JP2001181097A - Vapor growth apparatus of nitride - Google Patents

Vapor growth apparatus of nitride

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JP2001181097A
JP2001181097A JP36415399A JP36415399A JP2001181097A JP 2001181097 A JP2001181097 A JP 2001181097A JP 36415399 A JP36415399 A JP 36415399A JP 36415399 A JP36415399 A JP 36415399A JP 2001181097 A JP2001181097 A JP 2001181097A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor growth apparatus where gallium nitride crystal hardly having defects vapor-grows at a high speed. SOLUTION: This vapor growth apparatus for gallium nitride is assembled as follows: at least two tubes 3 for introducing nitrogen hydride are placed on the end face circumference of the upstream part of a horizontal reactor 2; a reactant gas-introducing tube 4 for feeding a reactant gas for producing a gallium compound by reaction with metallic gallium 16 is connected to a gallium compound-producing part 5 internally having a gallium source placed in the horizontal reactor 2 the central part of the end face; a substrate holder 12 on which a substrate for growing gallium nitride crystal is installed in such a way as to confront the blow-off part 9 of the part 5 is placed; and inside- protecting tubes 14 are installed at least on the inner surface of the reactor on the downstream side of the blow-off part 9 of the part 5 in the reactor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物の気相成長
装置に関し、とくに数百μmの厚膜成長を高速で、かつ
均一性良く気相成長させ、欠陥の少ない結晶が得られる
気相成長装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride vapor phase growth apparatus, and more particularly to a vapor phase growth method capable of growing a thick film having a thickness of several hundreds of μm at a high speed and with good uniformity to obtain a crystal having few defects. It relates to a growth device.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化物系III−V族化合物半導体結晶
は、紫外から緑色の発光素子、レーザ素子用の材料、高
耐圧・高周波用電子デバイス用材料として注目を受けて
いる。これらのデバイス構造を作製する場合には、基板
として窒化ガリウムの単結晶を用いることが好ましい
が、バルク窒化ガリウム結晶を、GaP、GaAsのよ
うな他の化合物半導体結晶のように融液等から形成する
ことは非常に困難なために、これまで、有機金属気相成
長法(MOVPE)やハイドライド気相成長法(HVP
E)等の気相成長法を用いて、サファイアなどのヘテロ
基板上に数μm〜数百μmの窒化ガリウム結晶を予め成
長させて、これを基板として、この上にデバイス構造を
作製する試みがなされてきた。
2. Description of the Related Art Nitride III-V compound semiconductor crystals are receiving attention as materials for ultraviolet to green light emitting devices, laser devices, and materials for high breakdown voltage and high frequency electronic devices. When fabricating these device structures, it is preferable to use a single crystal of gallium nitride as a substrate, but a bulk gallium nitride crystal is formed from a melt or the like like other compound semiconductor crystals such as GaP and GaAs. Is very difficult to perform, so far metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) and hydride vapor deposition (HVP)
An attempt is made to grow a gallium nitride crystal of several μm to several hundred μm in advance on a hetero substrate such as sapphire using a vapor phase growth method such as E) and use this as a substrate to form a device structure thereon. It has been done.

【0003】サファイア基板などの異種の基板を用いた
場合には、サファイア基板と窒化ガリウムの格子定数の
差により単結晶形成が困難であるという問題を有してお
り、一つの解決策として、サファイア基板上にAlN、
またはGaN低温バッファ層を形成した後に、高温で窒
化ガリウムを成長する二段階成長が行われている。しか
しながら、得られる窒化ガリウム単結晶には、サファイ
ア基板と窒化ガリウムの格子定数および熱膨張係数の差
に起因して、多くの貫通転位が存在しており、発光素子
の特性、信頼性を高めていく上で、転位密度を低減する
ことが極めて重要である。
[0003] When a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate is used, there is a problem that it is difficult to form a single crystal due to a difference in lattice constant between the sapphire substrate and gallium nitride. AlN on the substrate,
Alternatively, after forming a GaN low-temperature buffer layer, two-stage growth is performed in which gallium nitride is grown at a high temperature. However, the resulting gallium nitride single crystal has many threading dislocations due to the difference between the lattice constant and the thermal expansion coefficient between the sapphire substrate and gallium nitride, which enhances the characteristics and reliability of the light emitting device. In order to reduce the dislocation density, it is extremely important to reduce the dislocation density.

【0004】窒化ガリウム単結晶の転位密度を低減する
方法として、本出願人は、二段階成長によって形成した
窒化ガリウム単結晶の表面の一部に二酸化ケイ素のマス
クを設けてELO成長(epitaxial lateral overgrowt
h)を行うことにより、高速で高品質のものを得る方法
を提案している。
As a method of reducing the dislocation density of a gallium nitride single crystal, the present applicant has provided a silicon dioxide mask on a part of the surface of a gallium nitride single crystal formed by two-step growth, and has performed an ELO (epitaxial lateral overgrowth) process.
h), we propose a method of obtaining high-speed and high-quality products.

【0005】ELO成長では、マスク上の横方向成長に
より、基板からの貫通転位はエピタキシャル層中に伝播
することなくマスクに沿って折れ曲がったものとなる。
このため、窒化ガリウムをELO成長により厚膜成長さ
せると上部の窒化ガリウムの転位密度は下部の窒化ガリ
ウムに比較して2〜3桁程度減少し、格子欠陥の少ない
高品質な結晶を得ることができる。特に、成長速度の大
きいHVPE法でELO成長を行った場合には、高品質
の窒化ガリウム結晶を短い時間で得ることができる。
[0005] In ELO growth, threading dislocations from the substrate are bent along the mask without propagating into the epitaxial layer due to lateral growth on the mask.
For this reason, when gallium nitride is grown as a thick film by ELO growth, the dislocation density of the upper gallium nitride is reduced by about two to three orders as compared with the lower gallium nitride, and a high-quality crystal with few lattice defects can be obtained. it can. In particular, when ELO growth is performed by the HVPE method having a high growth rate, a high-quality gallium nitride crystal can be obtained in a short time.

【0006】従来のHVPE法を用いる気相成長装置を
図8に示す。気相成長装置81の反応管82内に、基板
88を保持する基板ホルダー89と、アンモニアを導入
する水素化物導入管83と、反応気体の導入管84から
のガスとガリウム源86との反応によりガリウム化合物
を生成するガリウム化合物生成管85が配置され、反応
管82の外側にはガリウム源86を加熱する第1の加熱
手段87、基板を加熱する第2の加熱手段810が配置
されている。
FIG. 8 shows a conventional vapor phase growth apparatus using the HVPE method. In a reaction tube 82 of a vapor phase growth apparatus 81, a substrate holder 89 holding a substrate 88, a hydride introduction tube 83 for introducing ammonia, and a reaction between a gas from a reaction gas introduction tube 84 and a gallium source 86 are performed. A gallium compound producing tube 85 for producing a gallium compound is arranged, and a first heating unit 87 for heating a gallium source 86 and a second heating unit 810 for heating a substrate are arranged outside the reaction tube 82.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、HVPE法
では、目的とする基板上に均一性、再現性に優れた単結
晶成長を行うことは容易ではなかった。例えば、窒化ガ
リウムは、HVPE法においては、NH3 + GaC
l → GaN + H2 +HClなる反応で生成す
るが、NH3 とGaClとの混合が十分に行われず、ま
た熱的に活性化されたNH3 が基板上に供給されない
と、膜厚の成長速度が小さく、また、成長装置内におい
て分布が生じると、得られる窒化ガリウムの膜厚が不均
一となるという問題があった。またHVPE法による窒
化ガリウム等の窒化物結晶の気相成長装置では、気体と
して供給する窒素の水素化物の反応管内での分布が不均
一となり、さらに反応管内で生成される III族元素の塩
化物の生成量の変動等により効率的な成長反応が起こら
ないという問題があった。
However, in the HVPE method, it is not easy to grow a single crystal on a target substrate with excellent uniformity and reproducibility. For example, gallium nitride is NH 3 + GaC in the HVPE method.
l → GaN + H 2 + HCl, but the mixture of NH 3 and GaCl is not sufficiently performed, and if the thermally activated NH 3 is not supplied on the substrate, the growth rate of the film thickness is increased. When the distribution is small in the growth apparatus and the distribution occurs in the growth apparatus, there is a problem that the thickness of the obtained gallium nitride becomes uneven. Further, in a vapor phase growth apparatus for nitride crystals such as gallium nitride by the HVPE method, the distribution of hydride of nitrogen supplied as a gas in the reaction tube becomes non-uniform, and further, the chloride of a group III element generated in the reaction tube. However, there is a problem that an efficient growth reaction does not occur due to fluctuations in the amount of methane produced.

【0008】一般には、窒化物を成長させる基板以外に
も窒化物の成長が起こるため、析出物の応力により反応
管や基板ホルダーが破損することがあった。原料気体の
供給管の吹き出し口に窒化物が析出が生じた場合、原料
気体の流れに悪影響を与え、均一な成長が困難となって
いた。また、析出は基板の側面や基板保持部の裏面にも
生じるため、析出物による応力で成長した結晶全体にク
ラックを生じることもあった。本発明の目的は、こうし
た課題を解決し、均質な窒化物の単結晶を安定して成長
させる窒化物の気相成長装置を提供することにある。
[0008] In general, since the growth of nitride occurs in addition to the substrate on which the nitride is grown, the reaction tube and the substrate holder may be damaged by the stress of the precipitate. When nitride precipitates at the outlet of the source gas supply pipe, the flow of the source gas is adversely affected, and uniform growth is difficult. In addition, since the precipitation also occurs on the side surface of the substrate and the back surface of the substrate holding portion, cracks may occur in the entire crystal grown by the stress caused by the precipitate. An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a nitride vapor phase growth apparatus for stably growing a uniform nitride single crystal.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、窒素の水素化
物と III族元素の塩化物により窒化物結晶の成長を行う
反応管と、窒素の水素化物を反応管内に供給する水素化
物導入管と、反応管内で III族元素の塩化物を生成し反
応管内に供給する III族元素の塩化物生成管とを有する
窒化物の気相成長装置において、水素化物導入管の導入
口を III族元素の塩化物生成管内の金属源より上流に配
置し、かつ、基板ホルダーに保持された窒化物結晶成長
用の基板を III族元素の塩化物生成管の吹き出し部に対
向して配置したことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a reaction tube for growing a nitride crystal by using a hydride of nitrogen and a chloride of a group III element, and a hydride introduction tube for supplying a hydride of nitrogen into the reaction tube. And a group III element chloride generation tube that generates a group III element chloride in the reaction tube and supplies the group III chloride to the reaction tube. Characterized in that the substrate for nitride crystal growth held by the substrate holder is located upstream of the metal source in the chloride generation tube of the above, and is arranged to face the blowing part of the chloride generation tube of the group III element. And

【0010】本発明では、水素化物導入管の導入口を I
II族元素の塩化物生成管内の金属源より上流に配置する
ことで、窒化物の水素化物が反応管全体に拡散するよう
になる。さらに金属源を加熱する加熱手段によって反応
管の上流から窒素の水素化物の活性化を促進することが
できる。このような反応管内において、窒化物結晶成長
用の基板を有する基板ホルダーを前記 III族元素の塩化
物生成管の吹き出し部に対向して配置することで、窒素
の水素化物とIII族元素の塩化物の混合が良くなり均一
性が向上し、結晶の組成比(stoichiometry) が保たれ
ることで結晶性が向上する。
[0010] In the present invention, the inlet of the hydride inlet pipe is I
Arranging the group II element chloride upstream of the metal source in the chloride generation tube allows nitride hydride to diffuse throughout the reaction tube. Further, activation of nitrogen hydride can be promoted from the upstream of the reaction tube by a heating means for heating the metal source. In such a reaction tube, by disposing a substrate holder having a substrate for nitride crystal growth opposite to the blow-out portion of the group III element chloride generation tube, nitrogen hydride and group III element chloride are formed. The mixture of the substances is improved, the uniformity is improved, and the crystallinity is improved by maintaining the composition ratio (stoichiometry) of the crystals.

【0011】水素化物導入管の導入口の位置は窒素の水
素化物と III族元素の塩化物との混合領域から遠いこと
が望ましく、金属源より上流、加熱手段より上流又は反
応管の端面に配置することが考えられる。少なくとも金
属源より上流に配置すれば、反応管のほぼ全体に拡散さ
せることができ、さらに金属源の加熱手段により窒素の
水素化物の活性化を促すことができる。さらに水素化物
導入管を複数設けることで、反応管内の窒素の水素化物
の拡散をより均一化させることが可能となる。
The position of the inlet of the hydride inlet tube is desirably far from the mixed region of the hydride of nitrogen and the chloride of the group III element, and is located upstream of the metal source, upstream of the heating means, or at the end face of the reaction tube. It is possible to do. If it is arranged at least upstream of the metal source, it can be diffused to almost the entire reaction tube, and the activation of nitrogen hydride can be promoted by means of heating the metal source. Further, by providing a plurality of hydride introduction tubes, it becomes possible to make diffusion of nitrogen hydride in the reaction tube more uniform.

【0012】また、 III族元素の塩化物生成管の吹き出
し部の断面積は、先端に向かうにしたがって小さくなっ
ている。吹き出し部の断面積が大きいと、NH3 ガスの
一部がその内部に逆流し、GaNの析出が生じたり、ま
た、III 族ソースでNH3 が汚染される。また、断面積
が小さいと、 III族元素の塩化物の吹き出しが速度が速
くなり、基板上でIII 族とNの分布が不均一となり、成
長膜厚のバラツキが大きくなる。これらの不都合を避け
るために実験を重ねた結果、吹き出し部の断面積を反応
管の内部の断面積の5〜30%と設定することで、膜
厚、膜質の均一な窒化物結晶を得ることができた。
Further, the cross-sectional area of the blow-out portion of the group III element chloride producing tube becomes smaller toward the tip. If the cross-sectional area of the blow-out portion is large, a part of the NH 3 gas flows back into the inside thereof, and GaN precipitates or NH 3 is contaminated by the group III source. Further, when the cross-sectional area is small, the blowing speed of the chloride of the group III element increases, the distribution of group III and N becomes uneven on the substrate, and the variation in the grown film thickness increases. As a result of repeated experiments to avoid these inconveniences, a nitride crystal having a uniform film thickness and film quality can be obtained by setting the cross-sectional area of the blowing section to 5 to 30% of the internal cross-sectional area of the reaction tube. Was completed.

【0013】また、本発明の成長装置により、窒化物結
晶を複数の基板上に同時に成長させるために、III 族元
素の塩化物生成管の吹き出し部を複数に分岐し、基板ホ
ルダーに取り付けた多数枚の基板を吹き出し部に対向す
るように配置している。これにより多数枚の基板上に均
一な窒化物結晶を成長することができる。また金属源を
内部に有するIII 族元素の塩化物生成管を複数設け、基
板ホルダーに取り付けた多数枚の基板を前記III 族元素
の塩化物生成管の吹き出し部に対向して配置しても多数
枚の基板上に均一な窒化物結晶を成長することができ
る。
Further, in order to simultaneously grow nitride crystals on a plurality of substrates by the growth apparatus of the present invention, a plurality of blowout portions of a group III element chloride generation tube are branched and attached to a substrate holder. The two substrates are arranged so as to face the blowing section. Thereby, a uniform nitride crystal can be grown on a large number of substrates. Also, a plurality of Group III element chloride generation tubes having a metal source therein are provided, and a large number of substrates attached to the substrate holder are arranged in opposition to the blowing section of the Group III element chloride generation tube. A uniform nitride crystal can be grown on a single substrate.

【0014】本発明では、基板保持具及び基板覆いの材
料として炭素材料、もしくは炭化ケイ素を被覆した耐熱
性材料を用いている。これにより、基板保持部の裏面や
基板の側面への析出を防止することができ、結晶のクラ
ック発生を抑制している。さらに気相成長装置を用い、
結晶基板上に形成した AlxGa1-xN(1≦x≦1)の表
面の一部にマスクを設け、マスクの開口部から基板面に
平行な横方向成長(ELO成長)を行うことを特徴とす
る。
In the present invention, a carbon material or a heat-resistant material coated with silicon carbide is used as a material for the substrate holder and the substrate covering. As a result, precipitation on the back surface of the substrate holding portion and the side surface of the substrate can be prevented, and the occurrence of crystal cracks is suppressed. Furthermore, using a vapor phase growth device,
A mask is provided on a part of the surface of AlxGa1-xN (1 ≦ x ≦ 1) formed on a crystal substrate, and lateral growth parallel to the substrate surface (ELO growth) is performed from an opening of the mask. .

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の気相成長装置を
説明する断面図である。横型反応管2には水素化物導入
管3が取り付けられ、アンモニア等の窒素の水素化物が
キャリアガス(水素、窒素等)とともに反応管内へ供給
される。図1に示すように、水素化物導入管3の水素化
物の導入口は、窒素の水素化物とガリウム化合物が混ざ
る混合領域から遠い位置に配置されている。ガリウム源
ボート6を内部に設置したガリウム化合物生成管5が横
型反応管2に取り付けられ、ガリウム化合物を生成する
反応気体がキャリアガス(水素、窒素等)とともに反応
気体導入管4からガリウム源ボート6に供給される。ガ
リウム源ボード6の横型反応管2の外側に第1の加熱手
段7が設けられ、ガリウム化合物の生成に好適な温度7
50℃〜950℃、好ましくは800℃〜900℃でガ
リウム源ボートの加熱を行う。生成されたガリウム化合
物は吹き出し部9から混合領域へ供給される。
FIG. 1 is a sectional view for explaining a vapor phase growth apparatus of the present invention. A hydride introduction tube 3 is attached to the horizontal reaction tube 2, and a hydride of nitrogen such as ammonia is supplied into the reaction tube together with a carrier gas (hydrogen, nitrogen, or the like). As shown in FIG. 1, the hydride introduction port of the hydride introduction pipe 3 is arranged at a position far from the mixing region where the hydride of nitrogen and the gallium compound are mixed. A gallium compound production tube 5 having a gallium source boat 6 installed therein is attached to the horizontal reaction tube 2, and a reaction gas for producing a gallium compound is supplied from the reaction gas introduction tube 4 through the reaction gas introduction tube 4 together with a carrier gas (hydrogen, nitrogen, etc.). Supplied to A first heating means 7 is provided outside the horizontal reaction tube 2 of the gallium source board 6 and has a temperature 7 suitable for producing a gallium compound.
The gallium source boat is heated at 50C to 950C, preferably 800C to 900C. The generated gallium compound is supplied from the blowing section 9 to the mixing area.

【0016】吹き出し部9は、ガリウム化合物生成管5
内の断面積は、吹き出し部に向けて漸減している。吹き
出し部9の断面積は、横型反応管の内部の断面積の5〜
30%とすることが好ましい。ガリウム化合物生成管5
内のガリウム源ボート6の下流側にはバッフル板8が設
けられており、ガリウム化合物生成管5の吹き出し部9
からアンモニアが逆流し、ガリウム源ボート6のガリウ
ム金属と反応しないようにしている。またバッフル板8
によりガリウム化合物の流出が一定となるように調整さ
れる。窒化ガリウムを成長させる基板11は基板ホルダ
ー12に取り付けられ、吹き出し部9に対向して配置さ
れている。基板ホルダー12は成長中に回転し、基板ホ
ルダーの回転速度は、10rpm程度とすることが好ま
しい。横型反応管2内部の断面積に占める基板保持具2
1の面積の割合は、30〜70%とし、より好ましくは
40〜60%である。
The blowing section 9 is provided with a gallium compound producing tube 5.
The cross-sectional area inside gradually decreases toward the blowout portion. The cross-sectional area of the blowing section 9 is 5 to 5 of the cross-sectional area inside the horizontal reaction tube.
Preferably, it is 30%. Gallium compound production tube 5
A baffle plate 8 is provided on the downstream side of the gallium source boat 6 inside the gallium source boat 6, and the blowing section 9
To prevent the ammonia from flowing back and reacting with the gallium metal in the gallium source boat 6. Baffle plate 8
Is adjusted so that the outflow of the gallium compound becomes constant. A substrate 11 on which gallium nitride is to be grown is mounted on a substrate holder 12 and is arranged so as to face the blowing section 9. The substrate holder 12 rotates during growth, and the rotation speed of the substrate holder is preferably set to about 10 rpm. Substrate holder 2 occupying cross-sectional area inside horizontal reaction tube 2
The ratio of the area of 1 is set to 30 to 70%, more preferably 40 to 60%.

【0017】横型反応管のガリウム化合物生成管5の先
端部から下流側の窒化ガリウム成長領域(混合領域)の
外部には、アンモニア等の窒素源の活性化を促進し、ガ
リウム化合物との反応によって窒化ガリウムを成長させ
るための第2の加熱手段10が設けられており、第2の
加熱手段によって、窒化ガリウム成長領域は850℃〜
1050℃に加熱される。窒化ガリウム成長領域で窒化
ガリウムの成長反応に利用された気体の残余の部分は排
出口13から外部へと排出される。
Outside the gallium nitride growth region (mixing region) on the downstream side from the tip of the gallium compound generation tube 5 of the horizontal reaction tube, the activation of a nitrogen source such as ammonia is promoted, and the reaction with the gallium compound is promoted. A second heating means 10 for growing gallium nitride is provided, and the second heating means causes the gallium nitride growth region to reach 850 ° C.
Heated to 1050 ° C. The remaining portion of the gas used for the gallium nitride growth reaction in the gallium nitride growth region is discharged from the outlet 13 to the outside.

【0018】本発明の実施の形態では、水素化物導入管
3の水素化物の導入口は、窒素の水素化物とガリウム化
合物が混合する混合領域から遠い位置に配置されてい
る。このため窒素の水素化物は反応管の上流側から反応
管全体に拡散するようになる。また導入口をガリウム源
ボート6より上流に配置することで、ガリウム源ボート
を加熱する第1の加熱手段7によって反応管の上流から
加熱されることになり、窒素の水素化物の熱的な活性化
がより促進される。これにより、水素化物導入管3の導
入口を混合領域近傍に配置する気相成長装置と比較し
て、均一にかつ安定して窒素源を混合領域に供給するこ
とができる。水素化物導入管3の導入口の位置は、ガリ
ウム源ボート6より手前としたが横型反応管2の端面で
もよい。
In the embodiment of the present invention, the hydride introduction port of the hydride introduction pipe 3 is arranged at a position far from the mixing region where the hydride of nitrogen and the gallium compound are mixed. Therefore, the hydride of nitrogen diffuses from the upstream side of the reaction tube to the entire reaction tube. Further, by disposing the inlet upstream of the gallium source boat 6, the first heating means 7 for heating the gallium source boat is heated from the upstream of the reaction tube, and the thermal activity of the hydride of nitrogen is increased. Is further promoted. Thereby, the nitrogen source can be more uniformly and stably supplied to the mixing region as compared with a vapor phase growth apparatus in which the inlet of the hydride introducing tube 3 is arranged near the mixing region. Although the position of the inlet of the hydride inlet tube 3 is located before the gallium source boat 6, the inlet may be at the end face of the horizontal reaction tube 2.

【0019】さらに、窒化ガリウムを成長させる基板1
1は基板ホルダー12に取り付けられ、吹き出し部9に
対向して配置されている。窒素の水素化物が反応管の上
流側から反応管全体に拡散されており、基板を吹き出し
部9に対向して配置することで、ガリウム化合物と窒素
の水素化物との良好な混合が行われる。
Further, a substrate 1 on which gallium nitride is grown
Numeral 1 is attached to the substrate holder 12 and is arranged to face the blowing section 9. Nitrogen hydride is diffused from the upstream side of the reaction tube to the entire reaction tube, and by arranging the substrate so as to face the blowing section 9, good mixing of the gallium compound and the nitrogen hydride is performed.

【0020】基板ホルダー12は成長中に回転すること
で基板面内の均一な成長が可能になる。吹き出し部9
は、ガリウム化合物生成管5内の断面積が次第に小さく
なっており、周囲のアンモニア等の窒素源と充分に混合
されるように配置されている。吹き出し部9の断面積
は、横型反応管の内部の断面積の5〜30%とすること
が好ましく、これによりガリウム化合物とアンモニア等
の窒素源との充分な混合領域を形成することができる。
The substrate holder 12 is rotated during growth, so that uniform growth within the substrate surface can be achieved. Blowing part 9
Are arranged such that the cross-sectional area in the gallium compound generating tube 5 is gradually reduced and is sufficiently mixed with the surrounding nitrogen source such as ammonia. The cross-sectional area of the blowing section 9 is preferably 5 to 30% of the internal cross-sectional area of the horizontal reaction tube, whereby a sufficient mixed region of the gallium compound and a nitrogen source such as ammonia can be formed.

【0021】窒化ガリウム成長領域では、窒化ガリウム
の析出は基板上に限らず、反応器内部の窒化ガリウム成
長領域にある管壁や内部部品上においても起こることが
避けられない。ところが、横型反応管、および横型反応
管の内部部品として一般に用いられている石英は、表面
に窒化ガリウムが成長すると、窒化ガリウムの成長によ
って発生する応力によって割れることがあった。そこ
で、本発明の気相成長装置では、横型反応管の内面に内
面保護管14を設けることで横型反応管の内面を保護
し、反応管内壁への析出を防止している。また、内面保
護管14を着脱可能にし窒化ガリウムの析出した内面保
護管14と清浄な内面保護管を取り替えることで、気相
成長装置の保守も簡便となる。
In the gallium nitride growth region, it is inevitable that gallium nitride is deposited not only on the substrate but also on the tube walls and internal parts in the gallium nitride growth region inside the reactor. However, when the gallium nitride is grown on the surface of the horizontal reaction tube and the quartz generally used as an internal component of the horizontal reaction tube, the quartz may be cracked by the stress generated by the growth of the gallium nitride. Therefore, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the inner surface of the horizontal reaction tube is protected by providing the inner surface protection tube 14 on the inner surface of the horizontal reaction tube, and the deposition on the inner wall of the reaction tube is prevented. In addition, maintenance of the vapor phase growth apparatus is simplified by replacing the inner protective tube 14 with gallium nitride deposited therein and the clean inner protective tube by making the inner protective tube 14 detachable.

【0022】同様に、ガリウム化合物生成管の横型反応
管内への吹き出し部9にも先端保護管15を取り付ける
ことで、ガリウム化合物の吹き出し部9への直接的な析
出を防止することができ、また先端保護管15の交換に
よって析出による吹き出し部9への影響を回避すること
ができる。また、本発明の気相成長装置では、安定して
ガリウム化合物を生成するようにガリウム化合物生成具
にも特徴を有している。
Similarly, by attaching the tip protection tube 15 to the outlet 9 of the gallium compound producing tube into the horizontal reaction tube, the gallium compound can be prevented from directly depositing on the outlet 9. The replacement of the tip protection tube 15 can avoid the influence on the blowout portion 9 due to precipitation. Further, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, a gallium compound generator is also characterized so as to stably generate a gallium compound.

【0023】図2は、ガリウム化合物生成管内のガリウ
ム源ボートを説明する図であり、図2(A)は、断面図
であり、図2(B)は、ガリウム源ボートに設ける仕切
り板を示す。ガリウム源ボート6には、金属ガリウム1
6が収容されており、加熱によって溶融状態となってい
る。ガリウム源ボート内には、仕切り板17が取り付け
られ溶融した金属ガリウムは、仕切り板17によって四
方を囲まれた個々の領域内部で表面張力によって盛り上
がった状態となっている。仕切り板17によって四方を
囲むことで金属ガリウムの表面は、仕切り板17を設け
ない場合に比べて表面積を大きくすることができ、金属
ガリウムと反応気体との反応をより促進できる。
FIG. 2 is a view for explaining a gallium source boat in a gallium compound producing tube. FIG. 2 (A) is a sectional view, and FIG. 2 (B) shows a partition plate provided on the gallium source boat. . The gallium source boat 6 contains metal gallium 1
6 are housed, and are in a molten state by heating. In the gallium source boat, the partition plate 17 is attached, and the molten metal gallium is in a state of rising due to surface tension inside each region surrounded on all sides by the partition plate 17. By surrounding the four sides with the partition plate 17, the surface of the metal gallium can have a larger surface area than in the case where the partition plate 17 is not provided, and the reaction between the metal gallium and the reaction gas can be further promoted.

【0024】また、仕切り板17は下部に連通部18を
有しており、仕切り板に囲まれた各領域における金属ガ
リウムの溶融物の表面の高さを同じにでき、仕切り板に
囲まれた領域の金属ガリウムの不均一化を防止すること
ができる。また、ガリウム源ボート6の上部には、塩化
水素等の反応気体導入管4を取り付けた蓋体19が設け
られており、ガリウム源と反応気体との反応効率を高め
る役割を果たしている。
Further, the partition plate 17 has a communication portion 18 at a lower portion, so that the height of the surface of the molten metal of gallium in each region surrounded by the partition plate can be made equal, and the partition plate 17 is surrounded by the partition plate. Nonuniformity of the metal gallium in the region can be prevented. In addition, a lid 19 to which the reaction gas introduction pipe 4 such as hydrogen chloride is attached is provided above the gallium source boat 6, and plays a role of increasing the reaction efficiency between the gallium source and the reaction gas.

【0025】図3は、本発明の気相成長装置の基板ホル
ダーを説明する図であり、図3(A)は断面図、図3
(B)は基板ホルダーを基板面から見た正面図である。
基板ホルダー12は、回転軸20と、基板11を取り付
ける基板保持具21から構成されている。基板保持具2
1は、回転軸20から着脱自在であり、基板11は基板
保持具21において基板を周囲から保持し、基板の周囲
を反応器中に露出させない基板覆い22によって取り付
けられている。
FIG. 3 is a view for explaining a substrate holder of the vapor phase growth apparatus of the present invention, and FIG.
(B) is a front view of the substrate holder viewed from the substrate surface.
The substrate holder 12 includes a rotation shaft 20 and a substrate holder 21 for mounting the substrate 11. Substrate holder 2
1 is detachable from the rotating shaft 20, and the substrate 11 is attached by a substrate cover 22 which holds the substrate from the periphery in a substrate holder 21 and does not expose the periphery of the substrate to the reactor.

【0026】本発明では、基板保持具21および基板覆
い22を炭素材料、あるいは炭化ケイ素で被覆された炭
素材料とすることで、基板11の側面や裏面に多結晶窒
化ガリウムが析出するのを防止している。これにより基
板裏面に析出した多結晶窒化ガリウムの応力に起因した
結晶割れを防ぐことができ、結晶品質や歩留まりを向上
することができる。
In the present invention, the substrate holder 21 and the substrate cover 22 are made of a carbon material or a carbon material coated with silicon carbide, thereby preventing polycrystalline gallium nitride from depositing on the side and back surfaces of the substrate 11. are doing. This can prevent crystal cracks caused by the stress of the polycrystalline gallium nitride deposited on the back surface of the substrate, and can improve the crystal quality and yield.

【0027】図4は、本発明の他の実施の形態を示すも
のであり、図1に示された気相成長装置とは反応管に接
続される水素化物導入管の本数と取付位置が異なってい
る。図4は、反応管の端面方向から気相成長装置を見た
図であり、反応管2の中央にガリウム化合物生成具5が
設けられ、ガリウム源ボート中には反応気体導入管4が
ある。図4(A)はガリウム化合物生成管5の上下に2
つの水素化物導入管3が結合された例であり、また、図
4(B)では、円周上に4個の水素化物導入管3が結合
された例である。このように、水素化物導入管3を均等
に配置することによって反応管内の窒素源としての作用
をする水素化物の濃度分布をより均一にすることができ
る。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, which differs from the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 1 in the number of hydride introduction tubes connected to the reaction tubes and the mounting position. ing. FIG. 4 is a view of the vapor phase growth apparatus viewed from the end face direction of the reaction tube. A gallium compound generator 5 is provided at the center of the reaction tube 2, and a reaction gas introduction tube 4 is provided in the gallium source boat. FIG. 4 (A) shows two gallium compound generation tubes 5 above and below.
FIG. 4B shows an example in which four hydride introduction pipes 3 are connected on a circumference. As described above, by disposing the hydride introduction pipes 3 evenly, the concentration distribution of the hydride acting as a nitrogen source in the reaction tube can be made more uniform.

【0028】図5は、本発明の気相成長装置の他の実施
の形態を説明する断面図である。図5で示す装置は、図
1に示す気相成長装置において、多数の基板が取り付け
可能な基板保持具61を有する基板ホルダー12を用い
ている。さらに、ガリウム化合物生成管5の吹き出し部
9を複数個設け、複数個の基板上への均一な単結晶成長
を可能としている。基板ホルダー12と吹き出し部9の
構造および水素化物導入管の本数以外は、図1で示す装
置と同様である。この装置構成では、複数枚の基板上に
均一な窒化ガリウムを成長させることが可能となる。
FIG. 5 is a sectional view for explaining another embodiment of the vapor phase growth apparatus of the present invention. The apparatus shown in FIG. 5 uses the substrate holder 12 having the substrate holder 61 to which a number of substrates can be attached in the vapor phase growth apparatus shown in FIG. Further, a plurality of blow-out portions 9 of the gallium compound generating tube 5 are provided to enable uniform single crystal growth on a plurality of substrates. The apparatus is the same as the apparatus shown in FIG. 1 except for the structure of the substrate holder 12 and the blowing section 9 and the number of hydride introduction pipes. With this apparatus configuration, it is possible to grow uniform gallium nitride on a plurality of substrates.

【0029】図6は、図5の気相成長装置において、複
数枚の基板を保持する基板ホルダーを説明する図であ
る。図6(A)は基板ホルダーを基板面から見た正面
図、図6(B)は断面図である。基板ホルダー12は、
回転自在に反応器に取り付ける回転軸20と、基板11
を取り付ける基板保持具61から構成されている。基板
保持具61は、回転軸20から着脱自在であり、基板1
1は基板保持具61において基板を周囲から保持し、基
板の周囲を反応器中に露出させない基板覆い22によっ
て取り付けられている。各基板とガリウム化合物生成部
の吹き出し部との対応関係を説明するために、複数個の
先端保護管15の位置を破線で示す。
FIG. 6 is a view for explaining a substrate holder for holding a plurality of substrates in the vapor phase growth apparatus of FIG. FIG. 6A is a front view of the substrate holder viewed from the substrate surface, and FIG. 6B is a cross-sectional view. The substrate holder 12
A rotating shaft 20 rotatably attached to the reactor and a substrate 11
Is mounted on the substrate holder 61. The substrate holder 61 is detachable from the rotating shaft 20 and the substrate 1
1 is attached by a substrate cover 22 which holds the substrate from the periphery in a substrate holder 61 and does not expose the periphery of the substrate to the reactor. In order to explain the correspondence between each substrate and the blow-out part of the gallium compound generation part, the positions of the plurality of tip protection tubes 15 are shown by broken lines.

【0030】また、基板保持具61の中央部分には、複
数個の貫通孔71が設けられており、大きな面積の基板
保持具によって反応管内部の気体の流通が妨げることを
防止している。また、反応管内において、ガリウム化合
物生成管は、一箇所に設けるものに限らず、複数個を設
けることによって、反応管内部でのガリウム化合物の濃
度をより均一なものとすることができる。
A plurality of through-holes 71 are provided in the center of the substrate holder 61 to prevent a large area of the substrate holder from obstructing the gas flow inside the reaction tube. Further, in the reaction tube, the gallium compound producing tube is not limited to the one provided at one place, but by providing a plurality of tubes, the concentration of the gallium compound in the reaction tube can be made more uniform.

【0031】図7は、本発明の窒化ガリウムの気相成長
装置の他の例を説明する断面図である。図7で示す装置
は図1に示す気相成長装置において、多数枚の基板が取
り付け可能な基板保持具61を有する基板ホルダー12
を用い、さらにガリウム化合物生成管81を4個設けた
装置を示している。ガリウム化合物生成管81を円周上
に均等に配置しており、それぞれのガリウム化合物生成
管81の先端部には、吹き出し部9を設け、複数個の基
板上に均一な単結晶の成長が可能とした装置であり、吹
き出し部9の構造以外は、図1で示す装置と同様であ
る。
FIG. 7 is a sectional view for explaining another example of the gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention. The apparatus shown in FIG. 7 is different from the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 1 in that a substrate holder 12 having a substrate holder 61 to which a large number of substrates can be attached.
And an apparatus in which four gallium compound generating tubes 81 are provided. The gallium compound generation tubes 81 are evenly arranged on the circumference, and the blowing portion 9 is provided at the tip of each gallium compound generation tube 81 to enable uniform single crystal growth on a plurality of substrates. This is the same as the device shown in FIG.

【0032】図7に示した装置では、複数個のガリウム
化合物生成管5が独立して設けられているので、図5の
装置と比較して、それぞれのガリウム化合物生成管から
のガリウム化合物の吹き出し量を均等化することができ
る。以上の説明では、横置きの横型反応管について述べ
たが、反応管の形状は縦型のものであっても同様に適用
することができる。
In the apparatus shown in FIG. 7, since a plurality of gallium compound producing tubes 5 are provided independently, the gallium compound blowing from each gallium compound producing tube is different from that of the apparatus shown in FIG. The amount can be equalized. In the above description, the horizontal reaction tube placed horizontally is described. However, the same configuration can be applied even when the shape of the reaction tube is vertical.

【0033】[0033]

【実施例】本発明の窒化物の気相成長装置は、周期律表
第III族のアルミニウム、ガリウム、インジウム等の窒
化物、あるいはこれらの混合物の製造に好適である。以
下の説明では、一例として、窒化ガリウムの単結晶の製
造について以下に実施例を示して説明する。 実施例1 図1に示したものと同様の、内径75mmの横型の石英
反応管内部に、間隔が1cmの仕切りを設けたガリウム
源ボートに800gの金属ガリウムを入れたガリウム化
合物生成部を設けた。加熱炉によって、ガリウム化合物
生成部を750℃に加熱するとともに、成長領域を10
00℃に加熱した。ガリウム化合物生成部には、反応気
体導入管から塩化水素を水素をキャリアガスとして、そ
れぞれ50ml/分、200ml/分で導入した。さら
に、その外側の水素導入管からは水素を導入して、石英
保護管を取り付けた内径20mmのガリウム化合物吹き
出し管から、線速度5cm/秒で基板ホルダーに取り付
けられた基板の中央付近に導入した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The nitride vapor phase growth apparatus of the present invention is suitable for producing nitrides of Group III of the periodic table, such as aluminum, gallium and indium, or a mixture thereof. In the following description, as an example, the production of a single crystal of gallium nitride will be described with reference to examples below. Example 1 A gallium compound generation unit containing 800 g of metal gallium was provided in a gallium source boat having a partition of 1 cm inside a horizontal quartz reaction tube having an inner diameter of 75 mm, similar to that shown in FIG. . The gallium compound generation part is heated to 750 ° C. by a heating furnace, and the growth region is
Heated to 00 ° C. Hydrogen chloride was introduced into the gallium compound producing section at a flow rate of 50 ml / min and 200 ml / min, respectively, using hydrogen as a carrier gas from a reaction gas introduction pipe. Further, hydrogen was introduced from the hydrogen introduction tube on the outside thereof, and was introduced from a gallium compound blow-out tube having an inner diameter of 20 mm equipped with a quartz protective tube at a linear velocity of 5 cm / sec near the center of the substrate attached to the substrate holder. .

【0034】一方、反応管の端部からは、塩化水素の導
入方向と同一の方向へ、アンモニアを水素とともに導入
した。混合領域に導入されるアンモニアを含む気体の線
速度は1cm/秒であった。50.8mmの直径の(0
001)面サファイア基板上に膜厚1μmの窒化ガリウ
ムを予め形成した基板の表面に、フォトリソグラフィー
によってストライプ状のシリカの幅3μmパターンを4
μmの間隔で、窒化ガリウム結晶に対して<11−20
>の方向に形成して、成長領域を分離した試料基板を、
基板ホルダーに取り付けた。
On the other hand, from the end of the reaction tube, ammonia was introduced together with hydrogen in the same direction as the direction in which hydrogen chloride was introduced. The linear velocity of the gas containing ammonia introduced into the mixing zone was 1 cm / sec. (0 mm) with a diameter of 50.8 mm
001) A 1 μm-thick gallium nitride film is formed on a sapphire substrate in advance.
<11-20 for gallium nitride crystals at μm intervals
The sample substrate formed in the direction of
Attached to the substrate holder.

【0035】基板保持具は、炭素製の基材上に、炭化ケ
イ素を100μmの厚さに被覆したものを用い、開口部
の大きさが45mmの基板ホルダーと同一の材料を用い
た基板覆いで試料基板を取り付けた。また、基板ホルダ
ーの反応管の内部の断面積に占める割合は、55%であ
った。また、反応管内部の成長領域から基板保持具まで
の間と、その下流部側には、内径62mmの石英製の内
面保護管を設けた。アンモニア供給分圧を4.9×10
4Pa(5×10-1at)、塩化水素分圧9.8×102
Pa (1×10-2at)に調整するとともに、基板ホ
ルダーを回転速度10ppmで回転させて試料基板上に
3時間窒化ガリウムの成長を行った。得られた窒化ガリ
ウム単結晶の膜厚は、300μmであり、試料基板の周
辺部や裏面には、多結晶の析出は起こらず基板割れは生
じなかった。また、膜厚の均一性は、±2%以内であ
り、表面の転位密度は1×107 個/cm2 であった。
As the substrate holder, a substrate made of carbon and coated with silicon carbide to a thickness of 100 μm was used, and the substrate was covered with a substrate made of the same material as a substrate holder having an opening of 45 mm in size. A sample substrate was attached. The ratio of the substrate holder to the internal cross-sectional area of the reaction tube was 55%. An inner protective tube made of quartz having an inner diameter of 62 mm was provided between the growth region inside the reaction tube and the substrate holder and on the downstream side. The ammonia supply partial pressure is 4.9 × 10
4 Pa (5 × 10 -1 at), hydrogen chloride partial pressure 9.8 × 10 2
Gallium nitride was grown on the sample substrate for 3 hours while adjusting the pressure to Pa (1 × 10 −2 at) and rotating the substrate holder at a rotation speed of 10 ppm. The thickness of the obtained gallium nitride single crystal was 300 μm, and no polycrystal was deposited on the peripheral portion and the back surface of the sample substrate, and no substrate crack was generated. The thickness uniformity was within ± 2%, and the dislocation density on the surface was 1 × 10 7 / cm 2 .

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の窒化物の気相成長装置により、
窒素の水素化物の反応装置内における濃度を均一な分布
とするとともに、金属ガリウムから生成するガリウム化
合物の濃度も均一なものとして、単結晶の成長を高速で
均一なものとすることができた。また、反応管の内面に
内面保護管を用いると共に、金属ガリウムから生成した
ガリウム化合物の吹き出し部にも先端保護管を設けたの
で、窒化ガリウムの異常成長による反応管の破損等の問
題を防止することができる。さらに、窒化ガリウム単結
晶を成長させる基板のホルダーとして炭素材料、もしく
は炭化ケイ素を被覆した耐熱性材料を用いたので、基板
ホルダーへの窒化ガリウムの析出量を小さくすることが
できる。
According to the nitride vapor phase growth apparatus of the present invention,
The concentration of the hydride of nitrogen in the reactor was made uniform, and the concentration of the gallium compound generated from the metal gallium was also made uniform, whereby the single crystal could be grown at high speed and uniformity. In addition, since an inner protective tube is used for the inner surface of the reaction tube and a tip protective tube is also provided at a blowing part of a gallium compound generated from metal gallium, problems such as breakage of the reaction tube due to abnormal growth of gallium nitride are prevented. be able to. Further, since a carbon material or a heat-resistant material coated with silicon carbide is used as a holder for a substrate on which a gallium nitride single crystal is grown, the amount of gallium nitride deposited on the substrate holder can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置
を説明する断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.

【図2】図2は、ガリウム化合物生成部におけるガリウ
ム源ボートを説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a gallium source boat in a gallium compound generation unit.

【図3】図3は、本発明の気相成長装置の基板ホルダー
を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a substrate holder of the vapor phase growth apparatus of the present invention.

【図4】図4は、気相成長装置の横型反応管への端面の
水素化物導入管の取付位置の一例を説明する図である。
FIG. 4 is a view for explaining an example of an attachment position of a hydride introduction pipe on an end face to a horizontal reaction tube of a vapor phase growth apparatus.

【図5】図5は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置
の他の例を説明する断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another example of the gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.

【図6】図6は、本発明の気相成長装置の複数個の基板
を保持する基板ホルダーを説明する図である。
FIG. 6 is a view for explaining a substrate holder for holding a plurality of substrates in the vapor phase growth apparatus of the present invention.

【図7】図7は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置
の他の例を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.

【図8】図8は、従来の気相成長装置の例を説明する図
である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a conventional vapor phase growth apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…気相成長装置 2…横型反応管 3…水素化物導入管 4…反応気体導入管 5…ガリウム化合物生成管 6…ガリウム源ボート 7…第1の加熱手段 8…バッフル板 9…吹き出し部 10…第2の加熱手段 11…基板 12…基板ホルダー 13…排出口 14…内面保護管 15…先端保護管 16…金属ガリウム 17…仕切り板 18…連通部 19…蓋体 20…回転軸 21…基板保持具 22…基板覆い 30…管壁 31…水素化物導入管 41…反応気体導入管 51…ガリウム化合物生成管 61…基板保持具 71…貫通孔 81…気相成長装置 82…反応管 83…水素化物導入管 84…反応気体導入管 85…ガリウム化合物生成管 86…ガリウム源 87…第1の加熱手段 88…基板 89…基板ホルダー 810…第2の加熱手段 811…排気口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vapor phase growth apparatus 2 ... Horizontal reaction tube 3 ... Hydride introduction tube 4 ... Reaction gas introduction tube 5 ... Gallium compound production tube 6 ... Gallium source boat 7 ... First heating means 8 ... Baffle plate 9 ... Blow-out part 10 ... second heating means 11 ... substrate 12 ... substrate holder 13 ... discharge port 14 ... inner protective tube 15 ... tip protective tube 16 ... metal gallium 17 ... partition plate 18 ... communication part 19 ... cover 20 ... rotary shaft 21 ... substrate Holder 22 ... Substrate cover 30 ... Tube wall 31 ... Hydride introduction tube 41 ... Reaction gas introduction tube 51 ... Gallium compound generation tube 61 ... Substrate holder 71 ... Through hole 81 ... Vapor growth apparatus 82 ... Reaction tube 83 ... Hydrogen Compound introduction tube 84 ... Reaction gas introduction tube 85 ... Gallium compound production tube 86 ... Gallium source 87 ... First heating means 88 ... Substrate 89 ... Substrate holder 810 ... Second heating means 811 ... Exhaust Mouth

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 尚孝 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 4G077 AA03 BE15 DB05 DB11 EG03 EG04 EG22 TB03 TC01 TC19 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Naotaka Kuroda F-term (reference) 4G077 AA03 BE15 DB05 DB11 EG03 EG04 EG22 TB03 TC01 TC19 at 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒素の水素化物と III族元素のハロゲン
化物により窒化物結晶の成長を行う反応管と、前記窒素
の水素化物を反応管内に供給する水素化物導入管と、前
記反応管内に設けられ、前記 III族元素の塩化物を生成
し反応管内に供給するIII族元素のハロゲン化物生成手
段とを有する窒化物の気相成長装置において、 前記水素化物導入管の反応管内での開口端部を、前記 I
II族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部より上流
に配置し、かつ、基板ホルダーに保持された窒化物結晶
成長用の基板を前記 III族元素のハロゲン化物生成手段
の吹き出し部に対向するように配置したことを特徴とす
る窒化物の気相成長装置。
1. A reaction tube for growing a nitride crystal by using a hydride of nitrogen and a halide of a group III element, a hydride introduction tube for supplying the hydride of nitrogen into the reaction tube, and a hydride introduction tube provided in the reaction tube. And a means for generating a group III element chloride and supplying the group III element halide to the reaction tube, wherein the opening end of the hydride introduction tube in the reaction tube is provided. And the I
It is arranged upstream from the blowing part of the halide generating means of the group II element, and the substrate for nitride crystal growth held by the substrate holder is opposed to the blowing part of the halide generating means of the group III element. An apparatus for vapor-phase growth of nitride, wherein the apparatus is arranged.
【請求項2】 前記水素化物導入管の開口端部を金属源
の加熱手段より上流、又は反応管の端面に配置したこと
を特徴とする請求項1記載の窒化物の気相成長装置。
2. The nitride vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein an opening end of said hydride introduction tube is arranged upstream of a heating means of a metal source or on an end surface of a reaction tube.
【請求項3】 前記水素化物導入管を複数設けたことを
特徴とする請求項1又は2記載の窒化物の気相成長装
置。
3. The apparatus for growing a nitride vapor phase according to claim 1, wherein a plurality of said hydride introduction pipes are provided.
【請求項4】 前記 III族元素のハロゲン化物生成手段
の吹き出し部の断面積は、先端に向かうにしたがって小
さくなることを特徴とする請求項1ないし3にいずれか
に記載の窒化物の気相成長装置。
4. The nitride gas phase according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the blow-out portion of said group III element halide generating means decreases toward the tip. Growth equipment.
【請求項5】 前記吹き出し部の断面積を反応管の内部
の断面積の5〜30%とすることを特徴とする請求項4
記載の窒化物の気相成長装置。
5. A cross-sectional area of the blow-out section is set to 5 to 30% of a cross-sectional area inside the reaction tube.
An apparatus for vapor-phase growth of a nitride according to the above.
【請求項6】 前記 III族元素のハロゲン化物生成手段
の吹き出し部を複数に分岐し、前記基板ホルダーに取り
付けた多数枚の基板を前記吹き出し部に対向するように
配置したことを特徴とする請求項1ないし5にいずれか
に記載の窒化物の気相成長装置。
6. The blow-off portion of the means for generating a halide of a group III element is branched into a plurality of portions, and a large number of substrates attached to the substrate holder are arranged so as to face the blow-out portion. Item 6. A nitride vapor-phase growth apparatus according to any one of Items 1 to 5.
【請求項7】 前記反応管内に、金属源を内部に有する
III族元素のハロゲン化物生成手段を複数設け、前記基
板ホルダーに取り付けた多数枚の基板を前記III族元素
のハロゲン化物生成手段の吹き出し部に対向するように
配置したことを特徴とする請求項1ないし5にいずれか
に記載の窒化物の気相成長装置。
7. A metal source is provided inside the reaction tube.
2. A method according to claim 1, wherein a plurality of group III element halide generating means are provided, and a plurality of substrates attached to said substrate holder are arranged so as to face a blowing part of said group III element halide generating means. 6. The apparatus for growing a nitride according to any one of the above items 5 to 5.
【請求項8】 金属源を収容した金属源ボートに、溶融
状態の金属の表面積を拡大するとともに、溶融金属が連
通する連通口を有する仕切り板を設けたことを特徴とす
る請求項1ないし7にいずれかに記載の窒化物の気相成
長装置。
8. A metal source boat accommodating a metal source, wherein a partition plate having a communication port through which the surface area of the molten metal is enlarged and through which the molten metal communicates is provided. The nitride vapor phase growth apparatus according to any one of the above.
【請求項9】 基板保持具及び基板覆いが炭素材料、も
しくは炭化ケイ素を被覆した耐熱性材料であることを特
徴とする請求項1ないし8にいずれかに記載の窒化物の
気相成長装置。
9. The apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder and the substrate cover are made of a carbon material or a heat-resistant material coated with silicon carbide.
【請求項10】 少なくとも窒素の水素化物と III族元
素のハロゲン化物が混合され、加熱される反応管の内壁
に内面保護管を設けたことを特徴とする請求項1ないし
9にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。
10. The reactor according to claim 1, wherein at least a hydride of nitrogen and a halide of a group III element are mixed and an inner protective tube is provided on an inner wall of the reaction tube to be heated. Of nitride vapor phase growth equipment.
【請求項11】 III 族元素のハロゲン化物生成手段の
吹き出し部には、着脱自在な先端保護管が取り付けられ
ていることを特徴とする請求項1ないし10にいずれか
に記載の窒化物の気相成長装置。
11. The nitride gas according to claim 1, wherein a detachable tip protection tube is attached to a blowing portion of the means for generating a halide of a group III element. Phase growth equipment.
【請求項12】 請求項1ないしの11のいずれかに記
載の窒化ガリウムの気相成長装置を用い、結晶基板上に
形成したAlxGa1-xN(1≦x≦1) の表面の一部にマ
スクを設け、マスクの開口部から基板面に平行な横方向
成長(ELO成長)を行うことを特徴とする窒化物の気
相成長装置。
12. A mask for a part of the surface of AlxGa1-xN (1.ltoreq.x.ltoreq.1) formed on a crystal substrate using the gallium nitride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 11. Characterized by performing lateral growth (ELO growth) parallel to the substrate surface from the opening of the mask.
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