CN111133133A - 气相生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涉及化合物半导体的气相生长装置的技术。气相生长装置具有：反应容器；晶片保持器，其配置在反应容器内，并具有以晶片表面成为大致铅直向下的方式保持晶片的晶片保持面；第一原料气体供给管，其配置在晶片保持面的下方侧并供给第一原料气体；第二原料气体供给管，其配置在晶片保持面的下方侧并供给第二原料气体；排气管，其配置在晶片保持面的下方侧。第一原料气体供给管、第二原料气体供给管以及排气管配置为在大致铅直方向上延伸。穿过晶片保持面的中心并且垂直于晶片保持面的轴线与排气管之间的距离大于轴线与第一原料气体供给管以及第二原料气体供给管之间的距离。

Description

气相生长装置
技术领域
本申请要求基于2017年9月25日申请的日本专利申请第2017-183987号、2018年5月11日申请的日本专利申请第2018-92435号以及2018年5月11日申请的日本专利申请第2018-92438号的优先权。在本说明书中通过参考而引用以上申请的全部内容。在本说明书中，公开了涉及化合物半导体的气相生长装置的技术。
背景技术
如今，需要构建低成本的GaN基板的制造方法。现有的GaN基板以逐片生长的单片式为主流，此为高成本的原因。此外，在日本特开2002-316892号公布中公开了一种相关技术。
发明内容
发明要解决的问题
如果GaN的长条结晶能够生长，则可以从一个长条结晶产生多片晶片，因而能够降低基板制造成本。然而，使GaN以长条结晶生长是困难的。作为主要原因之一，可以举出结晶生长过程中产生的粉尘附着在晶片表面而导致发生了异常生长。
用于解决问题的方案
在本说明书中，公开了一种气相生长装置。该气相生长装置的特征在于具有：反应容器；晶片保持器，其配置在反应容器内，并具有以晶片表面成为大致铅直向下的方式保持晶片的晶片保持面；第一原料气体供给管，其配置在晶片保持面的下方侧并向反应容器内供给第一原料气体；第二原料气体供给管，其配置在晶片保持面的下方侧并向反应容器内供给与第一原料气体反应的第二原料气体；排气管，其配置在晶片保持面的下方侧并排出反应容器内的气体。另外，其特征在于，第一原料气体供给管、第二原料气体供给管以及排气管配置为在大致铅直方向上延伸。另外，其特征在于，穿过晶片保持面的中心并且垂直于晶片保持面的轴线与排气管之间的距离大于轴线与第一原料气体供给管、第二原料气体供给管之间的距离。
在本说明书的气相生长装置中，能够使晶片表面维持为大致铅直向下。由于在反应容器内产生的粉尘不会因重力而落在晶片表面，因而能够抑制粉尘附着在晶片表面。另外，在向晶片的上侧排气的情况下，由于排气而向晶片的上侧飞扬的粉尘因重力落下，因而粉尘有时可能会附着在晶片表面。在本说明书的气相生长装置中，由于将排气管配置在晶片保持面的下方侧，因而能够使反应容器内的气体向晶片的下侧排气。由于粉尘不会由于排气而飞扬到晶片上侧，因而能够抑制粉尘附着在晶片表面。
所述气相生长装置还可以具有第一加热器，其配置在晶片保持器、第一原料气体供给管、第二原料气体供给管以及排气管的周围。
所述气相生长装置还可以具有：隔板，其配置在第一原料气体供给管的路径上，并且在水平方向延伸；第一原料气体生成部，其配置在隔板的下方侧并且连接第一原料气体供给管的入口，生成第一原料气体；第二加热器，其配置在第一原料气体生成部的周围。第一加热器配置在隔板的上方侧，第二加热器配置在隔板的下方侧，第一加热器的加热温度可以高于第二加热器。
所述气相生长装置还可以具有喷淋头，所述喷淋头在表面配置有向反应容器内供给第一原料气体的多个第一喷嘴以及向反应容器内供给第二原料气体的多个第二喷嘴。第一原料气体供给管以及第二原料气体供给管的出口可以连接于喷淋头。喷淋头的表面可以配置在晶片保持面的下方侧并且与晶片保持面相向的位置。排气管可以配置在喷淋头的周围。
可以在喷淋头的表面配置有不含硅和氧的材料。
可以在喷淋头的表面配置有含钨的材料。
多个第一喷嘴中各自具有：第一中心孔，其排出第一原料气体；第一周围孔，其配置在第一中心孔的周围并排出特定气体。第二喷嘴可以具有：第二中心孔，其排出第二原料气体；第二周围孔，其配置在第二中心孔的周围并排出特定气体。特定气体可以是不含氧并且不与第一原料气体以及第二原料气体反应的气体。
所述气相生长装置还可以具有特定气体供给部，其在反应容器内从晶片保持器上方朝大致铅直下方供给特定气体。特定气体可以是不含氧并且不与第一原料气体以及第二原料气体反应的气体。
特定气体可以是含有氢、氮、氦、氖、氩以及氪中的至少一种的气体。
可以在晶片保持器的表面配置有不含硅和氧的材料。
可以在晶片保持器的表面配置有含钨的材料。
本说明书的气相生长装置还可以具有第一加热部。第一原料气体供给管和第二原料气体供给管中的至少一个的气体供给口附近的区域的表面可以覆盖有规定金属。规定金属可以是能通过催化作用来分解第二原料气体的金属。第一加热部可以将规定金属的表面加热到800℃以上。
在本说明书的气相生长装置中，可以通过将规定金属的表面加热到800℃以上来提高规定金属的催化作用。因此，在气体供给口附近的区域的表面，能够将第二原料气体分解。由此，能够抑制GaN多晶向气体供给口附近的区域析出。
所述气相生长装置还可以具有喷淋头，所述喷淋头配置有第一原料气体供给管的多个气体供给口以及第二原料气体供给管的多个气体供给口。可以用规定金属覆盖喷淋头的至少气体供给口侧的表面。
可以在第一原料气体供给管和第二原料气体供给管的端部配置气体供给口。可以在第一原料气体供给管的气体供给口侧的端部附近的区域的第一原料气体供给管的内壁以及外壁被规定金属覆盖。可以在第二原料气体供给管的气体供给口侧的端部附近的区域的第二原料气体供给管的内壁以及外壁被规定金属覆盖。
第二原料气体供给管的内径可以大于第一原料气体供给管的外径。可以在第二原料气体供给管的内部配置第一原料气体供给管。
第一原料气体供给管和第二原料气体供给管可以形成一体的共用管。第一原料气体以及第二原料气体可以被供给到位于共用管的气体供给口的相反侧的入口。共用管可以在从入口到气体供给口的整个长度的内壁被规定金属覆盖。所述气相生长装置还可以具有第二加热部，所述第二加热部将从入口到气体供给口的整个长度的共用管加热到800℃以上。
所述气相生长装置还可以具有第三加热部，所述第三加热部将第一原料气体供给管以及第二原料气体供给管的气体供给口与晶片保持器之间的区域的温度加热到500℃以上。
所述气相生长装置还可以具有第一供给部，所述第一供给部将第一原料气体供给到位于第一原料气体供给管的气体供给口的相反侧的入口。所述气相生长装置还可以具有第二供给部，所述第二供给部将第二原料气体供给到位于第二原料气体供给管的气体供给口的相反侧的入口。第一供给部以及第二供给部可以在规定金属的表面为800℃以上的期间供给第一原料气体以及第二原料气体。
第一供给部以及第二供给部可以在规定金属的表面被第一加热部加热到800℃以上之后开始第一原料气体和第二原料气体的供给。在停止通过第一供给部和第二供给部供给第一原料气体以及第二原料气体后，第一加热部可以停止加热规定金属的表面。
规定金属可以包含：钨或含钨的金属、钨或含钨的金属的氧化物、钨或含钨的金属的碳化物、钨或含钨的金属的氮化物。
本说明书的气相生长装置可以具有环部，所述环部具有与保持在晶片保持面的晶片相对应的孔部。气相生长装置可以具有致动器，所述致动器使晶片保持器和环部中的至少一个沿着垂直于晶片保持面的轴线移动。致动器可以将在晶片生长的化合物半导体结晶的表面与环部的表面之间的距离维持固定。
在本说明书的气相生长装置中，通过致动器能够使在晶片生长的化合物半导体结晶的表面与环部的表面之间的距离维持固定。由此，即使在结晶生长并且厚度变厚的情况下，也能够使晶片外周部的第一以及第二原料气体的流动维持固定。由此，即使结晶变厚，也能够获得均质的结晶。并且，通过用环部的内壁面支承结晶的外周部，能够使已生长的结晶的外周部的端面成为垂直于晶片的表面的面。并能防止在已生长的结晶形成裂纹。
致动器可以使晶片保持器移动到第一面相反侧的第二面侧。晶片保持器的移动速度可以等于化合物半导体结晶在厚度方向上的生长速度。
致动器可以维持从晶片保持面到环部的表面的距离比从晶片保持面到在晶片生长的化合物半导体结晶的表面的距离大规定距离的状态。
环部的表面可以覆盖有能通过催化作用分解第二原料气体的规定金属。
规定金属可以包含：钨或含钨金属、钨或含钨金属的氧化物、钨或含钨金属的碳化物、钨或含钨金属的氮化物。
原料气体供给管的气体供给口可以配置在与晶片保持面相向的位置。致动器可以在晶片生长的化合物半导体结晶的表面与气体供给口之间的距离维持为固定的方式，使晶片保持器移动。
第一原料气体可以是含有GaCl的气体。第二原料气体可以是含有NH3的气体。
附图说明
图1是从侧面观察气相生长装置的概要剖视图。
图2是从铅直上方观察沿II-II线处的剖视图的图。
图3是第一喷嘴的俯视放大图及其剖视图。
图4是表示温度分布的图。
图5是从侧面观察实施例2的气相生长装置的概要剖视图。
图6是从侧面观察实施例3的气相生长装置的概要剖视图。
图7是从侧面观察实施例4的气相生长装置的概要剖视图。
图8是从侧面观察实施例5的气相生长装置的概要剖视图。
图9是从侧面观察实施例6的气相生长装置的概要剖视图。
图10是晶片保持器、环形板以及喷淋头的剖视图的局部放大图。
图11是从铅直下方观察沿A-A线处的剖视图的图。
图12是晶片保持器、环形板以及喷淋头的剖视图的局部放大图。
图13是晶片保持器、环形板以及喷淋头的剖视图的局部放大图。
图14是比较例的晶片保持器、环形板以及喷淋头的剖视图的局部放大图。
图15是比较例的晶片保持器、环形板以及喷淋头的剖视图的局部放大图。
图16是从侧面观察实施例7的气相生长装置的概要剖视图。
图17是从侧面观察实施例8的气相生长装置的概要剖视图。
图18是从侧面观察具有混合室的喷淋头的概要剖视图。
具体实施方式
实施例1
<气相生长装置的结构>
图1是从侧面观察涉及本说明书技术的气相生长装置1的概要剖视图。气相生长装置1是用于实施HVPE(Hydride/Halide Vapor Phase Epitaxy：氢化物/卤化物气相外延生长)法的装置结构的一例。气相生长装置1具有反应容器10。反应容器10为圆筒形状。反应容器10可以由石英构成。在反应容器10的内部配置有原料气体供给部20和晶片保持器11。
对原料气体供给部20的结构进行说明。原料气体供给部20是圆筒形状的构件。原料气体供给部20具有圆筒形的盖24。在盖24的上端部配置有圆盘状的喷淋头50。在原料气体供给部20的下部配置有HCl气体供给管25的入口以及第二原料气体供给管22的入口。含有HCl的气体被供给到HCl气体供给管25的入口。HCl气体供给管25的出口连接于第一原料气体生成部41。第一原料气体发生器41在其内部收纳有金属镓。第一原料气体生成部41是生成含有GaCl的第一原料气体G1的部位。第一原料气体供给管21是供给第一原料气体G1的管道。第一原料气体供给管21的入口连接于第一原料气体生成部41。第一原料气体供给管21的出口连接于喷淋头50。含有第二原料气体G2的气体被供给到第二原料气体供给管22的入口。第二原料气体G2是含有NH3的气体。第二原料气体供给管22的出口连接于喷淋头50。
第一原料气体供给管21以及第二原料气体供给管22以向铅直方向(即图1的z轴方向)延伸的方式配置。在第一原料气体供给管21以及第二原料气体供给管22的路径上配置有隔板42。隔板42是在盖24内沿着水平方向延伸的石英板。盖24内的空间被隔板42上下隔开。
喷淋头50是用于将第一原料气体G1以及第二原料气体G2向晶片13的表面附近排出的部位。从喷淋头50排出的第一原料气体G1以及第二原料气体G2在反应容器10内以箭头Y1的方向朝铅直上方流动。
参照图2以及图3说明喷淋头50的结构。图2是从铅直上方观察沿图1的II-II线处的剖视图的图。在喷淋头50的表面，配置有排出第一原料气体G1的多个第一喷嘴51以及排出第二原料气体G2的多个第二喷嘴52。通过从多个喷嘴排出第一原料气体G1以及第二原料气体G2，能够使供给到晶片13表面的气体供给量在晶片面内均匀化。由此，能够抑制已生长的GaN结晶膜厚在晶片表面内不均匀。
可以在喷淋头50的表面配置不含硅和氧的材料。配置在喷淋头50的表面的材料优选在高温环境下以及在氨环境中稳定的材料。在本实施例中，在喷淋头50的表面上配置有含钨的材料。由此，作为第一效果，能够抑制在喷淋头50的表面析出GaN多晶。这是由于钨的催化作用。作为第二效果，能够使喷淋头50的表面温度均匀化。这是因为钨为高导热率的金属，所以当通过第一加热器31加热喷淋头50的外周时，热量能够传到喷淋头50的中心。作为第三效果，能够防止从喷淋头50产生氧和硅的杂质。这是因为使用作为不含硅和氧的材料的钨来覆盖喷淋头50的表面。
另外，如图2所示，盖24的上表面配置在喷淋头50的外周。因此，盖24的上表面作为喷淋头50的一部分发挥作用。也可以在盖24的上表面配置含有钨的材料。由此，能够抑制在盖24的上表面析出GaN多晶。
图3表示第一喷嘴51的俯视放大图及其剖视图。第一喷嘴51具有：中心孔54，其排出第一原料气体G1；周围孔55，其配置在中心孔54的周围并排出特定气体G3。特定气体G3是不含氧并且不与第一原料气体G1以及第二原料气体G2反应的气体。作为具体例，特定气体G3是含有氢、氮、氦、氖、氩以及氪中的至少一种的气体。例如，通过使用作为不含氮化物半导体的构成元素的N的惰性气体的氩气、作为不含第二原料气体G2的构成元素的H的惰性气体的氦气，可以抑制预期外的反应。另外，通过使特定气体G3含有原子半径比氮大的氩，能够提高后述的气帘的功能。需要说明的是，第二喷嘴52的剖面结构与图3所说明了的第一喷嘴51相同。即，第二喷嘴52具有：中心孔，其排出第二原料气体G2；周围孔，其配置在中心孔的周围并排出特定气体G3。
由此，能够在从第一喷嘴51排出的第一原料气体G1的周围以及从第二喷嘴52排出的第二原料气体G2的周围形成特定气体G3的气体层。特定气体G3的气体层在喷淋头50的表面50a附近发挥气帘的功能，但由于其在晶片13的表面附近已充分地扩散，所以无法作为气帘的发挥功能。因此，第一源气体G1和第二源气体G2在喷淋头50的表面50a附近不混合，但在晶片13的表面附近混合。由此，能够抑制在喷淋头50的表面50a析出GaN多晶，并且使GaN单晶在晶片13的表面生长。
第一喷嘴51和第二喷嘴52各自的数量和配置布局能够基于诸如气体的所需供给量以及对气体流动状态的影响等各种参数自由地设定。另外，喷淋头50的表面被分为多个区域，并且能在每个区域单独地对气体流量进行控制。另外，第一喷嘴51和第二喷嘴52的形状可以为各种形状。可以为圆形、多边形、狭缝形等。
在原料气体供给部20的周围构成有将反应容器10内的气体排气的排气管23。参照图2进行说明。图2是从铅直上方观察沿图1的II-II线处的剖视图的图。在圆筒形的反应容器10的内侧还配置有圆筒形的原料气体供给部20。由此，在反应容器10的内壁与原料气体供给部20的盖24的外壁之间形成环状间隙。该环状间隙作为排气管23发挥功能。即，排气管23被配置成沿着原料气体供给部20的外壁以及反应容器10的内壁向铅直下方(即图2的z轴方向)延伸。由此，能够将排气管23配置成包围喷淋头50、第一原料气体供给管21以及第二原料气体供给管22的外周。换言之，对于第一原料气体供给管21、第二原料气体供给管22和排气管23之间存在以下关系。“假定有轴线A1(参照图1)穿过晶片保持面9a的中心并且垂直于晶片保持面9a。轴线A1与排气管23之间的距离大于轴线A1与第一原料气体供给管21以及与第二原料气体供给管之间的距离”。
另外，能够使排气管23的入口23a位于喷淋头50的侧面。因此，如图1的箭头Y2所示，能够使在晶片13的表面用于GaN晶体生长的第一原料气体G1以及第二原料气体G2朝向喷淋头50的侧面方向和晶片13的下方排气。在反应容器10的下端配置有排气管23的出口23b。从排气管23的入口23a吸入的气体从出口23b向排气线路排出。
另外，通过使排气管23的入口23a位于喷淋头50的侧面，同时使出口23b位于反应容器10的下端，能够在从入口23a到出口23b间保有足够的距离。因此，即使出口23b被设置成圆环状的排气管23的一部分的情况下，在入口23a也能够从喷淋头50的外周均匀地吸入气体。由此，能够防止气体的单向流动。
晶片保持器11配置在反应容器10内。晶片保持器11在下表面具有晶片保持部9。晶片保持部9由高导热率的材料构成。在本实施例中，晶片保持部9为SiC结晶。由此，能够使晶片13的表面温度均匀化。这是因为SiC为高导热率的材料，所以当晶片13的外周被第一加热器31加热时，热量能够传到晶片13的中心。
在晶片保持部9的下表面配置有晶片保持面9a。晶片保持面9a以晶片13表面大致铅直向下的方式保持晶片13。在此，“大致铅直向下”是指因重力而落下的粉尘不会落在晶片表面的朝向。因此，“大致铅直向下”不限定为晶片的法线与铅直向下方向一致的方式。该概念包含晶片的法线相对于铅直向下方向直至45度的倾斜度。喷淋头50的表面配置在晶片保持器11的晶片保持面9a的下方侧且与晶片保持面9a相向的位置。
可以在晶片保持器11的表面配置不含硅和氧的材料。在本实施例中，在晶片保持器11的表面上配置有含钨的材料。由此，可以得到抑制在晶片保持器11的表面析出GaN多晶的效果、使晶片保持器11的表面温度均匀化的效果以及防止产生氧和硅的杂质的效果。其原因与在喷淋头50处所述的内容相同。
在晶片保持器11的上部连接有旋转轴14的下端。旋转轴14的上端部朝向反应容器10的外部突出。旋转轴14的上端部连接有致动器15。由此，晶片保持器11能够旋转以及在反应容器10内上下移动。
在反应容器10的上部具有特定气体供给管16。特定气体G3被供给到特定气体供给管16的入口。如图1的箭头Y3所示，特定气体G3从晶片保持器11的上方朝铅直下方流动，并被吸入排气管23的入口23a。由此，能够通过特定气体G3产生下降气流。
对效果进行说明。通过特定气体G3的下降气流，能够防止第一原料气体G1、第二原料气体G2以及反应产物等向晶片保持器11的上方上升。由此，晶片保持器11的上部不会被GaN多晶、反应产物污染。并且能够防止粉尘从晶片保持器11的上方落下。另外，由于能够防止配置在晶片保持器11上部的旋转轴14及其旋转机构的污染，所以能使晶片保持器11的旋转动作稳定。
在反应容器10的外侧配置有第一加热器31和第二加热器32。第一加热器31配置在隔板42的上方侧。第一加热器31配置成包围晶片保持器11、第一原料气体供给管21、第二原料气体供给管22和排气管23。第二加热器32配置在隔板42的下方侧。第二加热器32配置成包围第一原料气体生成部41。
<气相生长方法>
对通过HVPE法在晶片13上进行GaN层的气相生长的方法进行说明。列举出气相生长条件的一例。第一原料气体G1中的GaCl的供给量与第二原料气体G2中的NH3的供给量的摩尔比为1:20。反应容器10内的压力为1000hPa，排气管23的出口23b的压力为990hPa。
如图1所示，在配置有第一加热器31的区域H1与配置有第二加热器32的区域H2的边界附近配置有隔板42。隔板42作为隔热部件发挥功能。因此，能够以隔板42为边界对每个区域单独地控制加热温度。在本实施方式中，第一加热器31的加热温度高于第二加热器32。由此，能够实现如图4所示的温度分布。在图4中，横轴表示各构件沿铅直方向的位置关系，纵轴表示温度。通过第一加热器31能够将晶片13加热到充分使GaN结晶生长的温度(1050±50℃)。另外，通过第二加热器32能够将第一原料气体生成部41加热到生成GaCl所需的温度(750℃以上)。需要说明的是，虽然晶片13的加热温度和第一原料气体生成部41之间存在约300℃的温度差，但是隔板42作为隔热部件发挥功能，从而能够在维持了温度差的状态下缩短晶片13与第一原料气体生成部41的距离。由此，能使气相生长装置1小型化。
<效果>
在HVPE法中，难以使长条结晶(也称厚膜结晶)向GaN的c面生长。这是因为难以抑制异常生长的发生。作为发生异常增长的主要原因的例子，举出以下三个。第一个主要原因是反应容器内产生的粉尘因重力落在晶片表面。第二个主要原因是在喷淋头50的第一喷嘴51、第二喷嘴52析出GaN多晶，从而导致气管堵塞和气流变化。第三个主要原因是由于作为副产物的氯化铵粉末堵塞在排气管23等而导致气流变化。
作为针对第一个主要原因的对策，本说明书的晶片保持器11能够使晶片13表面保持为大致铅直向下。由于在反应容器内产生的粉尘不会因重力而落在晶片13表面，所以能够抑制粉尘附着在晶片13表面。另外，在向晶片13的上侧排气的情况下，由于排气而向晶片上侧飞扬的粉尘会因重力落下，粉尘有时会附着在晶片13表面。在本说明书的气相生长装置1中，由于将排气管23配置在晶片保持面9a的下方侧，所以能够将反应容器10内的气体向晶片13的下侧排气。粉尘不会因排气而飞扬到晶片13上侧，因此能够抑制粉尘附着到晶片13表面。
作为针对第二个主要原因的对策，在喷淋头50的表面配置有含钨的材料。另外，在排出第一原料气体G1以及第二原料气体G2的中心孔54的周围配置有排出特定气体G3的周围孔55。由此，能够通过催化作用和气帘功能防止GaN多晶在喷淋头50的表面的析出。
作为针对第三个主要原因的对策，将第一加热器31配置成包围晶片保持器11、第一原料气体供给管21、第二原料气体供给管22以及排气管23。由此，在加热由晶片保持器11保持的晶片13时，能够同时加热排气管23。由于晶片13的加热温度(约1050℃)充分高于在排气管23内产生副产物的氯化铵粉末的温度(约200℃)，所以排气管23内不会被氯化铵粉末堵塞。
实施例2
<气相生长装置的结构>
在图5中表示从侧面观察涉及本说明书技术的气相生长装置1a的概要剖视图。在图5的气相生长装置1a和图1的气相生长装置1中，附加相同的附图标记的构件为相同的构件，所以省略对其说明。
在HCl气体供给管25的入口配置有第一阀61。第一阀61控制含有HCl的气体的供给。在第二原料气体供给管22的入口配置有第二阀62。第二阀62控制含有第二原料气体G2的气体的供给。隔板42作为隔热部件发挥功能。
图2是从铅直上方观察沿图5的II-II线处的剖视图的图。在喷淋头50的表面中未形成第一喷嘴51以及第二喷嘴52的区域覆盖有规定金属53。换言之，第一喷嘴51以及第二喷嘴52附近的区域的表面覆盖有规定金属53。规定金属53是能够通过催化作用分解第二原料气体中所含NH3的金属。规定金属53可以由厚度为几毫米的金属板构成。可以在金属板形成与第一喷嘴51以及第二喷嘴52的位置和孔径相对应的多个孔。在本实施例中，使用钨作为规定金属。
在反应容器10的外侧配置有第一加热器31以及第二加热器32。在配置有第一加热器31的区域H1和配置有第二加热器32的区域H2的边界附近配置有隔板42。第一加热器31被配置成包围图5所示的区域R1～R3。区域R1是包含晶片13的区域。区域R1需要维持充分使GaN结晶生长的温度(1050±50℃)。区域R2是喷淋头50的喷嘴与晶片保持器11之间的区域。区域R2是需要维持在500℃以上以使原料气体中的GaCl不会分解的区域。区域R3是包含覆盖喷淋头50的表面的规定金属53的区域。区域R3是为了抑制GaN多晶的析出需要保持在800℃以上的区域。
第二加热器32配置成包围区域R4。区域R4是包含第一原料气体生成部41的区域。区域R4需要维持在稳定生成GaCl所需的温度(750℃)以上。
<气相生长方法>
对通过HVPE法在晶片13上进行GaN层的气相生长的方法进行说明。气相生长条件与实施例1中所述的条件相同。
在第一步骤中，启动第一加热器31。将区域R1(晶片13)、区域R2(喷嘴和晶片保持器11之间的区域)和区域R3(规定金属53)加热到1050±50℃。由此，能够通过第一加热器31将区域R1～R3全部维持在需要的温度以上。另外，通过启动第二加热器32，将区域R4(第一原料气体生成部41)加热到750℃。
当规定金属53的表面达到了800℃以上时，进入第二步骤。转入第二步骤的时机，可以通过使用各种传感器测量规定金属53的表面温度来确定。在第二步骤中，通过打开第一阀61和第二阀62来开始第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给。由此，能够进行晶片13上的GaN层的气相生长。当气相生长完成时，转入第三步骤并关闭第一阀61和第二阀62。第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给结束。之后，进入第四步骤并关闭第一加热器31和第二加热器32。由此，规定金属53的表面的加热结束。
<效果>
在HVPE法中，难以使长条结晶(也称厚膜结晶)向GaN的c面生长。这是因为难以抑制异常生长的发生。作为异常生长的主要原因的例子，可以举出由于在配置在喷淋头50的表面的第一喷嘴51和第二喷嘴52析出GaN多晶而发生的气管堵塞和气流变化。作为其对策，考虑以通过催化作用能够分解NH3的规定金属(例如钨)覆盖喷淋头50的表面。但是，本发明的发明人们发现，为了防止GaN多晶的析出，仅用规定金属覆盖喷淋头50的表面是不够的，还需要使规定金属的表面温度在800℃以上。这是因为，可认为是通过催化作用使NH3分解而产生的活性氢抑制了GaN多晶的析出。另外，可认为要使活性氢与GaN多晶反应需要在800℃以上。因此，实施例2的气相生长设备1a具有包围包含规定金属53的区域R3的第一加热器31。由此，能够将规定金属的表面加热到800℃以上，因而能够抑制GaN多晶在喷淋头50的表面的析出。
在实施例2的气相生长法中，当规定金属53的表面变为800℃以上时，开始第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给(第二步骤)。另外，在第三步骤中关闭了第一阀61和第二阀62之后，在第四步骤中关闭第一加热器31。根据以上流程，控制第一阀61和第二阀62，以使“在规定金属53的表面在800℃以上的期间供给第一原料气体G1以及第二原料气体G2”。由此，能够抑制在喷淋头50的表面析出GaN多晶。
实施例3
图6表示从侧面观察实施例3的气相生长装置201的概要剖视图。气相生长装置201是用于实施HVPE法的装置结构的一例。气相生长装置201具有反应容器210、基座216、第一原料气体供给管221、第二原料气体供给管222以及排气管271。基座216被收纳于反应容器210内。晶片213被保持在在基座216的晶片保持面。
在反应容器210连接有用于供给第一原料气体G1的第一原料气体供给管221以及用于供给第二原料气体G2的第二原料气体供给管222。第二原料气体供给管222的内径D11大于第一原料气体供给管221的外径D12。第一原料气体供给管221被配置在第二原料气体供给管222的内部。在第一原料气体供给管221的外壁与第二原料气体供给管222的内壁之间形成有间隙，第二原料气体G2流过该间隙。第一原料气体供给管221以及第二原料气体供给管222的端部区域E1作为喷嘴发挥功能。在端部区域E1附近，第一原料气体供给管221以及第二原料气体供给管222的内壁和外壁覆盖有规定金属253。
在第一原料气体供给管221的路径上配置有第一原料气体生成部241。在第一原料气体发生器241的内部收纳有金属镓。HCl气体被供给到第一原料气体供给管221的入口，并从喷嘴排出第一原料气体G1。第二原料气体G2被供给到第二原料气体供给管222的入口，并从喷嘴排出第二原料气体G2。反应容器210连接有排气管271。用于GaN气相生长的原料气体经由排气管271向排气线路排出。
在反应容器210的外周以包围基座216的方式配置有加热器231。加热器231是通过热壁法加热晶片213的装置。由此，能够将晶片213维持在充分使GaN晶体生长的温度(1050±50℃)。另外，可以抑制副产物在反应容器210的内壁析出。在反应容器210的外侧，以包围端部区域E1的方式配置加热器232。由此，能够使配置在端部区域E1的规定金属253维持在800℃以上。在第二原料气体供给管222的外侧，以包围第一原料气体生成部241的方式配置有加热器233。由此，能够为了产生GaCl而将第一原料气体生成部241维持在750℃以上。
<效果>
实施例3的气相生长装置201具有加热器232，所述加热器232包围在配置于喷嘴(端部区域E1)附近的规定金属253的周围。由此，能够将规定金属253的表面加热到800℃以上，因此能抑制GaN多晶在喷嘴析出。
实施例4
图7表示从侧面观察实施例4的气相生长装置301的概要剖视图。实施例4的气相生长装置301具有相对于实施例3的气相生长装置201使第一原料气体供给管221以及第二原料气体供给管222的位置从晶片的右侧面侧向上方侧移动了的结构。另外，其还具有使排气管271的位置从晶片的左侧面侧向下方侧移动了的结构。对与实施例3的气相生长装置201相同的构成要素附加相同的附图标记，所以省略对其具体的说明。
另外，在实施例4的气相生长装置301中，也能够通过加热器232将规定金属253的表面加热到800℃以上。因此，能抑制GaN多晶在喷嘴析出。
实施例5
图8表示从侧面观察实施例5的气相生长装置401的概要剖视图。实施例5的气相生长装置401具有相对于实施例3的气相生长装置201具备了共用管423的结构。对与实施例3的气相生长装置201相同的部件附加相同的附图标记，所以省略对其具体的说明。
第一原料气体供给管421和第二原料气体供给管422在连接部J1处连接于共用管423。换言之，第一原料气体供给管421和第二原料气体供给管422形成为一体的共用管。共用管423的端部区域E2作为喷嘴发挥功能。
在共用管423中，第一原料气体G1和第二原料气体G2的入口的位置为位置P1。另外，喷嘴的位置为位置P2。从位置P1到位置P2的整个长度的区域为区域R11。在共用管423中，在包括区域R11的整个区域的内壁覆盖有规定金属453。另外，在端部区域E2的附近，共用管423的内壁和外壁覆盖有规定金属453。
第一原料气体G1被供给到第一原料气体供给管421的入口，第二原料气体G2被供给到第二原料气体供给管422的入口。第一原料气体G1和第二原料气体G2在共用管423内部混合，混合气体从共用管423的喷嘴排出。
加热器432及433配置成在区域R11的整个长度包围共用管423。由此，能够在包括区域R11的整个区域将规定金属453维持在800℃以上。
<效果>
在实施例5的气相生长装置401中，能够使用从共用管423的位置P1到位置P2的区域R11来混合第一原料气体G1和第二原料气体G2。由于能够得到充分的距离和时间来混合两种气体，所以两种气体能够以充分混合了的状态从共用管423的喷嘴排出。能够使良好的GaN结晶高速生长，这对于降低成本是有利的。另外，如果得到充分的距离和时间来混合两种气体，则可能在共用管423的内壁析出GaN多晶。因此，在实施例5的气相生长装置401中，通过加热器432及433，能够在共用管423的全长上将共用管423的内壁的规定金属453的表面加热到800℃以上。能够抑制GaN多晶在共用管423的内壁析出。
实施例6
<气相生长装置的结构>
图9表示从侧面观察涉及本说明书技术的气相生长装置1b的概要剖视图。在图9的气相生长装置1b中，对与图1的气相生长装置1以及图5的气相生长装置1a相同的部件附加相同的附图标记，所以省略对其详细的说明。
图10表示晶片保持器11、环形板12以及喷淋头50的剖视图的局部放大图。晶片保持器11具有保持器主体11b和支承部11c。在晶片保持器11的下表面具有晶片保持面11a。晶片保持器11的支承部11c以晶片13的表面大致铅直向下的方式保持晶片13。晶片13是用于GaN单晶生长的晶种基板，为GaN单晶。晶片13的表面是+c平面(也称为(0001)面)。
支承部11c的表面覆盖有规定金属17。规定金属17是能通过催化作用分解第二原料气体G2的金属。在本实施例中，使用含钨的材料作为规定金属17。由此，可以得到抑制GaN多晶在支承部11c的表面析出的效果。其原因是通过催化作用使NH3分解而产生的活性氢抑制了GaN多晶的析出。
在晶片保持器11的下侧配置有环形板12。环形板12的表面覆盖有规定金属18。规定金属18是能够通过催化作用分解第二原料气体G2的金属。在本实施例中，使用含钨的材料作为规定金属18。由此，可以得到抑制GaN多晶在环形板12的表面析出的效果。
环形板12的下表面12a是与晶片保持面11a相对应的面。在本实施例中，下表面12a是与晶片保持面11a平行的平面。环形板12具有与保持在晶片保持面11a的晶片13相对应的孔部12b。此处，晶片保持器11的中心轴为A1。支承部11c的内壁11cw的位置为位置P1。形成环形板12的孔部12b的内壁12w的位置为位置P2。从中心轴A1到位置P2的距离D2可以大于从中心轴A1到位置P1的距离D1。
图11表示从铅直下方观察沿图9的A-A线处的剖视图的图。如图11所示，环形板12是环形的构件。如上所述，在距离D2大于距离D1的情况下，在环形板12的孔部12b的范围内包含了晶片13的整个露出面。
旋转轴14的上端部连接有致动器15。由此，能够使晶片保持器11沿着垂直于晶片保持表面11a的中心轴A1向上方(在晶片保持器11的上表面11d侧的方向)以及向下方(在晶片保持器11的晶片保持表面11a侧的方向)移动。另外，通过致动器15能够使晶片保持器11旋转。
喷淋头50配置在与晶片保持器11的晶片保持面11a相向的位置。在喷淋头50的表面未形成第一喷嘴51以及第二喷嘴52的区域覆盖有规定金属53。在本实施例中，使用含钨的材料作为规定金属18。
<气相生长方法>
对通过HVPE法在晶片13上进行GaN层的气相生长的方法进行说明。气相生长条件与实施例1中所述的条件相同。
开启第一加热器31和第二加热器32，同时开始第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给。由此，能够在晶片13上进行GaN层的气相生长。GaN结晶层的生长速度为50～1000μm/hour左右。当GaN结晶层19从图10的状态生长到图12的状态时，致动器15开始控制晶片保持器11沿着中心轴A1向上方(箭头Y10的方向)移动。晶片保持器11的上升速度与GaN结晶层19的生长速度相同。生长速度可以通过计算来预测，也可以通过实际测量来得出。图12的状态是，从晶片保持面11a到环形板12的下表面12a的距离D3比从晶片保持面11a到GaN结晶层19的表面19a的距离D4大规定距离PD。换言之，图12的状态是环形板12的下表面12a相对于GaN结晶层19的表面19a以规定距离PD向喷淋头50突出的状态。规定距离PD可以根据实验等确定为任意值。
图13表示GaN结晶层19从图12的状态起进一步生长了厚度T1的状态的图。由于晶片保持器11的上升速度与GaN结晶层19的生长速度相同，所以晶片保持器11也上升了与厚度T1相同的距离。其结果是，保持了距离D3比距离D4大规定距离PD的状态。另外，在图12和图13中，GaN结晶层19的表面19a与喷淋头50(气体供给口)的表面之间的距离D5维持固定。
<效果>
首先，使用图14和图15来说明比较例。比较例是不具有本实施例的环形板12的情况的例子。从图14的状态到图15的状态，在GaN结晶层19生长并且厚度变厚的情况下，对根据厚度的增加而使晶片保持器11沿着中心轴A1向上方(箭头Y10的方向)移动的情况进行说明。在该情况下，GaN结晶层19的表面19a与喷淋头50(气体供给口)的表面之间的距离D5维持固定。然而，配置在GaN结晶层19的外周的支承部11c的下表面11cs与喷淋头50的表面之间的距离D6不是固定的而是随着晶片保持器11的上升而变大。于是，晶片外周部的第一以及第二原料气体的气流不能维持固定。即，图14所示的气流Y20a与图15所示的气流Y20b不同。于是，气流的流路变得不稳定，向GaN结晶层19的表面19a的原料供给和温度分布从生长初期就发生变化，因而存在结晶品质及分布劣化的情况。另外，在结晶端面开放的情况下厚膜化生长了的GaN结晶层19的外周部的端面19b不垂直于晶片13的表面(c面)而成为锥面(参照图15)。这是因为锥面比垂直面更稳定。这种锥面是比m面更稳定的面({10-11}面)，或是比a面更稳定的面({11-21}面、{11-22}面)。然后，当这些锥面吸收氧时，晶格常数变小并产生应力，因而在已生长的GaN结晶层19形成裂纹。
另一方面，如图12以及图13所示，本实施例的气相生长装置1b具有环形板12。环形板12的位置相对于喷淋头50固定。因此，即使是在根据GaN结晶层19的厚度的增加而使晶片保持器11向上方移动的情况下，环形板12的下表面12a与喷淋头50的表面之间的距离D7也能够维持固定。其结果是，本发明的发明人们发现，作为环形板12的第一效果，即使在使GaN结晶层19长时间生长(即厚膜生长)的情况下，也能在厚度方向获得均匀的结晶。可以认为，这是因为即使在使晶片保持器11上升的情况下，也能够通过环形板12使晶片外周部的第一以及第二原料气体的气流维持固定。即，可以认为即使在GaN结晶层19的生长期间，也能够使图12以及图13所示的气流Y20相同。
此外，本发明的发明人们发现，作为环板12的第二效果，能够使GaN结晶层19的外周部的端面19b垂直于晶片13的表面。可以认为，这是因为能够形成环形板12的下表面12a相对于GaN结晶层19的表面19a以规定距离PD向喷淋头50侧突出的状态(参照图12以及13)。对此进行具体说明。通过使环形板12的下表面12a突出，能够在环形板12与GaN结晶层19之间的边界附近的区域R1形成气流的滞留。该滞留的气体的一部分有助于沿壁面形成垂直的结晶面(例如m面({1-100}面)、a面({11-20}面))。由此，能够防止氧原子被吸收入已生长的GaN结晶层端面19b而在GaN结晶层19中形成裂纹。另外，在从GaN结晶层19切出多片晶片时，能够切出固定面积的晶片。
实施例7
图16表示从侧面观察实施例7的气相生长装置201a的概要剖视图。实施例7的气相生长装置201a相对于实施例6的气相生长装置1b，具有将第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给方向从向上改为横向的同时将晶片表面的朝向从向下改为向上的结构。实施例7的气相生长装置201a的基本结构与实施例6的气相生长装置1b相同，因此省略对其具体的说明。另外，在实施例7的气相生长装置201a(图16)中，对与实施例3的气相生长装置201(图6)相同的部件附加相同的附图标记，因此省略对其具体的说明。
气相生长装置201a具有晶片保持器211和环形板212。晶片保持器211具有保持器主体211b和支承部211c。在晶片保持器211的上表面具有晶片保持面211a。在晶片保持面211a保持有晶片213。
在晶片保持器211的上侧配置有环形板212。环形板212的上表面212a是与晶片保持面211a相对应的面。在本实施例中，上表面212a是与晶片保持面211a平行的平面。环形板212具有与晶片213相对应的孔部212b。
在晶片保持器211的下部，经由旋转轴214连接有致动器215。晶片保持器211能够沿着垂直于晶片保持面211a的中心轴A2在上下方向(图16的z方向)移动。
<效果>
实施例7的气相生长装置201a具有环形板212。环形板212固定在反应容器210内。因此，通过将晶片保持器211的下降速度与在晶片213上生长的GaN结晶层的生长速度设定成相同，能够使环形板212的上表面212a与GaN结晶层的表面之间的距离固定。其结果是，即使在使晶片保持器211下降的情况下，也能够将晶片外围部的第一以及第二原料气体的气流维持固定。能够生长在厚度方向均质的GaN结晶层19。另外，能够在GaN结晶层的表面外周部的区域发生气流的滞留。由此，能够使已生长的GaN结晶层的外周部的端面垂直于晶片213的表面。由此，能够防止在已生长的GaN结晶层形成裂纹。
实施例8
图17表示从侧面观察实施例8的气相生长装置301a的概要剖视图。实施例8的气相生长装置301a相对于实施例7的气相生长装置201a，具有将第一原料气体供给管221以及第二原料气体供给管222的位置从晶片的右侧面向上方侧移动的结构。另外，具有将排气管271的位置从晶片的左侧向晶片下方侧移动的结构。对与实施例7的气相生长装置201a相同的部件附加相同的附图标记，所以省略对其具体的说明。
在实施例8的气相生长装置301a中，通过将晶片保持器211的下降速度与在晶片213上生长的GaN结晶层的生长速度设定成相同，也能够使环形板212的上表面212a与GaN结晶层的表面之间的距离固定。由于能够使晶片的外围部的第一以及第二原料气体的气流维持固定，因此能够生长在厚度方向均质的GaN结晶层。另外，由于能够在GaN结晶层的表面外周部的区域发生气流的滞留，因此能够使已生长的GaN结晶层的外周部的端面垂直于晶片213的表面。
<变形例>
以上，对本发明的实施例进行了详细说明，但这些不过是例示，并不限定权利要求。在权利要求书所记载的技术中，包含对以上例示出的具体例进行了各种变形和变更的技术。
配置有加热器的区域不限于划分为区域H1及H2这两个区域的方式，也可以划分为三个以上的区域。由此，能够更精确地控制晶片13、喷淋头50以及第一原料气体生成部41等的温度。例如，不想要析出GaN多晶的部分的温度可以高于晶片13表面的温度。具体而言，可以对配置在晶片13周围的加热器和配置在喷淋头50的周围的加热器进行单独地配置。通过使喷淋头50的表面50a的温度相对晶片13表面的温度高出50℃左右，能够防止GaN多晶向表面50a析出。
将充分使GaN结晶生长的温度说明为1050±50℃。另外，将产生GaCl所需的温度说明为750℃以上。然而，这些温度仅是例示。例如，充分使GaN结晶生长的温度可以在1050℃±100℃的范围。
排气管23的形状不限于本实施方式的形状，可以是各种形状。例如，可以是在喷淋头50的外周配置有多个细管的形状。
在从喷淋头50排出的特定气体G3中，可以添加HCl。由此，能够分解在喷淋头50的表面和在喷嘴析出的GaN多晶。
图1所示的第一原料气体供给管21、第二原料气体供给管22和HCl气体供给管25的数量和布置仅是一例，并不限于此方式。
排气线路可以具有未图示的泵。可以将排气管23内的压力相对于晶片13表面附近的压力设定为负压。由此，如图1的箭头Y2所示，能够使向喷淋头50的侧面方向和晶片13的下方的排气更顺畅地进行。
本说明书中记载的技术不限于HVPE法，能够应用于各种生长法。例如，可以应用于MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：金属有机气相外延)法。在这种情况下，可以使用三甲基镓(Ga(CH3)3)等作为第一原料气体G1。
本说明书中记载的技术不限于GaN，能够应用于各种化合物半导体的结晶生长。例如，能够应用于GaAs晶体的生长。在这种情况下，可以使用砷化氢(AsH5)作为第二原料气体G2。
第一原料气体G1和第二原料气体G2可以与H2或N2等载气一起流动。
将钨作为能通过催化作用分解NH3的金属的一例进行了说明，但不限于该材料。也能够使用钨的氧化物(WOx)、钨的碳化物(WCx)以及钨的氮化物(WNx)等。还能够使用含钨的金属(钨合金)以及它们的氧化物、碳化物和氮化物。还能够使用钌、铱、铂、钼、钯、铑、铁、镍、铼等其他金属。另外，也能够使用这些金属的氧化物、碳化物、氮化物，或者含有这些金属的合金等。
喷淋头的结构不限于实施例2所示的结构。例如，可以是从喷淋头排出混合有第一原料气体G1和第二原料气体G2的混合气体的方式。图18表示从侧面观察具有生成混合气体的混合室57的淋浴喷头50的概要剖视图。混合室57的下部连接于喷淋头50的第一喷嘴51以及第二喷嘴52。在混合室57的上部配置有多个气体供给口58。混合室57的内壁和外壁覆盖有规定金属56。第一原料气体G1和第二原料气体G2在混合室57内混合，并且混合气体Gm从气体供给口58排出。对效果进行说明。由于能够从混合室57的气体供给口58排出混合气体Gm，因此能够使供给到晶片的原料气体中的V/III比均匀。能够生长均匀的GaN结晶。另外，由于能提高V/III比，因此能够使GaN结晶的生长速率上升。另外，在不具有混合室57的情况下，为了使第一原料气体G1和第二原料气体G2充分混合，需要一定程度地确保气体供给口与晶片表面之间的距离。然而，在具有混合室57的图18的结构中，由于能够使气体供给口与晶片表面更加接近，因此能够提高GaN结晶的生长速率，并且能够提高原料效率而抑制气体的消耗量。另外，第一加热器31(参照图5)配置成包围混合室57。由此，能够在整个混合室57将规定金属56维持在800℃以上。能够抑制GaN多晶在混合室57的内壁和外壁析出。
在实施例2中，喷淋头50的表面覆盖有规定金属53，但并不限于该方式，也可以用规定金属53覆盖喷淋头50的侧面等。在实施例3至5中，对用规定金属覆盖气体供给管的端部附近的内壁以及外壁的方式进行了说明，但是并不限于该方式。也可以使用含有规定金属的材料来形成气体供给管自身。
在本实施例2至5中，对使用规定金属覆盖第一原料气体供给管和第二原料气体供给管两者的气体供给口的方式进行了说明，但并不限于该方式。使用规定金属覆盖至少一者的气体供给管的气体供给口附近的区域的表面即可。例如，像实施例3(图6)和实施例4(图7)这样，在第二原料气体供给管222的内部配置有第一原料气体供给管221的构造中，GaN多晶容易在第一气体供给管221的供给口附近区域析出。因此，可以仅将第一原料气体供给管221的供给口的内壁和外壁用规定金属253覆盖。相反地，可以仅将第二原料气体供给管222的供给口的内壁和外壁用规定金属253覆盖。
在实施例2中，对以第一加热器31包围区域R1～R3的方式进行了说明，也可以将第一加热器31分为两个以上。由此，能够单独地控制区域R1～R3的温度。
对第一原料气体G1为含有GaCl的气体的情况进行了说明，但并不限于该方式。第一原料气体G1只要是含有Ga的气体，则可以是具有任何化学成分的气体。例如，第一原料气体G1可以是含有三氯化镓(GaCl3)的气体。在这种情况下，可以使用1300℃左右的生长温度。可以使GaN结晶向N面(-c面)生长。由此，能够使GaN结晶表面与生长一同扩大。
在本说明书中说明的第一原料气体供给管以及第二原料气体供给管的数量和布置仅是一例，并不限于该方式。
在图10中说明的环形板12的下表面12a不限于平面。即可以为曲面，也可以部分为平面。另外，在下表面12a具有平面部的情况下，该平面部可以相对晶片保持面11a具有倾斜度。关于图16和图17中的环形板212的上表面212a也是同样的。
晶片13的形状不限于圆形。也能够使用正方形或六边形等形状的基板。
环形板12及212不限于圆形，可以是多边形或矩形等。另外，环形板12及212是实质上的环形即可，并不需要是完全闭合的形状。例如，该形状可以是C字形。
在图10中，对距离D2大于距离D1的情况进行了说明，但并不限于该方式。例如，距离D2可以小于距离D1。由此，即使在GaN结晶层19的表面到达环形板12的上表面为止的初始期间(即环形板12开始发挥功能为止的期间)结晶直径缩小了的情况下，也能够使环形板12的孔部12b的内径与缩小后的结晶直径相对应。
对晶种基板的表面是+c面的情况进行了说明，但是并不限于该方式。能够使用各种面作为晶种基板的表面。作为垂直于结晶表面的端面的形成例，说明了m面({1-100}面)和a面({11-20}面)的情况，但并不限于该方式。能够使用各种结晶面或中间的表面形态。
本说明书或附图中说明的技术要素，能够单独地或通过各种组合来发挥技术上的有用性，且不限于申请时在权利要求中记载的组合方式。另外，本说明书或附图中示出的技术可以同时实现多个目的，实现其中一个目的其本身就具有技术上的有用性。
中心孔54是第一中心孔的一例。周围孔55是第一周围孔的一例。特定气体供给管16是特定气体供给部的一例。第一加热器31、加热器232和加热器432是第一加热部的一例。第一加热器31是第三加热部的一例。第一阀61是第一供给部的一例。第二阀62是第二供给部的一例。环形板12是环部的一例。下表面是第1面的一例。上表面是第2面的一例。

Claims (27)

1.一种化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，具有：
反应容器；
晶片保持器，其配置在所述反应容器内，并具有以晶片表面成为大致铅直向下的方式保持晶片的晶片保持面；
第一原料气体供给管，其向所述反应容器内供给第一原料气体，并配置在所述晶片保持面的下方侧；
第二原料气体供给管，其向所述反应容器内供给与所述第一原料气体反应的第二原料气体，并配置在所述晶片保持面的下方侧；以及
排气管，其排出所述反应容器内的气体，并配置在所述晶片保持面的下方侧，
所述第一原料气体供给管、所述第二原料气体供给管以及所述排气管配置为在大致铅直方向上延伸，
穿过所述晶片保持面的中心并且垂直于所述晶片保持面的轴线与所述排气管之间的距离大于所述轴线与所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管之间的距离。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
还具有第一加热器，所述第一加热器配置在所述晶片保持器、所述第一原料气体供给管、所述第二原料气体供给管以及所述排气管的周围。
3.根据权利要求2所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
还具有：
隔板，其配置在所述第一原料气体供给管的路径上，并且在水平方向延伸；
第一原料气体生成部，其生成所述第一原料气体，配置在所述隔板的下方侧并且连接有所述第一原料气体供给管的入口；以及
第二加热器，其配置在所述第一原料气体生成部的周围，
所述第一加热器配置在相对于所述隔板的上方侧，
所述第二加热器配置在相对于所述隔板的下方侧，
所述第一加热器的加热温度高于所述第二加热器的加热温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
还具有喷淋头，所述喷淋头在表面配置有向所述反应容器内供给所述第一原料气体的多个第一喷嘴以及向所述反应容器内供给所述第二原料气体的多个第二喷嘴，
所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管的出口连接于所述喷淋头，
所述喷淋头的表面配置在所述晶片保持面的下方侧并且与所述晶片保持面相向的位置，
所述排气管配置在所述喷淋头的周围。
5.根据权利要求4所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
在所述喷淋头的表面配置有不含硅和氧的材料。
6.根据权利要求4或5所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
在所述喷淋头的表面配置有含钨的材料。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
所述多个第一喷嘴各自具有：
第一中心孔，其排出所述第一原料气体；以及
第一周围孔，其配置在所述第一中心孔的周围并排出特定气体，
所述第二喷嘴具有：
第二中心孔，其排出所述第二原料气体；以及
第二周围孔，其配置在所述第二中心孔的周围并排出所述特定气体，
所述特定气体是不含氧并且不与所述第一原料气体以及所述第二原料气体反应的气体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
还具有特定气体供给部，所述特定气体供给部从所述晶片保持器上方朝向大致铅直下方对所述反应容器内供给特定气体，
所述特定气体是不含氧并且不与所述第一原料气体以及所述第二原料气体反应的气体。
9.根据权利要求8所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
所述特定气体是含有氢、氮、氦、氖、氩以及氪中的至少一种的气体。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气相生长装置，其特征在于，
在所述晶片保持器的表面配置有不含硅和氧的材料。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其特征在于，
在所述晶片保持器的表面配置有含钨的材料。
12.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
还具有第一加热部，
所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管中的至少一个的气体供给口的附近区域的表面被规定金属覆盖，
所述规定金属是能够通过催化作用分解所述第二原料气体的金属，
所述第一加热部将所述规定金属的表面加热到800℃以上。
13.根据权利要求12所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
还具有喷淋头，所述喷淋头配置有所述第一原料气体供给管的多个气体供给口以及第二原料气体供给管的多个气体供给口，
所述喷淋头的至少所述气体供给口侧的表面被所述规定金属覆盖。
14.根据权利要求12所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
在所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管的端部配置有所述气体供给口，
在所述第一原料气体供给管的所述气体供给口侧的端部附近的区域，所述第一原料气体供给管的内壁和外壁被所述规定金属覆盖，
在所述第二原料气体供给管的所述气体供给口侧的端部附近的区域，所述第二原料气体供给管的内壁以及外壁被所述规定金属覆盖。
15.根据权利要求14所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述第二原料气体供给管的内径大于所述第一原料气体供给管的外径，
在所述第二原料气体供给管的内部配置有所述第一原料气体供给管。
16.根据权利要求12所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管形成一体的共用管，
所述第一原料气体以及所述第二原料气体被供给到位于所述共用管的所述气体供给口的相反侧的入口，
在所述共用管中，从所述入口到所述气体供给口的整个长度的内壁被所述规定金属覆盖，
所述气相生长装置还具有第二加热部，所述第二加热部将从所述入口到所述气体供给口的整个长度的所述共用管加热到800℃以上。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
还具有第三加热部，所述第三加热部将所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管的气体供给口与所述晶片保持器之间的区域的温度加热到500℃以上。
18.根据权利要求12至16中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
具有：
第一供给部，其将所述第一原料气体供给到位于所述第一原料气体供给管的所述气体供给口的相反侧的入口；以及
第二供给部，其将所述第二原料气体供给到位于所述第二原料气体供给管的所述气体供给口的相反侧的入口，
所述第一供给部以及所述第二供给部在所述规定金属的表面为800℃以上的期间内供给所述第一原料气体以及所述第二原料气体。
19.根据权利要求18所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述第一供给部以及所述第二供给部在所述规定金属的表面被所述第一加热部加热到800℃以上之后开始供给所述第一原料气体和所述第二原料气体，
在停止通过所述第一供给部和所述第二供给部供给所述第一原料气体和所述第二原料气体之后，所述第一加热部停止加热所述规定金属的表面。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述规定金属包含：钨或含钨的金属、钨或含钨的金属的氧化物、钨或含钨的金属的碳化物、钨或含钨的金属的氮化物。
21.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
具有：
环部，其具有与保持在所述晶片保持面的晶片对应的孔部；以及
致动器，其使所述晶片保持器和所述环部中的至少一个沿着垂直于所述晶片保持面的轴线移动，并将在所述晶片生长的化合物半导体的结晶的表面与所述环部的表面之间的距离维持为固定。
22.根据权利要求21所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述致动器使所述晶片保持器向所述晶片保持面的相反侧的面侧移动，
所述晶片保持器的移动速度与所述化合物半导体结晶在厚度方向上的生长速度同等。
23.根据权利要求21或22所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述致动器维持从所述晶片保持面到所述环部的表面的距离比从所述晶片保持面到在所述晶片生长的所述化合物半导体结晶的表面的距离大规定距离的状态。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述环部的表面被能够通过催化作用分解所述第二原料气体的规定金属覆盖。
25.根据权利要求24所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述规定金属包含：钨或含钨的金属、钨或含钨的金属的氧化物、钨或含钨的金属的碳化物、钨或含钨的金属的氮化物。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管的气体供给口配置在与所述晶片保持面相向的位置，
所述致动器使所述晶片保持器移动，以使在所述晶片生长的所述化合物半导体结晶的表面与所述气体供给口之间的距离维持为固定。
27.根据权利要求12至26中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置，其中，
所述第一原料气体是含有GaCl的气体，
所述第二原料气体是含有NH3的气体。
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