JP2000286201A

JP2000286201A - 半導体結晶成長装置

Info

Publication number: JP2000286201A
Application number: JP9395999A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Seko; 保次瀬古
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】渦流を発生し難く、押圧ガスの流量を大幅に
増やすことができ、再現性よく基板表面全体に良好な半
導体結晶を成長させることができる半導体結晶成長装置
を提供すること。【解決手段】基板３に対向して設けられた反応ガス供
給管１と、基板に対向して設けられ反応ガス１０と略平
行に且つ反応ガス１０を取り囲むように押圧ガス１１を
供給する押圧ガス供給管２とを備え、基板３の表面が、
重力方向、乃至重力方向に対して平行に向いている、或
いは反応ガス供給管１が、複数の個別反応ガス供給管の
集合体からなる半導体結晶成長装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、ＧａＮ系結
晶やＳｉＣ系結晶などのように、比較的高温で半導体結
晶を成長する装置に関する。通常、これらの半導体結晶
は、積層構造を有し、半導体レーザや半導体発光素子に
使用されたり、電気信号を処理する電子デバイスとして
使用される。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ系半導体材料を結晶成長する方法
としては、特許第２６２８４０４号が有名である。この
発明は、基板表面全体にわたり高品質の半導体結晶膜を
高い歩留りで成長することを目的とし、基板の表面に平
行ないし傾斜する方向から反応ガスを供給し、基板の表
面に対して実質的に垂直な方向からは、反応ガスを含ま
ない不活性ガスの押圧ガスを供給する方法を採用してい
る。当該発明を利用した装置の模式的概略図を図５に示
す。図５において、サセプタ２１上に載置された基板２
２表面には、図５に示される方向から、反応ガスと押圧
ガスとが各々供給される。

【０００３】しかし、この方法では、反応ガスは基板２
２表面に平行な方向から供給され、押圧ガスは基板２２
表面に垂直な方向から供給されるために、反応ガスと押
圧ガスの供給方向は直交している。実質的なガスの流れ
としては、反応ガスと押圧ガスが流れる方向は逆方向と
なる。即ち、押圧ガスが基板２２表面に到達した後に
は、基板２２表面の中心部から外側の方向（円周の法線
方向）へ流れるので、基板２２の外側から中心方向に流
れてくる反応ガスとちょうど逆方向に流れることにな
る。そのために、基板２２表面でガスの渦流が発生しや
すく、これを抑さえる条件を見出すことが容易ではなか
った。また、渦流が発生しない条件範囲が狭いために、
わずかな変化で結晶成長に適正な条件から外れてしま
い、再現性をとることが難しかった。

【０００４】また、押圧ガスの流量を多くすると、押圧
ガスが反応ガスを基板の外に押し戻すことになり、基板
表面全体に良好な膜を成長することができなくなる。す
なわち、押圧ガスによる押圧効果を高めようとして押圧
ガス流量を増加させると、反応ガスが基板に到達しにく
くなるために、押圧効果をある程度以上には大きくでき
ないという欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、反応ガ
スと押圧ガスが基板表面で逆方向に流れるので、そのガ
ス流の界面で渦流が発生しやすい。渦流が発生すると良
好な結晶を成長することができない。渦流を発生させな
い結晶成長条件は範囲が狭いために、その条件範囲を見
出すことが容易ではなく、また、再現性よく結晶を成長
することができなかった。さらに、押圧ガスの流量を増
やすと、反応ガスを基板の外側に押し戻すことになり、
基板表面全体に良好な膜を成長できないという課題があ
った。

【０００６】即ち、本発明の第１の目的は、反応ガスと
押圧ガスとの界面での渦流を発生し難く、且つ渦流を発
生させない結晶成長の条件範囲が広く、その条件範囲を
見出すことが容易であり、再現性よく基板表面全体に良
好な半導体結晶を成長させることができる半導体結晶成
長装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、
押圧ガスの流量を大幅に増やすことができ、再現性よく
基板表面全体に良好な半導体結晶を成長させることがで
きる半導体結晶成長装置を提供することにある。本発明
の第３の目的は、供給ガスによる熱対流を防止し、再現
性よく基板表面全体に良好な半導体結晶を成長させるこ
とができる半導体結晶成長装置を提供することにある。
本発明の第４の目的は、膜厚均一性に優れ、再現性よく
基板表面全体に良好な半導体結晶を成長させることがで
きる半導体結晶成長装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明により達成される。即ち、本発明の半導体結晶装置
は、基板を載置し回転可能なサセプタと、基板に対向し
て設けられ、基板に対して垂直乃至傾斜して反応ガスを
供給する反応ガス供給管と、基板に対向して設けられ、
基板に対して垂直乃至傾斜して、反応ガス供給管から供
給された反応ガスと略平行に、且つ反応ガスを取り囲む
ように押圧ガスを供給する押圧ガス供給管と、を備え、
且つ下記（１）及び／又は下記（２）の構成を有するこ
とを特徴とする。（１）基板の表面が、重力方向、乃至重力方向に対して
平行に向いていること。（２）反応ガス供給管が、複数の個別反応ガス供給管の
集合体からなること。

【０００８】本発明の半導体結晶装置は、下記（３）〜
（７）の構成を有することが好適である。（３）反応ガス供給管が、押圧ガス供給管の内側に備え
られること。（４）反応ガス供給管の開口端部が、押圧ガス供給管の
開口端部よりも基板表面から遠い位置、乃至等しい位置
に備えてなること。（５）少なくとも１本の個別反応ガス供給管からＩＩＩ
族原料ガスが供給され、他の少なくとも１本の個別反応
ガス供給管からＶ族原料ガスが供給されること。（６）反応ガス供給管から供給された反応ガスの流速
と、押圧ガス供給管から供給された押圧ガスの流速が略
等しいこと。（７）反応ガス供給管の中心軸と、サセプタの回転軸と
が、ずれていること。

【０００９】本発明の半導体結晶成長装置では、反応ガ
スと、反応ガスに対し略平行に、且つ反応ガスを取り囲
むように押圧ガスとを、同時に基板表面に対して垂直乃
至傾斜した方向から、基板表面に供給して半導体結晶を
成長させる。

【００１０】本発明の半導体結晶成長装置によれば、反
応ガスが、押圧ガスに取り囲まれ、且つ押圧ガスと略平
行に流れるので、反応ガスと押圧ガスが直交あるいは逆
方向に流れることはなく、渦流などが発生しにくい。そ
のために、良好な結晶成長の条件範囲が広く、その条件
を容易に見出すことができ、再現性よく結晶を成長させ
ることができる。

【００１１】本発明の半導体結晶成長装置によれば、反
応ガスは、押圧ガスに取り囲まれ、且つ押圧ガスと略平
行に流れ、さらに基板表面に到達すると基板表面全体に
広がり、基板の外側に向かって流れる。従って、反応ガ
スは、基板全面に広がる時に、押圧ガスの圧力により基
板表面に押し付けられる。上記理由から供給ガスによる
渦流などが発生しにくいことから、押圧ガスの流量を多
くすることができ、反応ガスを基板表面に強く押し付け
ることができるため、押圧ガスの押圧効果がさらに強く
発揮される。

【００１２】上記（１）の構成を有する本発明の半導体
結晶成長装置によれば、基板の表面を、重力方向、乃至
重力方向に対して平行に向ける、即ち、基板の表面に、
重力方向に対して垂直、乃至重力方向とは逆方向から反
応ガス及び押圧ガスを供給することにより、過熱された
供給ガスを重力方向とは逆方向に逃がしてやることがで
き、熱対流の発生を防止することができる。このような
構成をとることにより、良好な結晶を成長できる条件範
囲が広がると同時に、結晶成長の再現性が高まる。

【００１３】上記（２）の構成を有する本発明の半導体
結晶成長装置によれば、反応ガス供給管が、複数の個別
反応ガス供給管からなる集合体であることにより、基板
表面に到達する反応ガスの部位を２個以上の複数点とす
ることができる。このため、基板表面での結晶成長膜の
均一性をさらに高めることができる。

【００１４】本発明の半導体結晶装置は、上記（１）と
（２）の構成を併せ持つことで、両者による効果も併せ
持つことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明に係
る半導体結晶成長装置について、さらに説明する。第１の実施の形態以下に、図１に示す第１の実施の形態に係る半導体結晶
成長装置を説明する。

【００１６】先ず、装置の構成を説明する。なお、本発
明において、径Φとは、内径を示す。反応容器７の中に
円柱状の反応ガス供給管１と、反応ガス供給管１（径Φ
１０ｍｍ）の外側に同心円をなすように截頭円錐状の押
圧ガス供給管２（最小径Φ２０ｍｍ、最大径（開口端部
２ａ）Φ５０ｍｍ）とがサセプター４の表面に垂直に対
向するように設置されている。サセプター４はヒータ６
により加熱させられ、シャフト５により回転することが
できる。結晶を成長する基板３（サイズΦ５０ｍｍ）は
サセプター４にフェースダウンに（表面が重力方向に向
いて）取りつけられ、固定される。排気口８は真空ポン
プ（図示せず）に連結されており、強制的に排気され、
反応容器７の内部の圧力を一定に保持することができ
る。反応ガス供給管１は、その中心軸が、サセプター４
の回転軸（シャフト５の中心軸）と同軸上に位置するよ
うに設置されている。また、反応ガス供給管１の開口端
部１ａは、押圧ガス供給管２の開口端部２ａよりも基板
３表面から遠い位置に設置されている。

【００１７】次に、結晶成長の方法を説明する。基板３
を洗浄した後、サセプター４に固定する。基板３に、不
活性ガス（例えば、水素ガス、窒素ガス等）を反応ガス
供給管１と押圧ガス供給管２とから供給しながら、ヒー
ター６により基板３を昇温（１０５０〜１１５０℃）
し、保持（５〜１０分間）して、基板３表面の酸化膜等
を除去する。反応容器７内の圧力は、排気口８と連結さ
れた真空ポンプにより、常に一定（１．０１３×１０⁵
Ｐａ）となるように排気量を設定した。

【００１８】次に基板３を降温（約５００〜５５０℃）
し、反応ガス１０としてＧａ原料（例えば、トリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）等）と窒素原料（例えば、ＮＨ
₃等）とを反応ガス供給管１から供給し、押圧ガス１１
として不活性ガスを押圧ガス供給管２から供給すること
により、ＧａＮバッファー層を成長させる。この際、基
板３が固定されているサセプタ４をシャフト５により一
定の回転数で回転させる。

【００１９】次に基板３を昇温（約１０００〜１０５０
℃）し、基板３を一定の回転数で回転させながら、反応
ガス１０としてＧａ原料と窒素原料とを反応ガス供給管
１から供給し、押圧ガス１１として不活性ガスを押圧ガ
ス供給管から供給することにより、ＧａＮバッファー層
上にＧａＮ結晶を成長させる。

【００２０】第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、反応ガス１０が、押圧ガス１１に取り囲まれ、且
つ押圧ガス１１と略平行に流れるので、反応ガス１０と
押圧ガス１１が直交あるいは逆方向に流れることなく、
渦流などが発生しにくい。そのために、良好な結晶成長
の条件範囲が広く、その条件を容易に見出すことがで
き、再現性よく結晶を成長させることができる。反応ガ
ス１０と押圧ガス１１との流れの方向は、その角度差
が、０〜２０度程度の範囲内にあれば、略平行であると
いえ、本発明の効果が発揮される。

【００２１】第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、反応ガス１０が、押圧ガス１１に取り囲まれ、且
つ押圧ガス１１と略平行に流れ、さらに基板３表面に到
達すると基板３表面全体に広がり、基板３の外側に向か
って流れる。従って、反応ガス１０は、基板３全面に広
がる時に、押圧ガス１１の圧力により基板３表面に押し
付けられる。供給ガスによる渦流などが発生しにくいこ
とから、押圧ガス１１の流量を多くすることができ、反
応ガス１０を基板３表面に強く押し付けることができる
ため、押圧ガス１１の押圧効果が強く発揮される。

【００２２】押圧ガス１１による反応ガス１０の押圧効
果は、窒素原子抜けなどの結晶欠陥を減少させる効果を
もつので、結晶の光学的特性と電気的特性を向上させる
ことができる。これは発光デバイスや電子デバイスの高
性能化に寄与する。

【００２３】第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、基板３の表面を重力方向に向ける、即ち、基板３
の表面に、重力方向とは逆方向から反応ガス１０及び押
圧ガス１１を供給することにより、過熱された供給ガス
を重力方向とは逆方向、即ち上方に逃がしてやることが
でき、熱対流の発生を防止することができる。基板３は
高温に加熱されるために、特にガスの流速が比較的遅い
場合には、基板３表面付近のガスは熱対流を発生する。
熱対流が発生すると、基板３表面に良好な結晶を成長す
ることができないため、熱対流を抑制する手段として、
基板３の表面を、重力方向に向けることは、非常に有効
である。このような構成をとることにより、良好な結晶
を成長できる条件範囲が広がると同時に、結晶成長の再
現性が高めることができる。

【００２４】第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、押圧ガス供給管２の内側に反応ガス供給管１が設
けられているため、簡易に反応ガス１０が、押圧ガス１
１に取り囲まれ、且つ押圧ガス１１と略平行に流れさせ
ることができる構成をとる。

【００２５】第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、反応ガス供給管１の開口端部１ａが押圧ガス供給
管の開口端部２ａよりも基板３表面から遠い位置になる
ように設けられているため、押圧ガス１１は、反応ガス
１０が基板３表面に到達し、基板３全面に広がる時に、
より効果的に反応ガス１０を基板３表面に押し付けるこ
とができ、押圧ガス１１の押圧効果がさらに強く発揮さ
れる。

【００２６】第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、基板３が固定されているサセプター４をシャフト
５により一定の回転数で回転させることにより、膜厚均
一性を向上させることができる。この回転数としては、
毎分３０回転以上が好ましい。

【００２７】上記第１の実施の形態に係る半導体結晶成
長装置では、基板３表面を重力方向に向ける（フェース
ダウン）構造について説明したが、基板３表面を重力方
向、乃至重力方向に対して平行に向ける構造でも、上記
第１実施の形態と同様の効果が得られる。

【００２８】上記第１の実施の形態に係る半導体結晶成
長装置では、反応ガス１０及び押圧ガス１１の流量、及
び流速は、特に説明していないが、良好な結晶を成長で
きる条件範囲が広いため、その範囲内で任意に設定する
ことができる。

【００２９】第２の実施の形態以下に、図３に示す第２の実施の形態に係る半導体結晶
成長装置を説明する。なお、第１の実施の形態と同一の
構成となる部分は、図１と同様の符号を付し、その説明
を省略する。

【００３０】第２の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装置の変
形例であり、第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置と異なる点は、反応ガス供給管１が、その中心軸と、
サセプター４の回転軸（シャフト５の中心軸）とが１ｃ
ｍずれる位置になるように配置されていることである。

【００３１】第２の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、反応ガス供給管１が、その中心軸と、サセプター
４の回転軸とがずれる位置になるように配置されている
ことにより、基板３表面に到達する反応ガス１０の部位
が、サセプター４の回転軸即ち基板３の中心からずれる
ため、基板３表面での半導体結晶の膜厚均一性をさらに
高めることができる。

【００３２】上記第２の実施の形態に係る半導体結晶成
長装置では、反応ガス供給管１の中心軸と、サセプター
４の回転軸とのずれの大きさは、１ｃｍであるが、特に
これに限定されない。このずれの大きさとしては、０〜
２ｃｍが好ましいが、このずれの大きさが大きすぎる
と、反応ガス１０の一部が基板３に供給されず直接排気
されるため、無駄が多く、効率が悪くなる傾向があり好
ましくない。

【００３３】第３の実施の形態以下に、図３に示す第３の実施の形態に係る半導体結晶
成長装置を説明する。なお、第１の実施の形態と同一の
構成となる部分は、図１と同様の符号を付し、その説明
を省略する。

【００３４】第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装置の変
形例であり、第１の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置と異なる点は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）である。（Ａ）重力方向に対して逆の構成、即ち反応ガス１０及
び押圧ガス１１を重力方向から供給する構成をとる（図
１の上下反転）。（Ｂ）反応ガス供給管１として、４本の個別反応ガス供
給管からなる集合体が配置されている。（Ｃ）押圧ガス供給管２が円柱状であり、且つその開口
端部２ａのサイズ（形状、大きさ）が、基板３のサイズ
と同じである。（Ｄ）反応ガス１０と押圧ガス１１とを、互いの流速が
略等しくなるように供給する。

【００３５】図４は、反応ガス供給管１と押圧ガス供給
管との位置関係を示す概略断面図であり、図４に示すよ
うに４本の個別反応ガス供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆ
を、押圧ガス供給管２断面の中心を軸とした円周（Φ２
０ｍｍ）上に等間隔に配置した。また、個別反応ガス供
給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆの径は、各々Φ１２．５ｍ
ｍ、押圧ガス供給管２の径は、Φ５０．８ｍｍである。

【００３６】第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、反応ガス供給管１が、４本の個別反応ガス供給管
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆの集合体からなることにより、
基板３表面に到達する反応ガス１０の部位を４点とする
ことができる。このため、基板３表面での結晶成長膜の
均一性をさらに高めることができる。

【００３７】第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、押圧ガス供給管２の開口端部２ａのサイズを基板
３と同じサイズにすることにより、反応ガス１０及び押
圧ガス１１を効率よく供給することができ、少ない原料
で良品質の半導体結晶を成長させることができる。押圧
ガス供給管２の開口端部２ａのサイズを基板３とのサイ
ズが違いするきると、開口端部２ａが大きすぎる場合、
基板３を押圧しない押圧ガス１１が多く存在することに
なり、また逆に開口端部２ａが小さすぎる場合、基板３
周縁部に押圧ガス１１による押圧効果が得られなくなる
虞がでてくる。

【００３８】第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、反応ガス１０と押圧ガス１１とを、互いの流速が
略等しくなるように供給することにより、反応ガス１０
と押圧ガス１１の界面での渦流の発生を抑制することが
でき、その後のガス流を良好な層流状態とすることがで
きる。このため、高品質の半導体結晶を成長させること
ができる。反応ガス１０と押圧ガス１１との流速は、そ
の差が±５０％程度であれば、略等しいといえ、本発明
の効果が発揮されが、好ましくは±１０％程度である。

【００３９】第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、反応ガス供給管１として、４本の個別反応ガス
供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆからなる集合体を用いた
構成を説明したが、個別反応ガス供給管が複数であれ
ば、上記第３の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００４０】第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、４本の個別反応ガス供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、
１ｆを、押圧ガス供給管２断面の中心を軸とした円周
（Φ２０ｍｍ）上に等間隔に配置した構成について説明
したが、個別反応ガス供給管を、押圧ガス供給管内に不
規則に配置しても、上記第３の実施の形態と同様の効果
が得られる。

【００４１】第４の実施の形態以下に、第４の実施の形
態に係る半導体結晶成長装置（図示せず）を説明する。

【００４２】第４の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装置の変
形例であり、第３の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置と異なる点は、４本の個別反応ガス供給管１ｂ、１
ｃ、１ｄ、１ｆのうち、個別反応ガス供給管１ｂ、１ｄ
からはＧａ原料を、個別反応ガス供給管１ｃ、１ｆから
は窒素原料を供給することである。

【００４３】第４の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置は、２本の個別反応ガス供給管１ｂ、１ｄからＩＩＩ
族原料ガスが供給され、他の２本の個別反応ガス供給管
１ｃ、１ｆからＶ族原料ガスが供給されることにより、
ＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスが基板３表面付近で混
合され反応するため、原料ガスを効率良く、基板３表面
でＧａＮ結晶を生成すると同時に、基板３表面以外での
反応副生成物の発生を抑制することができる。反応副生
成物の抑制は、反応ガス供給管１や押圧ガス供給管２の
汚れを防止し、再現性の高い結晶成長を実現することが
できる。

【００４４】第４の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、２本の個別反応ガス供給管１ｂ、１ｄからＩＩ
Ｉ族原料ガスが供給され、他の２本の個別反応ガス供給
管１ｃ、１ｆからＶ族原料ガスが供給される構成を説明
したが、少なくとも１本の個別反応ガス供給管からＩＩ
Ｉ族原料ガスが供給され、他の少なくとも１本の個別反
応ガス供給管からＶ族原料ガスが供給される構成（例え
ば、１本の個別反応ガス供給管からＩＩＩ族原料ガスが
供給され、他の複数の個別反応ガス供給管からＶ族原料
ガスが供給される構成）をとっても、上記第４の実施の
形態と同様の効果が得られる。

【００４５】上記各実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、基板３に対して垂直に反応ガス１０及び押圧ガ
ス１１を供給する構造について説明したが、基板３に対
して傾斜して反応ガス１０及び押圧ガス１１を供給して
も、上記各実施の形態と同様の効果を得られることは言
うまでもない。この傾斜可能な角度（基板３表面の法線
と、反応ガス１０及び押圧ガス１１を供給する方向とが
成す角）は、３０〜９０度程度が好ましい。

【００４６】上記各実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、反応ガス供給管１は、押圧ガス供給管の内側、
且つ同心円となるように配置した構造を説明したが、反
応ガス１０が、押圧ガス１１に取り囲まれ、且つ押圧ガ
ス１１と略平行に流れうる形態であれば、如何なる形態
をとっても、上記各実施の形態と同様の効果が得られ
る。

【００４７】上記各実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、反応ガス供給管１及び押圧ガス供給管の形状
（開口端部１ａ、２ａの形状、太さ等）が、特定の円柱
状、或いは截頭円錐状である構成を説明したが、多角柱
状、截頭多角錐状、その他如何なる形状である構成をと
っても、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。

【００４８】上記各実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、押圧ガス供給管は、反応容器とは独立して設け
られた構造について説明したが、押圧ガス供給管が反応
容器の一部を成した構造をとっても、上記各実施の形態
と同様の効果が得られる。

【００４９】上記各実施の形態に係る半導体結晶成長装
置では、ＧａＮ結晶の成長に関する実施の形態を挙げた
が、他のＡｌＮ系、ＩｎＮ系、及びこれらの混晶等のＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶は言うまでもなく、ＳｉＣ
系等のＩＶ−ＩＶ族化合物半導体結晶、ＧａＡｓ系等の
ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶等、何れの半導体結晶
成長にも適用できる。

【００５０】なお、上記いずれの実施の形態も限定的に
解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満足
する範囲内で他の方法によって実現可能であるというこ
とは言うまでもない。

【００５１】

【実施例】（実施例１）前期第１の実施の形態に係る半
導体結晶成長装置（図１）を用いてＧａＮ結晶を成長さ
せた。具体的な方法は以下の通りである。（０００１）
面のサファイヤ基板３を洗浄した後、サセプター４に固
定する。水素ガスを反応ガス供給管１と押圧ガス供給管
２から４リットル／ｍｉｎの流速で基板３に供給しなが
ら、基板３を１０５０℃に昇温し、１５分間保持して、
基板３表面の酸化膜等を除去する。反応管７内の圧力
は、排気口８と連結された真空ポンプにより、常に１気
圧となるように排気量を設定した。

【００５２】次に基板３を５１０℃に降温し、反応ガス
１０としてＧａ原料のＴＭＧ（トリメチルガリウム）２
５ｃｃ／ｍｉｎと、窒素原料のＮＨ₃（アンモニア）を
４リットル／ｍｉｎとを反応ガス供給管１から供給し、
押圧ガス１１として水素５リットル／ｍｉｎと窒素５リ
ットル／ｍｉｎとを押圧ガス供給管２から供給すること
により、ＧａＮバッファー層を２５ｎｍ厚さ成長する。
この際、基板３が固定されているサセプタ４をシャフト
５により毎分６０回転で回転させた。

【００５３】次に基板３を１０２０℃に昇温し、基板３
は毎分６０回転で回転させながら、反応ガス１０として
Ｇａ原料のＴＭＧ（トリメチルガリウム）２５ｃｃ／ｍ
ｉｎと、窒素原料のＮＨ₃（アンモニア）４リットル／
ｍｉｎを反応ガス供給管１から供給し、押圧ガス１１と
して水素５リットル／ｍｉｎと窒素５リットル／ｍｉｎ
とを押圧ガス供給管から供給した。１時間後、厚さ２μ
ｍのＧａＮ結晶が得られた。

【００５４】得られた結晶は、基板３全面にわたって鏡
面状態の結晶であり、その膜厚均一性は１０％以内に収
まっており、高い膜厚均一性が得られた。また、フォト
ルミネッセンスでＧａＮ結晶の発光性を評価したとこ
ろ、非常に強い発光が観測された。本発明により良好な
結晶が成長できることが確認できた。

【００５５】（実施例２）前期第２の実施の形態に係る
半導体結晶成長装置（図２）を用いて、実施例１と同様
な方法でＧａＮ結晶を成長させた。得られた結晶は、基
板３全面にわたって鏡面状態の結晶であり、膜厚均一性
は４％以内に収まっており、極めて高い膜厚均一性が得
られた。フォトルミネッセンスの発光強度も強く、良好
な結晶が成長できることが確認できた。

【００５６】（実施例３）前期第３の実施の形態に係る
半導体結晶成長装置（図３）を用いて、以下に示すよう
に反応ガス１０と押圧ガス１１の供給量を変えた以外
は、実施例１と同様な方法でＧａＮ結晶を成長させた。

【００５７】反応ガス１０として、４本の個別反応ガス
供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆの合計で、ＴＭＧ（トリ
メチルガリウム）２５ｃｃ／ｍｉｎ、キャリア水素２リ
ットル／ｍｉｎ、ＮＨ₃３リットル／ｍｉｎを供給し
た。また、押圧ガス１１として、水素１０リットル／ｍ
ｉｎ、窒素１０リットル／ｍｉｎを押圧ガス供給管２か
ら供給した。

【００５８】反応ガス１０の流量は、約５リットル／ｍ
ｉｎであり、個別反応ガス供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１
ｆの径は各々Φ１２．５ｍｍであり、さらにこれが４本
あるので、個別反応ガス供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆ
各々の開口端部１ａにおける反応ガス１０の流速は、５
［リットル／ｍｉｎ］／（４×π×６．２５×６．２５
［ｍｍ²］）＝１．０２［リットル／ｍｉｎ・ｃｍ²］と
なる。また、押圧ガス供給管２の径は、約Φ５０ｍｍで
あり、全流量は２０リットル／ｍｉｎであるので、押圧
ガス１１の流速は、２０［リットル／ｍｉｎ］／（π×
２５×２５［ｍｍ²］）＝１．０２［リットル／ｍｉｎ
・ｃｍ²］となる。即ち、個別反応ガス供給管１ｂ、１
ｃ、１ｄ、１ｆ各々から放出された反応ガス１０の流速
は、これを取り囲む押圧ガス１１の流速と同じとなる。

【００５９】得られた結晶は、高品質、さらに表面モフ
ォロジーが非常にスムーズな鏡面の結晶であり、そのフ
ォトルミネッセンス発光特性が良好であった。

【００６０】（実施例４）前記第４の実施の形態に係る
半導体結晶成長装置を用いて、以下に示すように４本の
個別反応ガス供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆの内、２本
からはＩＩＩ族原料ガス、他の２本からＶ族原料ガスを
供給した以外は実施例３と同様にＧａＮ結晶を成長し
た。

【００６１】個別反応ガス供給管１ｂ、１ｃ、１ｄ、１
ｆの内、個別反応ガス供給管１ｂ、１ｄからは、その２
本の合計で、Ｇａ原料としてＴＭＧ２５ｃｃ／ｍｉｎ、
キャリア水素２リットル／ｍｉｎを供給し、個別反応ガ
ス供給管１ｃ、１ｆからは、その２本の合計で、窒素原
料ガスとしてＮＨ₃ガス３リットル／ｍｉｎを供給し
た。押圧ガス供給管２には、水素１０リットル／ｍｉｎ
と窒素１０リットル／ｍｉｎを流した。

【００６２】得られた結晶は、基板３全面にわたって膜
厚均一性が高い結晶が得られた。また、原料ガスが効率
良く、基板３表面でＧａＮ結晶を生成し、反応ガス供給
管１や押圧ガス供給管２の汚れを防止し、再現性の高い
結晶成長を実現することができた。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体結晶成長装置によれば、反応ガスが、押圧ガスに取り
囲まれ、且つ押圧ガスと略平行に流れる構成をとること
により、反応ガスと押圧ガスとの界面での渦流を発生し
難く、且つ渦流を発生させない結晶成長の条件範囲が広
く、その条件範囲を見出すことが容易であり、押圧ガス
の流量を大幅に増やすことができ、再現性よく基板表面
全体に良好な半導体結晶を成長させることができる。前
記（１）の構成を有する本発明に係る半導体結晶成長装
置によれば、基板の表面を、重力方向、乃至重力方向に
対して平行に向ける構成をとることにより、供給ガスに
よる熱対流を防止し、再現性よく基板表面全体に良好な
半導体結晶を成長させることができる。前記（２）の構
成を有する本発明に係る半導体結晶成長装置によれば、
反応ガス供給管が、複数の個別反応ガス供給管からなる
集合体である構成をとることにより、膜厚均一性に優
れ、再現性よく基板表面全体に良好な半導体結晶を成長
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施の形態に係る半導体成長装置の模式
的な概略構成図である。

【図２】第２実施の形態に係る半導体成長装置の模式
的な概略構成図である。

【図３】第３及び４の実施の形態に係る半導体成長装
置の模式的な概略構成図である。

【図４】第３及び４の実施の形態に係る半導体成長装
置の反応ガス供給管と押圧ガス供給管との関係を示した
概略断面図である。

【図５】従来の技術に係る半導体成長装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

１反応ガス供給管１ａ反応ガス供給管の開口端部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆ個別反応ガス供給管２押圧ガス供給管２ａ押圧ガス供給管の開口端部３基板４サセプター５シャフト６ヒータ７反応容器８排気口１０反応ガス１１押圧ガス２１サセプタ２２基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA02 BE08 BE15 DB08 EA08 ED06 EG22 HA02 HA06 TG06 TH06 5F041 AA40 CA40 CA46 5F045 AB06 AB10 AB14 AC08 AC12 AD09 AD14 AF09 AF13 BB02 BB12 BB16 CA10 CA12 DA53 DP05 DP28 EB15 EE14 EE17 EE20 EF01 EF08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を載置し回転可能なサセプタと、基
板に対向して設けられ、基板に対して垂直乃至傾斜して
反応ガスを供給する反応ガス供給管と、基板に対向して
設けられ、基板に対して垂直乃至傾斜して、反応ガス供
給管から供給された反応ガスと略平行に、且つ反応ガス
を取り囲むように押圧ガスを供給する押圧ガス供給管
と、を備える半導体結晶成長装置であって、前記基板の表面が、重力方向、乃至重力方向に対して平
行に向いていることを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項２】反応ガス供給管が、複数の個別反応ガス
供給管の集合体からなることを特徴とする請求項１に記
載の半導体結晶成長装置。
【請求項３】基板を載置し回転可能なサセプタと、基
板に対向して設けられ、基板に対して垂直乃至傾斜して
反応ガスを供給する反応ガス供給管と、基板に対向して
設けられ、基板に対して垂直乃至傾斜して、反応ガス供
給管から供給された反応ガスと略平行に、且つ反応ガス
を取り囲むように押圧ガスを供給する押圧ガス供給管
と、を備える半導体結晶成長装置であって、前記反応ガス供給管が、複数の個別反応ガス供給管の集
合体からなることを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項４】反応ガス供給管が、押圧ガス供給管の内
側に備えられることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の半導体結晶成長装置。
【請求項５】反応ガス供給管の開口端部が、押圧ガス
供給管の開口端部よりも基板表面から遠い位置、乃至等
しい位置に備えてなることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の半導体結晶成長装置。
【請求項６】少なくとも１本の個別反応ガス供給管か
らＩＩＩ族原料ガスが供給され、他の少なくとも１本の
個別反応ガス供給管からＶ族原料ガスが供給されること
を特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体結
晶成長装置。
【請求項７】反応ガス供給管から供給された反応ガス
の流速と、押圧ガス供給管から供給された押圧ガスの流
速が略等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
に記載の半導体結晶成長装置。
【請求項８】反応ガス供給管の中心軸と、サセプタの
回転軸とが、ずれていることを特徴とする請求項１〜７
に記載の半導体結晶成長装置。