JP2002246323A - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物膜の製造方法および製造装置 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族窒化物膜の製造方法および製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】MOCVD法によって特性が良好なAlxGayInzN(ただ
しx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を高い成膜速度で効率
よく、基板内膜厚の変動を抑えてエピタキシャル成長さ
せるIIIV族窒化物膜の製造方法および装置を提供する。 【解決手段】水平に配置された石英より成る反応管１１
の中央にサセプタ１３を介して加熱される基板１２を配
置し、反応管中央部の内壁の、基板と対向する部分に冷
却ジャケット２０を配置し、この冷却ジャケットを経て
所定の温度に制御された冷却媒体を循環させる。反応管
１１内に導入される原料ガスの温度を下げて気相反応を
抑止し、基板と対向する反応管内壁部分内部の温度を下
げてここに金属窒化物が堆積されるのを抑止することに
より、良好な特性を有する金属窒化物膜を高い成膜速度
で、均一に成膜できる。
しx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を高い成膜速度で効率
よく、基板内膜厚の変動を抑えてエピタキシャル成長さ
せるIIIV族窒化物膜の製造方法および装置を提供する。 【解決手段】水平に配置された石英より成る反応管１１
の中央にサセプタ１３を介して加熱される基板１２を配
置し、反応管中央部の内壁の、基板と対向する部分に冷
却ジャケット２０を配置し、この冷却ジャケットを経て
所定の温度に制御された冷却媒体を循環させる。反応管
１１内に導入される原料ガスの温度を下げて気相反応を
抑止し、基板と対向する反応管内壁部分内部の温度を下
げてここに金属窒化物が堆積されるのを抑止することに
より、良好な特性を有する金属窒化物膜を高い成膜速度
で、均一に成膜できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の上に、有機
金属ガスの気相エピタキシャル（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition:MOCVD）法によってIIIV族窒化物
膜、特にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧
0)膜をエピタキシャル成長させる方法およびこのような
方法を実施するための装置に関するものである。
金属ガスの気相エピタキシャル（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition:MOCVD）法によってIIIV族窒化物
膜、特にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧
0)膜をエピタキシャル成長させる方法およびこのような
方法を実施するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード、レーザダイオード、フ
ォトダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイス
においては、例えばサファイア基板より成る基板上にII
IV族窒化物膜、特にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)膜をエピタキシャル成長させることが提案
されている。このAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y
≧0、z≧0)膜のエピタキシャル成長プロセスとしては、
従来よりMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposit
ion)法が知られており、最近では塩化物気相エピタキシ
ャル（Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE）法も提案さ
れている。
ォトダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイス
においては、例えばサファイア基板より成る基板上にII
IV族窒化物膜、特にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)膜をエピタキシャル成長させることが提案
されている。このAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y
≧0、z≧0)膜のエピタキシャル成長プロセスとしては、
従来よりMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposit
ion)法が知られており、最近では塩化物気相エピタキシ
ャル（Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE）法も提案さ
れている。
【０００３】HVPE法でGaN膜を成膜する場合には、表面
にGaN薄膜を形成したサファイア基板を内部に保持した
反応管内にガリウム金属を装填し、反応管に塩酸ガスを
導入して塩化ガリウムガスを生成させ、これにアンモニ
アガスを反応させて窒化ガリウムを堆積させるようにし
ている。このHVPE法は、MOCVD法に比べて成膜速度が高
いという特長がある。例えば、MOCVD法によってGaN膜を
エピタキシャル成長させる際の典型的な成膜速度は毎時
数μｍであるが、HVPE法でGaN膜をエピタキシャル成長
させる場合の典型的な成膜速度は毎時数百μｍである。
したがって、HVPE法は、特に膜厚の大きなIIIV族窒化物
膜を形成する場合に有利に利用できるものである。
にGaN薄膜を形成したサファイア基板を内部に保持した
反応管内にガリウム金属を装填し、反応管に塩酸ガスを
導入して塩化ガリウムガスを生成させ、これにアンモニ
アガスを反応させて窒化ガリウムを堆積させるようにし
ている。このHVPE法は、MOCVD法に比べて成膜速度が高
いという特長がある。例えば、MOCVD法によってGaN膜を
エピタキシャル成長させる際の典型的な成膜速度は毎時
数μｍであるが、HVPE法でGaN膜をエピタキシャル成長
させる場合の典型的な成膜速度は毎時数百μｍである。
したがって、HVPE法は、特に膜厚の大きなIIIV族窒化物
膜を形成する場合に有利に利用できるものである。
【０００４】しかしながら、HVPE法では、良好な特性を
有するAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)
膜が得られにくいと共に基板内での膜厚の変動が比較的
に大きくなるという問題がある。
有するAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)
膜が得られにくいと共に基板内での膜厚の変動が比較的
に大きくなるという問題がある。
【０００５】また、MOCVD法でAlxGayInzN(ただしx+y+z=
1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合には、加熱装置
によって所定の温度に加熱されたサセプタ上に載置され
た基板を反応管内に保持し、この反応管に、トリメチル
アルミニウムガス、トリメチルガリウムガスまたはトリ
メチルインジウムガスまたはこれらの有機金属ガスの２
種以上の混合ガスと、アンモニアとを、水素や窒素のよ
うなキャリアガスと一緒に導入し、有機金属とアンモニ
アとの反応によってAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)で表わされる膜、すなわちアルミニウム窒
化膜、ガリウム窒化膜、インジウム窒化膜或いはアルミ
ニウム−ガリウム窒化膜、アルミニウム−インジウム窒
化膜、ガリウム−インジウム窒化膜を基板上に堆積させ
るようにしている。
1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合には、加熱装置
によって所定の温度に加熱されたサセプタ上に載置され
た基板を反応管内に保持し、この反応管に、トリメチル
アルミニウムガス、トリメチルガリウムガスまたはトリ
メチルインジウムガスまたはこれらの有機金属ガスの２
種以上の混合ガスと、アンモニアとを、水素や窒素のよ
うなキャリアガスと一緒に導入し、有機金属とアンモニ
アとの反応によってAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)で表わされる膜、すなわちアルミニウム窒
化膜、ガリウム窒化膜、インジウム窒化膜或いはアルミ
ニウム−ガリウム窒化膜、アルミニウム−インジウム窒
化膜、ガリウム−インジウム窒化膜を基板上に堆積させ
るようにしている。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】上述したようにMOCVD法によ
ってAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜
を成膜する従来の方法において、反応管内で有機金属ガ
スの気相反応が起こると、成膜効率が低下し、成膜速度
が非常に低くなってしまうので、反応管内部を冷却する
必要がある。一般に反応管は、製作の容易性およびコス
トの点で石英で造られているが、その形状は相当複雑で
あるので、この石英製の反応管に冷却装置を直接取り付
けることは困難である。そこで従来は、石英製の反応管
の外側をステンレス鋼より成る外管で覆い、このステン
レス鋼外管に冷却装置を取り付けるようにしている。
ってAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜
を成膜する従来の方法において、反応管内で有機金属ガ
スの気相反応が起こると、成膜効率が低下し、成膜速度
が非常に低くなってしまうので、反応管内部を冷却する
必要がある。一般に反応管は、製作の容易性およびコス
トの点で石英で造られているが、その形状は相当複雑で
あるので、この石英製の反応管に冷却装置を直接取り付
けることは困難である。そこで従来は、石英製の反応管
の外側をステンレス鋼より成る外管で覆い、このステン
レス鋼外管に冷却装置を取り付けるようにしている。
【０００７】しかしながら、このように石英製の反応管
の外側を覆うステンレス鋼より成る外管に冷却装置を取
り付けた従来の製造装置では、反応管は間接的にしか冷
却されないので、十分な冷却効果が得られないという問
題がある。特に、AlN膜やアルミリッチなAlxGayInzN(た
だしx+y+z=1、 x>0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合、G
aN膜やアルミプアなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 0≦x<
0.5、y≧0、z≧0)膜に比べて効率よく成膜することがで
きないことを確かめた。その理由を種々検討した結果、
AlN膜やアルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>
0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜する際に多量に使用されるト
リメチルアルミニウムガスとアンモニアは高温にさらさ
れると、気相反応は激しくなり、AlN膜やアルミリッチ
なAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0、y≧0、z≧0)膜の成
膜が阻害されてしまうためであることを確かめた。
の外側を覆うステンレス鋼より成る外管に冷却装置を取
り付けた従来の製造装置では、反応管は間接的にしか冷
却されないので、十分な冷却効果が得られないという問
題がある。特に、AlN膜やアルミリッチなAlxGayInzN(た
だしx+y+z=1、 x>0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合、G
aN膜やアルミプアなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 0≦x<
0.5、y≧0、z≧0)膜に比べて効率よく成膜することがで
きないことを確かめた。その理由を種々検討した結果、
AlN膜やアルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>
0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜する際に多量に使用されるト
リメチルアルミニウムガスとアンモニアは高温にさらさ
れると、気相反応は激しくなり、AlN膜やアルミリッチ
なAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0、y≧0、z≧0)膜の成
膜が阻害されてしまうためであることを確かめた。
【０００８】さらに、基板を支持するサセプタを反応管
の下側に配置し、基板を上向きにしてAlN膜やアルミリ
ッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧0、z≧0)
膜を成膜する場合には、反応管の基板と対向する部分の
壁の温度が高いと、その部分にアルミニウム窒化物が堆
積され、この堆積されたアルミニウム窒化物が基板上に
落下するようになるので、良好な特性を有するAlN膜や
アルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧
0、z≧0)膜を成膜することができないことも確かめた。
の下側に配置し、基板を上向きにしてAlN膜やアルミリ
ッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧0、z≧0)
膜を成膜する場合には、反応管の基板と対向する部分の
壁の温度が高いと、その部分にアルミニウム窒化物が堆
積され、この堆積されたアルミニウム窒化物が基板上に
落下するようになるので、良好な特性を有するAlN膜や
アルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧
0、z≧0)膜を成膜することができないことも確かめた。
【０００９】MOCVD法でAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧
0、y≧0、z≧0)膜をエピタキシャル成長させる場合に、
上述したように原料ガスの温度が上昇して気相反応が引
き起こされるのを防止したり、原料ガスが高温に加熱さ
れた反応管の内壁と接触してそこに堆積されるのを防止
するための手段が、特開平１０―１６７８８３号公報、
同１０―６７８８４号公報および同１０―１００７２６
号公報に開示されている。前者の２つの公報に記載され
たものは、原料ガスを反応管に導入するためのノズルの
部分を冷却する装置を設けて原料ガスの温度を低下させ
ようとするものであり、後者の公報に記載されたもの
は、反応管の、基板を支持するサセプタの上流部分に冷
却装置を設けて、基板表面に達する原料ガスの温度を低
下させようとするものである。
0、y≧0、z≧0)膜をエピタキシャル成長させる場合に、
上述したように原料ガスの温度が上昇して気相反応が引
き起こされるのを防止したり、原料ガスが高温に加熱さ
れた反応管の内壁と接触してそこに堆積されるのを防止
するための手段が、特開平１０―１６７８８３号公報、
同１０―６７８８４号公報および同１０―１００７２６
号公報に開示されている。前者の２つの公報に記載され
たものは、原料ガスを反応管に導入するためのノズルの
部分を冷却する装置を設けて原料ガスの温度を低下させ
ようとするものであり、後者の公報に記載されたもの
は、反応管の、基板を支持するサセプタの上流部分に冷
却装置を設けて、基板表面に達する原料ガスの温度を低
下させようとするものである。
【００１０】これらの冷却装置を設けることによって、
反応管内の原料ガスの温度が多少低くなり、成膜を改善
することができるが、AlN膜やアルミリッチなAlxGayInz
N(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場
合には、依然として十分な成膜速度が得られない。ま
た、基板の直ぐ上流側の反応管部分以外の内壁の温度を
低下させる効果は殆どなく、基板と対向する反応管内壁
に堆積された窒化物が基板上に落下して膜の特性を劣化
させるという問題は解消されていない。
反応管内の原料ガスの温度が多少低くなり、成膜を改善
することができるが、AlN膜やアルミリッチなAlxGayInz
N(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場
合には、依然として十分な成膜速度が得られない。ま
た、基板の直ぐ上流側の反応管部分以外の内壁の温度を
低下させる効果は殆どなく、基板と対向する反応管内壁
に堆積された窒化物が基板上に落下して膜の特性を劣化
させるという問題は解消されていない。
【００１１】さらに、従来の方法では、基板上に成膜さ
れたAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜
の、基板内の膜厚の変動が大きいという問題がある。特
に、製造コストを下げるために、基板として直径の大き
なウエファ、例えば３インチウエファが使用されるよう
になって来たが、このように大きなウエファを使用する
場合には、ウエファ内の膜厚の変動は一層大きなものと
なる。
れたAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜
の、基板内の膜厚の変動が大きいという問題がある。特
に、製造コストを下げるために、基板として直径の大き
なウエファ、例えば３インチウエファが使用されるよう
になって来たが、このように大きなウエファを使用する
場合には、ウエファ内の膜厚の変動は一層大きなものと
なる。
【００１２】また、反応管を垂直に配置し、その内部に
基板を水平に保持し、反応管の上部から原料ガスをキャ
リアガスと共に導入してIIIV族窒化物膜を成膜する装置
において、原料ガスおよびキャリアガスを導入するノズ
ルを冷却するようにしたものは知られているが、このよ
うな縦型の反応管を用いる場合には、ノズル内部で反応
が起こり、ノズル詰まりが発生するという問題がある。
基板を水平に保持し、反応管の上部から原料ガスをキャ
リアガスと共に導入してIIIV族窒化物膜を成膜する装置
において、原料ガスおよびキャリアガスを導入するノズ
ルを冷却するようにしたものは知られているが、このよ
うな縦型の反応管を用いる場合には、ノズル内部で反応
が起こり、ノズル詰まりが発生するという問題がある。
【００１３】本発明の目的は、上述した従来の問題点を
解決し、MOCVD法によって特性が良好なAlxGayInzN(ただ
しx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を高い成膜速度で効率
よく、しかも基板内膜厚の変動を抑えてエピタキシャル
成長させることができるIIIV族窒化物膜の製造方法を提
供しようとするものである。
解決し、MOCVD法によって特性が良好なAlxGayInzN(ただ
しx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を高い成膜速度で効率
よく、しかも基板内膜厚の変動を抑えてエピタキシャル
成長させることができるIIIV族窒化物膜の製造方法を提
供しようとするものである。
【００１４】本発明の他の目的は、MOCVD法によって特
性が良好なAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z
≧0)膜を効率良く、基板内膜厚の変動を抑えてエピタキ
シャル成長させることができ、しかも反応管を水平に配
置した横型のIIIV族窒化物膜の製造装置を提供しようと
するものである。
性が良好なAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z
≧0)膜を効率良く、基板内膜厚の変動を抑えてエピタキ
シャル成長させることができ、しかも反応管を水平に配
置した横型のIIIV族窒化物膜の製造装置を提供しようと
するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によるIIIV族窒化
物膜の製造方法は、水平方向に配置された反応管の中央
部にサセプタによって支持された基板を配置し、反応管
の一端から反応管内に有機金属ガスおよびアンモニアガ
スを含む原料ガスをキャリアガスと共に導入し、有機金
属ガスとアンモニアガスとの反応により生成される金属
窒化物を、加熱されたサセプタによって支持された基板
に堆積させてAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、
z≧0)膜をエピタキシャル成長させるに当たり、原料ガ
スと直接接触する反応管内壁の、少なくとも基板と対向
する部分を直接冷却しながら成膜することを特徴とする
ものである。
物膜の製造方法は、水平方向に配置された反応管の中央
部にサセプタによって支持された基板を配置し、反応管
の一端から反応管内に有機金属ガスおよびアンモニアガ
スを含む原料ガスをキャリアガスと共に導入し、有機金
属ガスとアンモニアガスとの反応により生成される金属
窒化物を、加熱されたサセプタによって支持された基板
に堆積させてAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、
z≧0)膜をエピタキシャル成長させるに当たり、原料ガ
スと直接接触する反応管内壁の、少なくとも基板と対向
する部分を直接冷却しながら成膜することを特徴とする
ものである。
【００１６】このような本発明によるIIIV族窒化物膜の
製造方法を実施する場合には、サセプタを反応管中央部
の底部にその表面が上を向くように配置し、その上に支
持された基板の上にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)膜を成膜するのが好適であるが、サセプタ
を反応管中央部の上部にその表面が下を向くように配置
し、基板の下向きの表面にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、
x≧0、y≧0、z≧0)膜を成膜することもできる。
製造方法を実施する場合には、サセプタを反応管中央部
の底部にその表面が上を向くように配置し、その上に支
持された基板の上にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)膜を成膜するのが好適であるが、サセプタ
を反応管中央部の上部にその表面が下を向くように配置
し、基板の下向きの表面にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、
x≧0、y≧0、z≧0)膜を成膜することもできる。
【００１７】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造方法の
好適な実施例においては、多量のトリメチルアルミニウ
ムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスを反応管内に
導入してアルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>
0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜したり、トリメチルアルミニ
ウムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスを反応管内
に導入してAlN膜を成膜することができる。このように
して特性が良好であると共に基板内膜厚変動の少ないア
ルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧
0、z≧0)膜やAlN膜をきわめて高い成膜速度で効率よく
製造することができる。
好適な実施例においては、多量のトリメチルアルミニウ
ムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスを反応管内に
導入してアルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>
0.5、y≧0、z≧0)膜を成膜したり、トリメチルアルミニ
ウムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスを反応管内
に導入してAlN膜を成膜することができる。このように
して特性が良好であると共に基板内膜厚変動の少ないア
ルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y≧
0、z≧0)膜やAlN膜をきわめて高い成膜速度で効率よく
製造することができる。
【００１８】また、本発明によるIIIV族窒化物膜の製造
方法において、AlxGayIn zN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧
0、z≧0)膜を成長させる基板は、サファイア単結晶、Zn
O単結晶、LiAlO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgAl2O4単結
晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結
晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、In
P単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、AlGaN単結晶などのII
I−Ｖ族単結晶、ZrB2などのホウ化物単結晶などから構
成することができる。また、上記単結晶からなる基板上
に、ZnO単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結
晶、SiC単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaA
s単結晶、InP単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、AlGaN単
結晶などのIII−Ｖ族単結晶、あるいはこれらの混晶か
らなるエピタキシャル成長膜を具えるエピタキシャル基
板を用いることもできる。
方法において、AlxGayIn zN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧
0、z≧0)膜を成長させる基板は、サファイア単結晶、Zn
O単結晶、LiAlO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgAl2O4単結
晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結
晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、In
P単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、AlGaN単結晶などのII
I−Ｖ族単結晶、ZrB2などのホウ化物単結晶などから構
成することができる。また、上記単結晶からなる基板上
に、ZnO単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結
晶、SiC単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaA
s単結晶、InP単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、AlGaN単
結晶などのIII−Ｖ族単結晶、あるいはこれらの混晶か
らなるエピタキシャル成長膜を具えるエピタキシャル基
板を用いることもできる。
【００１９】さらに、本発明は、MOCVD法によって基板
上にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜
をエピタキシャル成長させる装置において、水平に配置
された反応管と、この反応管の中央部の内部に曝される
ように基板を支持するサセプタと、このサセプタを介し
て前記基板を加熱する加熱手段と、前記反応管内にその
一端から有機金属ガスおよびアンモニアガスを含む原料
ガスをキャリアガスと共に導入するガス導入手段と、原
料ガスと直接接触する反応管の内壁の、少なくとも前記
基板と対向する部分を直接冷却する冷却手段とを具え、
有機金属ガスとアンモニアガスとの反応により生成され
る金属窒化物を、サセプタを介して加熱された基板に堆
積させてAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧
0)膜をエピタキシャル成長させることを特徴とするもの
である。
上にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜
をエピタキシャル成長させる装置において、水平に配置
された反応管と、この反応管の中央部の内部に曝される
ように基板を支持するサセプタと、このサセプタを介し
て前記基板を加熱する加熱手段と、前記反応管内にその
一端から有機金属ガスおよびアンモニアガスを含む原料
ガスをキャリアガスと共に導入するガス導入手段と、原
料ガスと直接接触する反応管の内壁の、少なくとも前記
基板と対向する部分を直接冷却する冷却手段とを具え、
有機金属ガスとアンモニアガスとの反応により生成され
る金属窒化物を、サセプタを介して加熱された基板に堆
積させてAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧
0)膜をエピタキシャル成長させることを特徴とするもの
である。
【００２０】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の
好適な実施例においては、前記冷却手段によって、反応
管内壁の基板と対向する部分と、原料ガスの流れ方向に
見て基板の上流側の部分との双方を冷却するように構成
する。この場合、反応管の、基板と対向する部分を冷却
するための冷却ジャケットと、基板の上流側の部分を冷
却する冷却ジャケットとは別個に設けることができる。
これらの冷却ジャケットは、それぞれステンレス鋼で形
成することができる。したがって、この場合には、反応
管は、２つのステンレス鋼製冷却ジャケットと、石英よ
りなるその他の部分との複合構造となるが、このような
複合構造とすることによって反応管全体を石英で形成す
る場合に比べて、製造装置を容易にかつ低コストで製造
することができる。
好適な実施例においては、前記冷却手段によって、反応
管内壁の基板と対向する部分と、原料ガスの流れ方向に
見て基板の上流側の部分との双方を冷却するように構成
する。この場合、反応管の、基板と対向する部分を冷却
するための冷却ジャケットと、基板の上流側の部分を冷
却する冷却ジャケットとは別個に設けることができる。
これらの冷却ジャケットは、それぞれステンレス鋼で形
成することができる。したがって、この場合には、反応
管は、２つのステンレス鋼製冷却ジャケットと、石英よ
りなるその他の部分との複合構造となるが、このような
複合構造とすることによって反応管全体を石英で形成す
る場合に比べて、製造装置を容易にかつ低コストで製造
することができる。
【００２１】また、本発明によるIIIV族窒化物膜の製造
装置の好適な実施例においては、前記冷却手段に、原料
ガスと直接接触する反応管壁の一部分と直接接触するか
またはこの一部分を形成する冷却ジャケットと、この冷
却ジャケットを経て冷却媒体を循環させるポンプと、こ
の冷却媒体の温度を所定の低い温度に維持する冷却媒体
温度制御装置とを設ける。また、このような冷却手段の
冷却媒体としては水を用いることができる。
装置の好適な実施例においては、前記冷却手段に、原料
ガスと直接接触する反応管壁の一部分と直接接触するか
またはこの一部分を形成する冷却ジャケットと、この冷
却ジャケットを経て冷却媒体を循環させるポンプと、こ
の冷却媒体の温度を所定の低い温度に維持する冷却媒体
温度制御装置とを設ける。また、このような冷却手段の
冷却媒体としては水を用いることができる。
【００２２】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の
他の好適な実施例においては、前記冷却手段を設けた反
応管のほぼ全体をハウジングで囲み、このハウジングの
外側に第２の冷却手段を設ける。このように構成するこ
とにより、反応管全体を効率よく冷却することができ
る。
他の好適な実施例においては、前記冷却手段を設けた反
応管のほぼ全体をハウジングで囲み、このハウジングの
外側に第２の冷却手段を設ける。このように構成するこ
とにより、反応管全体を効率よく冷却することができ
る。
【００２３】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の
さらに他の好適な実施例においては、前記反応管全体を
ステンレス鋼で形成し、その大部分を冷却手段によって
直接冷却するように構成する。このような構成とするこ
とによりIIIV族窒化物膜の製造装置製造は一層容易とな
ると共に製造コストも一層低減することになる。
さらに他の好適な実施例においては、前記反応管全体を
ステンレス鋼で形成し、その大部分を冷却手段によって
直接冷却するように構成する。このような構成とするこ
とによりIIIV族窒化物膜の製造装置製造は一層容易とな
ると共に製造コストも一層低減することになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は、サファイア基板の上にAl
N膜を成膜する本発明によるIIIV族窒化物膜の製造方法
を実施する製造装置の第１の実施例の構成を示す線図的
な断面図である。本例においては、水平に配置される反
応管１１の全体を石英で形成する。この反応管１１の中
央部の底部には、サファイア基板１２を、その表面が上
向きとなるように水平に保持するサセプタ１３と、この
サセプタを介してサファイア基板を所定の温度に加熱す
る加熱装置１４とを配置する。このようにして、本例で
は、サファイア基板１２を水平方向上向きに保持してい
るが、本発明では基板を水平方向下向きに保持しても良
い。
N膜を成膜する本発明によるIIIV族窒化物膜の製造方法
を実施する製造装置の第１の実施例の構成を示す線図的
な断面図である。本例においては、水平に配置される反
応管１１の全体を石英で形成する。この反応管１１の中
央部の底部には、サファイア基板１２を、その表面が上
向きとなるように水平に保持するサセプタ１３と、この
サセプタを介してサファイア基板を所定の温度に加熱す
る加熱装置１４とを配置する。このようにして、本例で
は、サファイア基板１２を水平方向上向きに保持してい
るが、本発明では基板を水平方向下向きに保持しても良
い。
【００２５】反応管１１の右端には、反応管内に原料ガ
スおよびキャリアガスを導入するためのガス導入管を設
ける。すなわち、トリメチルアルミニウムガスを水素ガ
スと共に導入する第１の導入管１５と、アンモニアガス
を導入する第２の導入管１６と、水素または窒素より成
るキャリアガスを導入する第３の導入管１７とを設け
る。第１および第２の導入管１５および１６によって導
入されたトリメチルアルミニウムガスと、アンモニアガ
スとはそれぞれ別個のガイド管１８および１９によって
反応管１１の中央部まで案内され、サファイア基板１１
から離れた場所でこれらのガスが反応しないようにして
いる。
スおよびキャリアガスを導入するためのガス導入管を設
ける。すなわち、トリメチルアルミニウムガスを水素ガ
スと共に導入する第１の導入管１５と、アンモニアガス
を導入する第２の導入管１６と、水素または窒素より成
るキャリアガスを導入する第３の導入管１７とを設け
る。第１および第２の導入管１５および１６によって導
入されたトリメチルアルミニウムガスと、アンモニアガ
スとはそれぞれ別個のガイド管１８および１９によって
反応管１１の中央部まで案内され、サファイア基板１１
から離れた場所でこれらのガスが反応しないようにして
いる。
【００２６】石英より成る反応管１１の中央部の外周面
には、サファイア基板１１と対向する部分にステンレス
鋼で形成された冷却ジャケット２０を設ける。この冷却
ジャケット２０の一端を、冷却媒体を所定の低温度に維
持する第１の冷却媒体温度制御装置２１およびポンプ２
２を経て冷却ジャケット２０の他端に連結する。本例で
は、この冷却媒体を水とするが、他の冷却媒体を用いる
こともできる。また、反応管１１の左端には排気ダクト
２３が設けられ、これを経て排気系へ連通される。
には、サファイア基板１１と対向する部分にステンレス
鋼で形成された冷却ジャケット２０を設ける。この冷却
ジャケット２０の一端を、冷却媒体を所定の低温度に維
持する第１の冷却媒体温度制御装置２１およびポンプ２
２を経て冷却ジャケット２０の他端に連結する。本例で
は、この冷却媒体を水とするが、他の冷却媒体を用いる
こともできる。また、反応管１１の左端には排気ダクト
２３が設けられ、これを経て排気系へ連通される。
【００２７】サファイア基板１２は、加熱装置１４によ
ってほぼ１０００°Ｃの温度に加熱されると共に、冷却
ジャケット２０を経て低温に維持された冷却媒体を循環
させることにより、反応管１１の内部の温度を下げると
共に原料ガスと直接接触する反応管内壁の温度、特にサ
ファイア基板１１と対向する反応管中央部の上部の温度
を下げることができる。したがって、トリメチルアルミ
ニウムガスとアンモニアガスとの気相反応が有効に抑え
られ、サファイア基板１２の上に窒化アルミニウムが有
効に堆積され、AlN膜を高い成膜速度で形成することが
できると共に、サファイア基板と対向する反応管内壁に
窒化アルミニウムが堆積することがなくなるので、サフ
ァイア基板上に成膜されるAlN膜は特性の優れたものと
なる。
ってほぼ１０００°Ｃの温度に加熱されると共に、冷却
ジャケット２０を経て低温に維持された冷却媒体を循環
させることにより、反応管１１の内部の温度を下げると
共に原料ガスと直接接触する反応管内壁の温度、特にサ
ファイア基板１１と対向する反応管中央部の上部の温度
を下げることができる。したがって、トリメチルアルミ
ニウムガスとアンモニアガスとの気相反応が有効に抑え
られ、サファイア基板１２の上に窒化アルミニウムが有
効に堆積され、AlN膜を高い成膜速度で形成することが
できると共に、サファイア基板と対向する反応管内壁に
窒化アルミニウムが堆積することがなくなるので、サフ
ァイア基板上に成膜されるAlN膜は特性の優れたものと
なる。
【００２８】図２は本発明によるIIIV族窒化物膜の製造
装置の第２の実施例の構成を示す断面図である。本例に
おいて前例と同様の部分には図１に示した符号を付けて
示した。本例では、水平に配置される反応管１１を石英
で形成し、その中央部には、サファイア基板１２を、そ
の表面が上向きとなるように水平に保持するサセプタ１
３と、このサセプタを介してサファイア基板を所定の温
度に加熱する加熱装置１４とを配置し、サセプタ１３と
対向する上部にはステンレス鋼で形成された第１の冷却
ジャケット２０を配置する。
装置の第２の実施例の構成を示す断面図である。本例に
おいて前例と同様の部分には図１に示した符号を付けて
示した。本例では、水平に配置される反応管１１を石英
で形成し、その中央部には、サファイア基板１２を、そ
の表面が上向きとなるように水平に保持するサセプタ１
３と、このサセプタを介してサファイア基板を所定の温
度に加熱する加熱装置１４とを配置し、サセプタ１３と
対向する上部にはステンレス鋼で形成された第１の冷却
ジャケット２０を配置する。
【００２９】反応管１１の右端には、トリメチルアルミ
ニウムガスを水素ガスと共に導入する第１の導入管１５
と、アンモニアガスを導入する第２の導入管１６と、水
素または窒素より成るキャリアガスを導入する第３の導
入管１７とを設け、第１および第２の導入管１５および
１６によって導入されたトリメチルアルミニウムガス
と、アンモニアガスとはそれぞれ別個のガイド管１８お
よび１９によって反応管１１の中央部まで案内するよう
に構成する。
ニウムガスを水素ガスと共に導入する第１の導入管１５
と、アンモニアガスを導入する第２の導入管１６と、水
素または窒素より成るキャリアガスを導入する第３の導
入管１７とを設け、第１および第２の導入管１５および
１６によって導入されたトリメチルアルミニウムガス
と、アンモニアガスとはそれぞれ別個のガイド管１８お
よび１９によって反応管１１の中央部まで案内するよう
に構成する。
【００３０】本例では、反応管１１の、ガスの流れ方向
に見てサファイア基板１１の、上流側を冷却するための
第２の冷却ジャケット３０を設ける。第１の冷却ジャケ
ット２０の一端を、冷却媒体を所定の低温度に維持する
第１の冷却媒体温度制御装置２１および第１のポンプ２
２を経て第１の冷却ジャケット２０の他端に連結する。
同様に、第２の冷却ジャケット３０の一端を第２の媒体
冷却装置３１および第２のポンプ３２を経て第２の冷却
ジャケット３０の他端に連結する。本例では、第１およ
び第２の冷却ジャケット２０および３０に対してそれぞ
れ第１および第２の媒体冷却装置２１および３１と、第
１および第２のポンプ２２および３２を別個に設けた
が、これらの媒体冷却装置およびポンプを共通とするこ
ともできる。
に見てサファイア基板１１の、上流側を冷却するための
第２の冷却ジャケット３０を設ける。第１の冷却ジャケ
ット２０の一端を、冷却媒体を所定の低温度に維持する
第１の冷却媒体温度制御装置２１および第１のポンプ２
２を経て第１の冷却ジャケット２０の他端に連結する。
同様に、第２の冷却ジャケット３０の一端を第２の媒体
冷却装置３１および第２のポンプ３２を経て第２の冷却
ジャケット３０の他端に連結する。本例では、第１およ
び第２の冷却ジャケット２０および３０に対してそれぞ
れ第１および第２の媒体冷却装置２１および３１と、第
１および第２のポンプ２２および３２を別個に設けた
が、これらの媒体冷却装置およびポンプを共通とするこ
ともできる。
【００３１】本実施例においては、第１および第２の冷
却ジャケット２０および３０を経て低温に維持された冷
却媒体を循環させることにより、反応管１１の内部の温
度を下げると共に原料ガスと直接接触する反応管内壁
の、サファイア基板１１と対向する部分およびガスの流
れ方向に見て基板の上流側の部分の温度を下げることが
できるので、トリメチルアルミニウムガスとアンモニア
ガスとの気相反応が有効に抑えられ、サファイア基板１
２の上に高い成膜速度でAlN膜を形成することができる
と共に、サファイア基板と対向する反応管内壁に窒化ア
ルミニウムが堆積することがなくなるので、サファイア
基板上に成膜されるAlN膜は特性の優れたものとなる。
却ジャケット２０および３０を経て低温に維持された冷
却媒体を循環させることにより、反応管１１の内部の温
度を下げると共に原料ガスと直接接触する反応管内壁
の、サファイア基板１１と対向する部分およびガスの流
れ方向に見て基板の上流側の部分の温度を下げることが
できるので、トリメチルアルミニウムガスとアンモニア
ガスとの気相反応が有効に抑えられ、サファイア基板１
２の上に高い成膜速度でAlN膜を形成することができる
と共に、サファイア基板と対向する反応管内壁に窒化ア
ルミニウムが堆積することがなくなるので、サファイア
基板上に成膜されるAlN膜は特性の優れたものとなる。
【００３２】図３は本発明によるIIIV族窒化物膜の製造
装置の第３の実施例の構成を線図的に示す断面図であ
る。本例は、図２に示した第２の実施例に加えて、反応
管１１のほぼ全体を覆うハウジングを設け、このハウジ
ングの外周面に冷却装置を設けて、反応管１１の内部を
一層有効に冷却するようにしたものであり、図２に示し
た部分と同じ部分には同じ符号を付けて示し、その詳細
な説明は省略する。さらに、図1の構造に同様なハウジ
ングを設けることも可能である。
装置の第３の実施例の構成を線図的に示す断面図であ
る。本例は、図２に示した第２の実施例に加えて、反応
管１１のほぼ全体を覆うハウジングを設け、このハウジ
ングの外周面に冷却装置を設けて、反応管１１の内部を
一層有効に冷却するようにしたものであり、図２に示し
た部分と同じ部分には同じ符号を付けて示し、その詳細
な説明は省略する。さらに、図1の構造に同様なハウジ
ングを設けることも可能である。
【００３３】本例においては、石英より成る反応管１１
のほぼ全体を囲む石英より成るハウジング４０を設け、
このハウジングの外側には、反応管１１のガス導入側の
部分を囲むように第３の水冷ジャケット４１を設け、反
応管の中央部の第１の水冷ジャケット２０の上方に第４
の水冷ジャケット４２を設け、反応管のガス排出側の部
分を囲むように第５の水冷ジャケット４３を設け、これ
ら第３〜第５の水冷ジャケットを経て冷却水をそれぞれ
循環させる。第３および第５の水冷ジャケット４１およ
び４３はハウジング４０を囲むように設ける。なお、図
３においては、図面を簡明とするために、第１〜第５の
冷却ジャケット２０、３０、４１〜４３に温度制御され
た冷却水を循環させるためのポンプおよび冷却媒体温度
制御装置は省略したが、冷却水の循環を矢印で示した。
また、反応管１１とハウジング４０との間には、ガス導
入管４４からキャリアガスである水素または窒素を流す
ようにする。
のほぼ全体を囲む石英より成るハウジング４０を設け、
このハウジングの外側には、反応管１１のガス導入側の
部分を囲むように第３の水冷ジャケット４１を設け、反
応管の中央部の第１の水冷ジャケット２０の上方に第４
の水冷ジャケット４２を設け、反応管のガス排出側の部
分を囲むように第５の水冷ジャケット４３を設け、これ
ら第３〜第５の水冷ジャケットを経て冷却水をそれぞれ
循環させる。第３および第５の水冷ジャケット４１およ
び４３はハウジング４０を囲むように設ける。なお、図
３においては、図面を簡明とするために、第１〜第５の
冷却ジャケット２０、３０、４１〜４３に温度制御され
た冷却水を循環させるためのポンプおよび冷却媒体温度
制御装置は省略したが、冷却水の循環を矢印で示した。
また、反応管１１とハウジング４０との間には、ガス導
入管４４からキャリアガスである水素または窒素を流す
ようにする。
【００３４】図４は、本発明によるIIIV族窒化物膜の製
造装置の第４の実施例の構成を線図的に示す断面図であ
る。上述した第１の実施例では、原料ガスと直接接触す
る反応管の内壁の内、基板１１と対向する部分を冷却ジ
ャケット２０によって直接冷却するようにし、第２およ
び第３の実施例においては、それに加えてガスの流れ方
向に見て、基板の上流側の部分を第２の冷却ジャケット
３０で直接冷却するように構成したが、本例では反応管
の内壁のほぼ全体を直接冷却するように構成したもので
ある。
造装置の第４の実施例の構成を線図的に示す断面図であ
る。上述した第１の実施例では、原料ガスと直接接触す
る反応管の内壁の内、基板１１と対向する部分を冷却ジ
ャケット２０によって直接冷却するようにし、第２およ
び第３の実施例においては、それに加えてガスの流れ方
向に見て、基板の上流側の部分を第２の冷却ジャケット
３０で直接冷却するように構成したが、本例では反応管
の内壁のほぼ全体を直接冷却するように構成したもので
ある。
【００３５】すなわち、石英より成る反応管１１のほぼ
上半分を覆うように第１の冷却ジャケット５１を設ける
と共に、サセプタ１３および加熱装置１４の部分を除い
たほぼ下半分を覆うように第２の冷却ジャケット５２を
設け、反応管のほぼ全体を冷却ジャケットで覆うように
する。第１の冷却ジャケット５１の一端を第１の冷却媒
体温度制御装置５３および第１のポンプ５４を経て第１
の冷却ジャケットの他端に連結し、第２の冷却ジャケッ
ト５２の一端を第２の冷却媒体温度制御装置５５および
第２のポンプ５６を経て第２の冷却ジャケットの他端に
連結する。反応管１１の右側に設けたガス導入部の構成
は他の実施例と同様である。
上半分を覆うように第１の冷却ジャケット５１を設ける
と共に、サセプタ１３および加熱装置１４の部分を除い
たほぼ下半分を覆うように第２の冷却ジャケット５２を
設け、反応管のほぼ全体を冷却ジャケットで覆うように
する。第１の冷却ジャケット５１の一端を第１の冷却媒
体温度制御装置５３および第１のポンプ５４を経て第１
の冷却ジャケットの他端に連結し、第２の冷却ジャケッ
ト５２の一端を第２の冷却媒体温度制御装置５５および
第２のポンプ５６を経て第２の冷却ジャケットの他端に
連結する。反応管１１の右側に設けたガス導入部の構成
は他の実施例と同様である。
【００３６】図５は、図３に示した本発明による製造装
置の第３の実施例および図４に示した第４の実施例にお
いてサファイア基板の上にAlN膜を形成する場合の成膜
速度を、従来の製造装置における成膜速度と対比して示
すグラフであり、成膜条件はほぼ同じとした。従来の製
造装置での成膜速度は0.5μｍ／hrであるのに対し、反
応管内壁の基板と対向する部分および基板の上流側部分
を直接冷却する第３の実施例ではほぼ1μｍ／hrであ
り、反応管内壁のほぼ全体を直接冷却する第４の実施例
ではほぼ1.2μｍ／hrと高くなっており、本発明による
製造装置によれば効率良く成膜を行うことができること
が分かる。
置の第３の実施例および図４に示した第４の実施例にお
いてサファイア基板の上にAlN膜を形成する場合の成膜
速度を、従来の製造装置における成膜速度と対比して示
すグラフであり、成膜条件はほぼ同じとした。従来の製
造装置での成膜速度は0.5μｍ／hrであるのに対し、反
応管内壁の基板と対向する部分および基板の上流側部分
を直接冷却する第３の実施例ではほぼ1μｍ／hrであ
り、反応管内壁のほぼ全体を直接冷却する第４の実施例
ではほぼ1.2μｍ／hrと高くなっており、本発明による
製造装置によれば効率良く成膜を行うことができること
が分かる。
【００３７】図６は、図４に示した本発明による製造装
置の第４の実施例において、３インチウエファにAlN膜
を成膜したときの膜厚の分布を示すグラフである。な
お、横軸の０点はウエファの中心を示し、この中心から
の距離をmmで示すものであり、縦軸は膜厚をオングスト
ローム単位で示すものである。本発明の製造装置によれ
ば、面積の大きな３インチウエファを採用する場合にも
ウエファ内の膜厚の変動は1.8%程度に抑えられており、
膜厚の均一なAlN膜が成膜できることが分かる。
置の第４の実施例において、３インチウエファにAlN膜
を成膜したときの膜厚の分布を示すグラフである。な
お、横軸の０点はウエファの中心を示し、この中心から
の距離をmmで示すものであり、縦軸は膜厚をオングスト
ローム単位で示すものである。本発明の製造装置によれ
ば、面積の大きな３インチウエファを採用する場合にも
ウエファ内の膜厚の変動は1.8%程度に抑えられており、
膜厚の均一なAlN膜が成膜できることが分かる。
【００３８】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例では、基板の上にAlN膜を成膜した
り、アルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1, x>0.
5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合に有利に適用すること
ができるが、一般にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)膜を成膜する場合に適用するすることがで
きる。また基板は、サファイア単結晶、ZnO単結晶、LiA
lO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgAl2O4単結晶、MgO単結晶
などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶などのIV族
あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、InP単結晶、AlN
単結晶、GaN単結晶、AlGaN単結晶などのIII−Ｖ族単結
晶、ZrB2などのホウ化物単結晶などから構成することが
できる。また、上記単結晶からなる基板上に、ZnO単結
晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結
晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、In
P単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、AlGaN単結晶などのII
I−Ｖ族単結晶、あるいはこれらの混晶からなるエピタ
キシャル成長膜を具えるエピタキシャル基板を用いるこ
ともできる。
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例では、基板の上にAlN膜を成膜した
り、アルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1, x>0.
5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合に有利に適用すること
ができるが、一般にAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、
y≧0、z≧0)膜を成膜する場合に適用するすることがで
きる。また基板は、サファイア単結晶、ZnO単結晶、LiA
lO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgAl2O4単結晶、MgO単結晶
などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶などのIV族
あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、InP単結晶、AlN
単結晶、GaN単結晶、AlGaN単結晶などのIII−Ｖ族単結
晶、ZrB2などのホウ化物単結晶などから構成することが
できる。また、上記単結晶からなる基板上に、ZnO単結
晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結
晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、In
P単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、AlGaN単結晶などのII
I−Ｖ族単結晶、あるいはこれらの混晶からなるエピタ
キシャル成長膜を具えるエピタキシャル基板を用いるこ
ともできる。
【００３９】さらに、上述した第４の実施例では、石英
より成る反応管１１の外周面にステンレス鋼より成る冷
却ジャケット５１および５２を接触するように配置した
が、この反応管の一部を冷却ジャケットで構成すること
もできる。同様に、第１〜第３の実施例において、反応
管を石英で形成し、その外周面に冷却ジャケットを接触
するように配置することもできる。
より成る反応管１１の外周面にステンレス鋼より成る冷
却ジャケット５１および５２を接触するように配置した
が、この反応管の一部を冷却ジャケットで構成すること
もできる。同様に、第１〜第３の実施例において、反応
管を石英で形成し、その外周面に冷却ジャケットを接触
するように配置することもできる。
【００４０】上述したように、本発明によるIIIV族窒化
物膜の製造方法および製造装置によれば、原料ガスと直
接接触する反応管内壁部分を直接冷却するようにしたの
で、原料ガスの温度は低下し、気相反応を抑えることが
でき、したがって成膜は効率よく行なわれ、成膜速度を
上げることができ、特異に気相反応の激しいトリメチル
アルミニウムガスを原料ガスとしてAlN膜を成膜した
り、アルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1, x>0.
5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合に有利である。また、
反応管内壁の基板と対向する部分を冷却するようにした
ので、この部分に金属窒化物が堆積されることが抑止さ
れ、したがって基板上に成膜される金属窒化膜の特性は
良好なものとなる。
物膜の製造方法および製造装置によれば、原料ガスと直
接接触する反応管内壁部分を直接冷却するようにしたの
で、原料ガスの温度は低下し、気相反応を抑えることが
でき、したがって成膜は効率よく行なわれ、成膜速度を
上げることができ、特異に気相反応の激しいトリメチル
アルミニウムガスを原料ガスとしてAlN膜を成膜した
り、アルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1, x>0.
5、y≧0、z≧0)膜を成膜する場合に有利である。また、
反応管内壁の基板と対向する部分を冷却するようにした
ので、この部分に金属窒化物が堆積されることが抑止さ
れ、したがって基板上に成膜される金属窒化膜の特性は
良好なものとなる。
【００４１】さらに、本発明においては、反応管の一部
分を石英で形成し、他の部分を冷却機能を有する金属、
例えばステンレス鋼で形成した複合構造とする場合に
は、製造は容易となり、コストを下げることができると
共にメンテナンスも容易となり、ランニングコストを下
げることもできる。
分を石英で形成し、他の部分を冷却機能を有する金属、
例えばステンレス鋼で形成した複合構造とする場合に
は、製造は容易となり、コストを下げることができると
共にメンテナンスも容易となり、ランニングコストを下
げることもできる。
【図１】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の第１
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
【図２】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の第２
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
【図３】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の第３
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
【図４】本発明によるIIIV族窒化物膜の製造装置の第４
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
の実施例の構成を線図的に示す断面図である。
【図５】本発明による製造装置の成膜速度を従来の装置
と対比して示すグラフである。
と対比して示すグラフである。
【図６】本発明による製造装置における３インチウエフ
ァ内の膜厚分布を示すグラフである。
ァ内の膜厚分布を示すグラフである。
１１ 反応管、 １２ 基板、 １３ サセプタ、 １
４ 加熱装置、 １５、１６、１７、４４ ガス導入
管、 １８、１９ ガイド管、 ２０、３０、４１〜４
３、５１、５２ 冷却ジャケット、 ２１、３１、５
３、５５ 冷却媒体温度制御装置、 ２２、３２、５
４、５６ ポンプ、 ２３ 排気ダクト、 ４０ハウジ
ング
４ 加熱装置、 １５、１６、１７、４４ ガス導入
管、 １８、１９ ガイド管、 ２０、３０、４１〜４
３、５１、５２ 冷却ジャケット、 ２１、３１、５
３、５５ 冷却媒体温度制御装置、 ２２、３２、５
４、５６ ポンプ、 ２３ 排気ダクト、 ４０ハウジ
ング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 光浩 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE13 DB08 ED06 HA02 TB05 4K030 AA11 BA38 CA05 FA10 KA02 KA26 LA14 5F045 AA04 AB09 AB14 AB18 AC07 AC08 AC12 AF09 BB09 DP04 EB02 EB03 EC05 EJ04 EJ09
Claims (11)
- 【請求項１】水平方向に配置された反応管の中央部にサ
セプタによって支持された基板を配置し、反応管の一端
から反応管内に有機金属ガスおよびアンモニアガスを含
む原料ガスをキャリアガスと共に導入し、有機金属ガス
とアンモニアガスとの反応により生成される金属窒化物
を、加熱されたサセプタによって支持された基板に堆積
させてAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)
膜をエピタキシャル成長させるに当たり、原料ガスと直
接接触する反応管内壁の、少なくとも基板と対向する部
分を直接冷却しながら成膜することを特徴とするIIIV族
窒化物膜の製造方法。 - 【請求項２】前記基板を支持するサセプタを反応管中央
部の底部に表面が上向きとなるように配置し、反応管内
壁の基板と対向する上部を冷却しながら基板上にAlxGay
InzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜を成膜する
事を特徴とする請求項１に記載のIIIV族窒化物膜の製造
方法。 - 【請求項３】前記反応管内に、多量のトリメチルアルミ
ニウムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスを導入し
てアルミリッチなAlxGayInzN(ただしx+y+z=1、 x>0.5、y
≧0、z≧0)膜を成膜することを特徴とする請求項１また
は２に記載のIIIV族窒化物膜の製造方法。 - 【請求項４】前記反応管内に、トリメチルアルミニウム
ガスとアンモニアガスとを含む原料ガスを導入してAlN
膜を成膜することを特徴とする請求項１または２に記載
のIIIV族窒化物膜の製造方法。 - 【請求項５】MOCVD法によって基板上にAlxGayInzN(ただ
しx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜をエピタキシャル成長
させる装置において、水平に配置された反応管と、この
反応管の中央部の内部に表面が露出するように基板を支
持するサセプタと、このサセプタを介して前記基板を加
熱する加熱手段と、前記反応管内にその一端から有機金
属ガスおよびアンモニアガスを含む原料ガスをキャリア
ガスと共に導入するガス導入手段と、原料ガスと直接接
触する反応管の内壁の、少なくとも前記基板と対向する
部分を直接冷却する冷却手段とを具え、有機金属ガスと
アンモニアガスとの反応により生成される金属窒化物
を、サセプタを介して加熱された基板に堆積させてAlxG
ayInzN(ただしx+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)膜をエピタ
キシャル成長させることを特徴とするIIIV族窒化物膜の
製造装置。 - 【請求項６】前記冷却手段によって、反応管内壁の基板
と対向する部分と、原料ガスの流れ方向に見て基板の上
流側の部分とを冷却するように構成したことを特徴とす
る請求項５に記載のIIIV族窒化物膜の製造装置。 - 【請求項７】前記反応管の、前記冷却手段によって冷却
される部分を金属を以って形成し、反応管の他の部分を
石英を以って形成したことを特徴とする請求項５または
６に記載のIIIV族窒化物膜の製造装置。 - 【請求項８】前記反応管の前記冷却手段によって冷却さ
れる部分をステンレス鋼を以って形成したことを特徴と
する請求項７に記載のIIIV族窒化物膜の製造装置。 - 【請求項９】前記冷却手段に、原料ガスと直接接触する
反応管壁の一部分と直接接触するかまたはこの一部分を
形成する冷却ジャケットと、この冷却ジャケットを経て
冷却媒体を循環させるポンプと、この冷却媒体の温度を
所定の低い温度に維持する冷却媒体温度制御装置とを設
けたことを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載のII
IV族窒化物膜の製造装置。 - 【請求項１０】前記冷却手段を設けた反応管のほぼ全体
をハウジングで囲み、このハウジングの外側に第２の冷
却手段を設けたことを特徴とする請求項５〜９の何れか
に記載のIIIV族窒化物膜の製造装置。 - 【請求項１１】前記反応管全体をステンレス鋼で形成
し、その大部分を冷却手段によって冷却するように構成
したことを特徴とする請求項５に記載のIIIV族窒化物膜
の製造装置。
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
| JP2001340945A JP3607664B2 (ja) | 2000-12-12 | 2001-11-06 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物膜の製造装置 |
| TW090128930A TW518670B (en) | 2000-12-12 | 2001-11-22 | A method for fabricating a III-V nitride film and an apparatus for fabricating the same |
| US10/010,945 US6709703B2 (en) | 2000-12-12 | 2001-12-06 | Method for fabricating a III-V nitride film and an apparatus for fabricating the same |
| EP01129551A EP1215308B1 (en) | 2000-12-12 | 2001-12-11 | A method for fabricating a III-V nitride film and an apparatus for fabricating the same |
| DE60142386T DE60142386D1 (de) | 2000-12-12 | 2001-12-11 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines III-V-Nitridfilms |
| AT01129551T ATE471397T1 (de) | 2000-12-12 | 2001-12-11 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines iii-v-nitridfilms |
| KR10-2001-0078086A KR100449787B1 (ko) | 2000-12-12 | 2001-12-11 | 3-5족 질화물막의 제조 방법 및 제조 장치 |
| US10/737,602 US7955437B2 (en) | 2000-12-12 | 2003-12-16 | Apparatus for fabricating a III-V nitride film |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000377547 | 2000-12-12 | ||
| JP2000-377547 | 2000-12-12 | ||
| JP2001340945A JP3607664B2 (ja) | 2000-12-12 | 2001-11-06 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物膜の製造装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3607664B2 JP3607664B2 (ja) | 2005-01-05 |
Family
ID=26605675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP1215308B1 (ja) |
| JP (1) | JP3607664B2 (ja) |
| KR (1) | KR100449787B1 (ja) |
| AT (1) | ATE471397T1 (ja) |
| DE (1) | DE60142386D1 (ja) |
| TW (1) | TW518670B (ja) |
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| JP2010510167A (ja) * | 2006-11-22 | 2010-04-02 | エス．オー．アイ．テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ | Ｉｉｉ−ｖ族半導体材料の大量製造装置 |
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| CN100344532C (zh) * | 2005-03-25 | 2007-10-24 | 清华大学 | 一种碳纳米管阵列的生长装置 |
| JP4554469B2 (ja) * | 2005-08-18 | 2010-09-29 | 日本碍子株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物結晶の形成方法、積層体、およびエピタキシャル基板 |
| EP1930485A4 (en) * | 2005-08-25 | 2010-06-09 | Sumitomo Electric Industries | METHOD FOR PRODUCING GAXIN 1 -XN (0 X 1) CRYSTAL, GAXIN 1 -XN (0 X 1) CRYSTAL SUBSTRATE, METHOD FOR PRODUCING GAN CRYSTAL, GAN CRYSTAL SUBSTRATE AND PRODUCT |
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| US20090197424A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
| CN101924023A (zh) * | 2009-06-09 | 2010-12-22 | 日本派欧尼株式会社 | Iii族氮化物半导体的气相生长装置 |
| US8603898B2 (en) | 2012-03-30 | 2013-12-10 | Applied Materials, Inc. | Method for forming group III/V conformal layers on silicon substrates |
| TWI565825B (zh) * | 2012-06-07 | 2017-01-11 | 索泰克公司 | 沉積系統之氣體注入組件及相關使用方法 |
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