部は円柱形状の石英柱26と連結されている。石英柱26はカップ27に収容され、石英柱26はその上端側を除いて、周囲がカップ27に覆われている。石英柱26の下端部は駆動軸28に連結され、駆動軸28は縦管8の底壁8aを貫通し、その下部に配設されている駆動モータ29に連結されている。従って、支持軸23、石英柱26及び駆動軸28は軸心を同一線上に一致させ、駆動モータ29の回転力を駆動軸28、石英柱26、支持軸23に伝達させることによって、加熱支持台22を回転させることができる。   The heating support base 22 is supported by a support shaft 23, and the heating support base 22 rotates as the support shaft 23 rotates about the axis. The support shaft 23 is arranged in the vertical direction at the center of the vertical tube 8, and the lower portion of the support shaft 23 is connected to a cylindrical quartz column 26. The quartz column 26 is accommodated in a cup 27, and the periphery of the quartz column 26 is covered with the cup 27 except for its upper end side. The lower end portion of the quartz column 26 is connected to a drive shaft 28, and the drive shaft 28 passes through the bottom wall 8 a of the vertical tube 8 and is connected to a drive motor 29 disposed below the bottom wall 8 a. Therefore, the support shaft 23, the quartz column 26 and the drive shaft 28 are aligned on the same line, and the rotational force of the drive motor 29 is transmitted to the drive shaft 28, the quartz column 26 and the support shaft 23, so 22 can be rotated.

縦管8の内周面と支持軸23とカップ27(及び石英柱26)との間には、縦管8を半径方向に内外を仕切るチューブ31が設けられ、チューブ31の内側に内流路32bを形成し、外側に外流路32aを形成している。チューブ31は、下端側が縦管8の底壁8aに連結され、上端側は縦管8の上端まで延び、上端部では半径方向外側に突出するフランジ部31aを形成し、フランジ部31aと縦管8の内周面との間に僅かに隙間を形成し、同じく加熱支持台22とチューブ31の内周面との間には隙間を形成し、これらの隙間を介して横管7と縦管8とが連通している。
縦管8の底壁8aの端部には、垂直方向に向けて水素ガス若しくは窒素ガスを導入する第1の配管34が接続されている。縦管8の底壁8aの下部には、駆動軸28が貫通する収容管33を設け、収容管33の中間部には水平方向に向けて水素ガス若しくは窒素ガスを導入する第2の配管35が接続されている。第1の配管34は、縦管8の外流路32aに連通し、他方の第2の配管35は内流路32bに連通している。
Between the inner peripheral surface of the vertical tube 8, the support shaft 23, and the cup 27 (and the quartz column 26), a tube 31 that partitions the vertical tube 8 in the radial direction is provided. 32b is formed and the outer flow path 32a is formed outside. The lower end side of the tube 31 is connected to the bottom wall 8a of the vertical tube 8, the upper end side extends to the upper end of the vertical tube 8, and the upper end portion forms a flange portion 31a protruding radially outward. The flange portion 31a and the vertical tube 8 is formed between the heating support base 22 and the inner peripheral surface of the tube 31, and the horizontal tube 7 and the vertical tube are interposed through these clearances. 8 communicates.
A first pipe 34 for introducing hydrogen gas or nitrogen gas in the vertical direction is connected to the end of the bottom wall 8a of the vertical pipe 8. A storage pipe 33 through which the drive shaft 28 penetrates is provided at the lower part of the bottom wall 8a of the vertical pipe 8, and a second pipe 35 for introducing hydrogen gas or nitrogen gas in the horizontal direction in the intermediate part of the storage pipe 33. Is connected. The first pipe 34 communicates with the outer flow path 32a of the vertical pipe 8, and the other second pipe 35 communicates with the inner flow path 32b.

次に、ガス排気部6について説明する。
図1及び図5を参照にして、横管7は、右端部に排気管13に連結され、排気管13の右端側は閉塞され(図示せず)底部には排出管13aが下向きに設けられている。横管7のやや反応部3側には、ガス注入管36が設けられている。ガス注入管36は、図示しない窒素ガスの供給源と接続され、ガス注入管36からは内管12と横管7との間に窒素ガスを導入できる。
なお、内管12の右端部には、半径方向外側に拡がるフランジ12aを形成し、排気管13側へのガスの流れがないように閉塞され、ガス注入管36からのガスは、横管7と内管12との間の空隙から左方へ流れ、また一部は横管7の内周面と中管11の外周面の間隙に流入する。
Next, the gas exhaust unit 6 will be described.
1 and 5, the horizontal pipe 7 is connected to the exhaust pipe 13 at the right end, the right end side of the exhaust pipe 13 is closed (not shown), and the discharge pipe 13a is provided downward at the bottom. ing. A gas injection pipe 36 is provided slightly on the side of the reaction section 3 of the horizontal pipe 7. The gas injection pipe 36 is connected to a nitrogen gas supply source (not shown), and nitrogen gas can be introduced between the inner pipe 12 and the horizontal pipe 7 from the gas injection pipe 36.
A flange 12a that extends radially outward is formed at the right end of the inner pipe 12, and is closed so that no gas flows to the exhaust pipe 13 side. Flows from the gap between the inner tube 12 and the inner tube 12 to the left, and a part flows into the gap between the inner peripheral surface of the horizontal tube 7 and the outer peripheral surface of the middle tube 11.

次に、本発明の実施形態による結晶成長装置の作用について説明する。
まず、結晶成長装置の稼働前に、あらかじめ精製器を用いて酸素、水蒸気、一酸化炭素或いは二酸化炭素等の不純ガス成分を除去したキャリアガスを流通させておくことが好ましい。
加熱支持台22の凹部22aに基板21を設置する。基板としては、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、酸化亜鉛、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどの結晶基板が用いられる。更に、サファイアなどの初期基板上に薄膜の窒化アルミニウム結晶層が積層されたテンプレート基板も用いることができる。
Next, the operation of the crystal growth apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
First, it is preferable to circulate a carrier gas from which an impurity gas component such as oxygen, water vapor, carbon monoxide or carbon dioxide has been removed in advance using a purifier before the operation of the crystal growth apparatus.
The substrate 21 is installed in the recess 22 a of the heating support 22. As the substrate, a crystal substrate such as sapphire, silicon, silicon carbide, zinc oxide, gallium nitride, or aluminum nitride is used. Furthermore, a template substrate in which a thin aluminum nitride crystal layer is laminated on an initial substrate such as sapphire can also be used.

図1及び図2を参照にして、反応管2の横管7では、ハロゲン化物ガス管15からハロゲン化アルミニウムガス、例えば、三塩化アルミニウムガスを、バリアガス導入管14のバリアガスとともに基板21上に供給する。三塩化アルミニウムガスは、ハロゲン化物ガス管15の上流側に別途反応器と加熱装置を設けてアルミニウムとハロゲン化水素を反応させてIII族ハロゲン化物ガスを得ればよい。
さらに、III族ハロゲン化物ガスとしては、三塩化アルミニウム単独のみならず、他のガスとして、目的とするアルミニウム系III族窒化物の混晶組成に応じて、三塩化ガリウム等のハロゲン化ガリウムや三塩化インジウム等のハロゲン化インジウムなどのハロゲン化物ガスを適宜混合して、ハロゲン化物ガス管15に供給するようにしてもよい。中でも、本発明の装置は、1700〜1800℃の高温下で好適に使用できるため、塩化物アルミニウムガスを使用してアルミニウム系III族窒化物を製造することが好ましい。
窒素源ガス管17の当該窒素源ガスとしては、窒素を含有する反応性ガスが採用されるが、コストと取扱易さの点で、アンモニアガスが好ましい。
With reference to FIGS. 1 and 2, in the horizontal tube 7 of the reaction tube 2, an aluminum halide gas, for example, aluminum trichloride gas, is supplied from the halide gas tube 15 onto the substrate 21 together with the barrier gas in the barrier gas introduction tube 14. To do. For the aluminum trichloride gas, a group III halide gas may be obtained by separately providing a reactor and a heating device upstream of the halide gas pipe 15 to react aluminum and hydrogen halide.
Further, as the group III halide gas, not only aluminum trichloride alone but also other gases such as gallium halides such as gallium trichloride and the like depending on the mixed crystal composition of the target aluminum group III nitride. A halide gas such as indium halide such as indium chloride may be mixed as appropriate and supplied to the halide gas pipe 15. Especially, since the apparatus of this invention can be used conveniently at high temperature of 1700-1800 degreeC, it is preferable to manufacture aluminum group III nitride using chloride aluminum gas.
As the nitrogen source gas of the nitrogen source gas pipe 17, a reactive gas containing nitrogen is adopted, but ammonia gas is preferable in terms of cost and ease of handling.

本実施形態においては、図2に示されるように、三塩化アルミニウムガスとアンモニアガスとの間にバリアガスを噴出させて、ハロゲン化物ガス管の先端部において三塩化アルミニウムガスとアンモニアガスとの間にバリアガスを介在させている。バリアガスを介在させるのは、三塩化アルミニウムガスとアンモニアガスが、下地基板に到達する前に、反応して中間生成物となることを防ぐためである。
キャリアガス導入管16からのキャリアガスは、反応器内において、ガスを一方向に流す働きをする。キャリアガスの種類としては水素、窒素、ヘリウム、またはアルゴンの単体ガス、もしくはそれらの混合ガスが使用可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a barrier gas is jetted between aluminum trichloride gas and ammonia gas, and between the aluminum trichloride gas and ammonia gas at the tip of the halide gas pipe. A barrier gas is interposed. The barrier gas is interposed in order to prevent the aluminum trichloride gas and the ammonia gas from reacting to become an intermediate product before reaching the base substrate.
The carrier gas from the carrier gas introduction pipe 16 functions to flow the gas in one direction in the reactor. As the kind of carrier gas, hydrogen, nitrogen, helium, argon simple gas, or a mixed gas thereof can be used.

図4に示すように、基板21は、通常ガス管14,15,17のノズル先端から30mmから80mmの範囲に設置されることが好ましい。
縦管8の底壁8aでは、第1の配管34から外流路32aへ、第2の配管35から内流路32bへ窒素ガス(若しくは水素ガス)を流し込む。外流路32aに窒素ガスを流し込むのは、縦管8内に原料ガスが入り込むのを防止するとともに、原料ガスを排気管13側の排気口13bへ流し込む役割を果たす。内流路32bに窒素ガスを流し込むのは、支持軸23などに原料ガスが触れないようにするため、すなわち、支持軸23などの腐食を防止するためである。
As shown in FIG. 4, the substrate 21 is preferably installed in a range of 30 mm to 80 mm from the nozzle tips of the normal gas pipes 14, 15, and 17.
In the bottom wall 8a of the vertical pipe 8, nitrogen gas (or hydrogen gas) flows from the first pipe 34 to the outer flow path 32a and from the second pipe 35 to the inner flow path 32b. The flow of nitrogen gas into the outer flow path 32a serves to prevent the raw material gas from entering the vertical pipe 8 and to flow the raw material gas into the exhaust port 13b on the exhaust pipe 13 side. The reason why the nitrogen gas is flowed into the inner flow path 32b is to prevent the raw material gas from touching the support shaft 23 and the like, that is, to prevent corrosion of the support shaft 23 and the like.

駆動モータ29の駆動によって駆動軸28、石英柱26、支持軸23を介在させて加熱支持台22が回転する。高周波コイル24には、高周波電源より電圧が引加されて、高周波誘導加熱によって加熱支持台22が加熱されて基板21も加熱される。この誘導加熱によって、発熱させることにより加熱支持台22上に設置された基板21を、1700℃〜1800℃程度の温度に加熱することができる。
支持軸23は、高熱になる加熱支持台22と連結されており、高温になり駆動軸28及び駆動モータ29側に熱伝導しようとするが、支持軸23と駆動軸28との間には、石英柱26が設けられているので、熱による駆動部側にある部材の損傷を防止できる。なお、配管34,35のガスは、原料ガスなどの浸入防止の他に、支持軸23を冷却する効果もある。
By driving the drive motor 29, the heating support base 22 rotates with the drive shaft 28, the quartz column 26, and the support shaft 23 interposed. A voltage is applied to the high frequency coil 24 from a high frequency power source, the heating support 22 is heated by high frequency induction heating, and the substrate 21 is also heated. By generating heat by this induction heating, the substrate 21 placed on the heating support 22 can be heated to a temperature of about 1700 ° C. to 1800 ° C.
The support shaft 23 is connected to the heating support base 22 that is heated to a high temperature and attempts to conduct heat to the drive shaft 28 and the drive motor 29 side at a high temperature, but between the support shaft 23 and the drive shaft 28, Since the quartz pillar 26 is provided, it is possible to prevent damage to members on the drive unit side due to heat. Note that the gas in the pipes 34 and 35 has an effect of cooling the support shaft 23 in addition to preventing intrusion of the raw material gas and the like.

こうした環境下において、窒素源ガス管17及びハロゲン化物ガス管15の先端部から原料ガスが供給されて基板21上に結晶が成長する。窒素源ガス管17は先端部が基板21の表面にアンモニアガスが行き届くように下向きに傾斜しているので、効率良く供給できる。
横管7では、結晶成長中はガス温度差によるガスの上下方向の対流を防止することができる。特に、反応部3では仕切り板19の存在で、天井高さが制限されているので、ガス上昇の対流を防止するとともに、反応域に効率よく原料ガスを送り込むことができる。
Under such an environment, the source gas is supplied from the tip portions of the nitrogen source gas pipe 17 and the halide gas pipe 15, and crystals grow on the substrate 21. Since the nitrogen gas source tube 17 is inclined downward so that the ammonia gas reaches the surface of the substrate 21, the nitrogen source gas tube 17 can be supplied efficiently.
The horizontal tube 7 can prevent gas convection in the vertical direction due to gas temperature difference during crystal growth. In particular, since the ceiling height is limited due to the presence of the partition plate 19 in the reaction unit 3, it is possible to prevent convection due to gas rise and efficiently feed the raw material gas into the reaction zone.

図5に示すように、ガス注入管36からは、横管7と内管12との隙間に窒素ガスを流して、反応によって発生するハロゲン化アンモニウムにより横管7の内周面が汚れることを防止できる。詳しくは、一部の窒素ガスが横管7と内管12との隙間から中管11と内管12との隙間S1を流れてその隙間端Saから内管12に入って排出される。残りの窒素ガスは、横管7と中管11との隙間S2から、反応部3にある隙間端Sb(図4参照)から抜け、中管11,内管12を通って排出口13bから排出される。同様に、キャリアガス導入管16から供給されるキャリアガスの一部は横管7と中管11との隙間端Sc(図2参照)からS2を経由して反応部にある隙間端Sb(図4参照)から抜け、中管11,内管12を通って排出口13bから排出される。したがって、反応ガスがそれらの隙間に入り込まないので、横管7の内周面をクリーンな状態に維持できる。
この結果、内管12のみを交換することによって、長時間反応器内をクリーンな状態に維持できる。反応管2の内部に導入されたガスは、横管7の左端壁7a側から供給されたガスは、反応部3を通って、ガス排気部6の排出口13bから排気され、縦管8に導入されたガスは、反応部3を通ってガス排気部6の排出口13bから排出される。
As shown in FIG. 5, from the gas injection pipe 36, nitrogen gas is allowed to flow through the gap between the horizontal pipe 7 and the inner pipe 12, and the inner peripheral surface of the horizontal pipe 7 is contaminated by ammonium halide generated by the reaction. Can be prevented. Specifically, a part of the nitrogen gas flows through the gap S1 between the middle tube 11 and the inner tube 12 from the gap between the horizontal tube 7 and the inner tube 12, enters the inner tube 12 through the gap end Sa, and is discharged. The remaining nitrogen gas escapes from the gap S2 between the horizontal tube 7 and the middle tube 11 from the gap end Sb (see FIG. 4) in the reaction unit 3, passes through the middle tube 11 and the inner tube 12, and is discharged from the discharge port 13b. Is done. Similarly, a part of the carrier gas supplied from the carrier gas introduction pipe 16 passes through the gap end Sc (see FIG. 2) between the horizontal pipe 7 and the intermediate pipe 11 via the gap end Sb (see FIG. 2) in the reaction section. 4), through the middle tube 11 and the inner tube 12, and discharged from the discharge port 13b. Accordingly, since the reaction gas does not enter the gap, the inner peripheral surface of the horizontal tube 7 can be maintained in a clean state.
As a result, the inside of the reactor can be kept clean for a long time by exchanging only the inner tube 12. The gas introduced into the reaction tube 2 is supplied from the left end wall 7 a side of the horizontal tube 7, passes through the reaction unit 3, and is exhausted from the discharge port 13 b of the gas exhaust unit 6. The introduced gas is discharged from the discharge port 13 b of the gas exhaust unit 6 through the reaction unit 3.

このような環境下によって、反応部では1700〜1800℃の高温環境下で反応させることができる。なお、当然のことではあるが、本発明の装置は、反応部の温度が1700℃以上となる場合に制限されるものではなく、1700℃未満の場合でも十分に使用することができる。
基板の温度は、高周波コイル24の高周波電源を制御して所望の温度に維持する。加熱支持台について、カーボンを用いたような場合には、高温下における不純物の発生の問題があるが、加熱支持台22については、材料にタングステンを用いており、不純物の発生を軽減し高純度の結晶を生成できる。こうして、高温下で反応させることにより、良質のアルミニウム系III族窒化物を基板21上に気相成長させることができる。基板21を回転させながら、結晶を成長させているので、基板21上に均一な結晶を得ることができる。
Under such an environment, the reaction can be performed in a high temperature environment of 1700 to 1800 ° C. in the reaction part. As a matter of course, the apparatus of the present invention is not limited to the case where the temperature of the reaction section is 1700 ° C. or higher, and can be sufficiently used even when the temperature is lower than 1700 ° C.
The substrate temperature is maintained at a desired temperature by controlling the high-frequency power source of the high-frequency coil 24. In the case where carbon is used for the heating support table, there is a problem of generation of impurities at a high temperature. However, for the heating support table 22, tungsten is used as a material to reduce the generation of impurities and to have high purity. Can be produced. Thus, by reacting at a high temperature, a high-quality aluminum-based group III nitride can be vapor-grown on the substrate 21. Since the crystal is grown while rotating the substrate 21, a uniform crystal can be obtained on the substrate 21.

一定時間が経過し、基板21上に結晶が成長した後、ハロゲン化物ガスの供給を停止して、成長を終了し、加熱装置を降温する。キャリアガスに水素を使う場合、基板上に成長したIII族窒化物の再分解を防ぐため窒素源ガスは基板の温度が下がるまで反応器に流通することが望ましい。
以上の手順により、アルミニウム系III族窒化物を得ることができる。得られるアルミニウム系III族窒化物の結晶性は温度や原料ガス供給量などのパラメータを変化させることによって、アモルファスに近い低結晶性のものから、結晶性の良い単結晶もしくは多結晶まで作ることが可能である。中でも、本発明の装置は、反応部(基板21)の温度を1700〜1800℃の高温環境下に容易にすることができるため、アルミニウム系III族窒化物の中でも、III族原子に含まれるアルミニウムが50%以上となるアルミニウム系III族窒化物単結晶を製造する場合に好適に使用できる。その中でも、窒化アルミニウム単結晶を製造する場合に特に好適に使用できる。
After a certain period of time has elapsed and crystals have grown on the substrate 21, the supply of halide gas is stopped, the growth is terminated, and the temperature of the heating device is lowered. When hydrogen is used as the carrier gas, it is desirable that the nitrogen source gas flows through the reactor until the temperature of the substrate decreases in order to prevent re-decomposition of the group III nitride grown on the substrate.
By the above procedure, an aluminum-based group III nitride can be obtained. The crystallinity of the resulting aluminum-based III-nitride can be made from low crystallinity close to amorphous to single crystal or polycrystal with good crystallinity by changing parameters such as temperature and raw material gas supply amount. Is possible. Among them, the apparatus of the present invention can easily make the temperature of the reaction part (substrate 21) in a high temperature environment of 1700 to 1800 ° C. Therefore, among aluminum group III nitrides, aluminum contained in group III atoms Can be suitably used in the case of producing an aluminum-based group III nitride single crystal having a ratio of 50% or more. Among these, it can be particularly suitably used when producing an aluminum nitride single crystal.

以上、本発明を実施形態に基づいて添付図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、更に他の変形あるいは変更が可能である。
III族ハロゲン化物ガス管(ノズル)15の材質は石英ガラスが好適であるが、III族ハロゲン化物ガスの供給源としてIII族ハロゲン化物の結晶を用いる場合はステンレス、インコネル、ハステロイ等の耐食性金属からなるガス管15の使用も可能である。
The present invention has been described in detail based on the embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Or it can be changed.
The material of the group III halide gas pipe (nozzle) 15 is preferably quartz glass. However, when a group III halide crystal is used as a group III halide gas supply source, a corrosion resistant metal such as stainless steel, inconel, or hastelloy is used. It is also possible to use the gas pipe 15.

1 結晶成長装置
2 反応管
3 反応部
4 原料ガス導入部
5 回転駆動部
6 ガス排気部
7 横管
8 縦管
13 排気管
13b 排気口
14 バリアガス導入管
15 ハロゲン化物ガス管(第1のガス供給管)
16 キャリアガス導入管
17 窒素源ガス管(第2のガス供給管)
19 仕切り板
21 基板
22 加熱支持台
23 支持軸
24 高周波コイル
26 石英柱
27 カップ
29 駆動モータ
31 チューブ
32a 流路(環状空間)
32b 流路(中央空間)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal growth apparatus 2 Reaction tube 3 Reaction part 4 Raw material gas introduction part 5 Rotation drive part 6 Gas exhaust part 7 Horizontal pipe 8 Vertical pipe 13 Exhaust pipe 13b Exhaust port 14 Barrier gas introduction pipe 15 Halide gas pipe (1st gas supply) tube)
16 Carrier gas introduction pipe 17 Nitrogen source gas pipe (second gas supply pipe)
19 Partition plate 21 Substrate 22 Heating support base 23 Support shaft 24 High frequency coil 26 Quartz pillar 27 Cup 29 Drive motor
31 Tube 32a outer channel (annular space)
32b in the flow path (center space)

Claims (5)

ハロゲン化アルミニウムを含むIII族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを、反応域に配設された基板を加熱しながら該基板上で反応させることにより、アルミニウム系III族窒化物を前記基板上に気相成長させる結晶成長装置において、
上下方向へ延びる縦管部及び該縦管部の上端部から左右方向へ延びる横管部とから構成されるT字状の反応器と、
前記縦管部の上端開口に位置し前記横管部に臨んだ領域にて前記基板を保持するタングステン製の加熱支持台と、
前記縦管部の上側周囲に配設され、前記加熱支持台を誘導加熱する高周波コイルと、
前記横管部に導入され前記III族ハロゲン化物を前記基板上に供給する第1のガス供給管と、
前記横管部に導入され前記窒素源ガスを前記基板上に供給する第2のガス供給管と、
前記横管部の端部側に形成され前記反応器内のガスを排出させる排気口とを備えた結晶成長装置。
By reacting a group III halide gas containing aluminum halide and a nitrogen source gas on the substrate while heating the substrate disposed in the reaction zone, the aluminum-based group III nitride is vaporized on the substrate. In a crystal growth apparatus for phase growth,
A T-shaped reactor composed of a vertical pipe portion extending in the vertical direction and a horizontal pipe portion extending in the left-right direction from the upper end portion of the vertical pipe portion;
A heating support made of tungsten for holding the substrate in a region located at the upper end opening of the vertical tube portion and facing the horizontal tube portion;
A high-frequency coil disposed around the upper side of the vertical pipe portion and induction-heating the heating support;
A first gas supply pipe that is introduced into the horizontal pipe section and supplies the group III halide onto the substrate;
A second gas supply pipe introduced into the horizontal pipe section and supplying the nitrogen source gas onto the substrate;
A crystal growth apparatus comprising an exhaust port formed on an end side of the horizontal tube portion and exhausting the gas in the reactor.
前記加熱支持台の底面が前記縦管部の下方へ延びる支持軸に接続され、該支持軸は前記縦管部の下部に配設された駆動手段の回転軸に連結され、支持軸を中心に支持台を回動するようにした請求項1に記載の結晶成長装置。   A bottom surface of the heating support base is connected to a support shaft extending downward from the vertical tube portion, and the support shaft is connected to a rotation shaft of driving means disposed at a lower portion of the vertical tube portion, and the support shaft is centered on the support shaft. The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the support base is rotated. 前記縦管部の内周面と前記支持軸との間を仕切るチューブを設け、前記内周面と前記チューブとの間に形成される環状空間に第1のガス導入口を形成し、前記チューブと前記支持軸との間の中央空間に第2のガス導入口を設け、これらのガス導入口から導入されるガスを前記横管部を介して前記排気口から排出するようにした請求項2に記載の結晶成長装置。 A tube for partitioning between the inner peripheral surface of the vertical tube portion and the support shaft is provided, a first gas inlet is formed in an annular space formed between the inner peripheral surface and the tube, and the tube A second gas introduction port is provided in a central space between the gas supply port and the support shaft, and gas introduced from these gas introduction ports is discharged from the exhaust port through the horizontal pipe portion. The crystal growth apparatus described in 1. 前記支持軸と前記駆動手段との間に石英材を介在させて連結するようにした請求項2又は3に記載の結晶成長装置。   The crystal growth apparatus according to claim 2 or 3, wherein a quartz material is interposed between the support shaft and the driving means. 前記基板の上方に位置する横管部に該横管部を上下に仕切る仕切り板を配設した請求項1〜4のいずれかに記載の結晶成長装置。   The crystal growth apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a partition plate for vertically partitioning the horizontal tube portion is disposed in the horizontal tube portion positioned above the substrate.
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