JP2006173346A - Manufacturing method of organic metal gas phase growing device and semiconductor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacturing method of an MOCVD device or a semiconductor layer, capable of preventing the depositing of reaction products on a region except a substrate and capable of growing a semiconductor with excellent reproducibility. <P>SOLUTION: The organic metal gas phase growing device is provided with a chamber 10 for retaining the substrate 1A on a susceptor 15 arranged therein, a cooling gas introducing port 2d provided from the wall unit of the chamber 10 to the inside of the chamber to introduce cooling gas into the chamber 10, process gas introducing ports 2a, 2b, provided from the wall unit of the chamber 10 to the inside of the same so as to be independent from the cooling gas introducing port 2d to introduce material gas into the chamber 10, and a process gas flow channel provided so as to be continuous from the process gas introducing ports 2a, 2b to carry the material gas introduced from the process gas introducing ports 2a, 2b onto the substrate 1A. The cooling gas introducing port 2d is installed at a position such that the cooling gas hits the outer wall of the process gas flow channel. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機金属気相成長装置及びその装置を用いた半導体の製造方法に関するものであり、特に、III 族窒化物半導体を再現性良く成長させる方法に関する。   The present invention relates to a metal organic vapor phase growth apparatus and a semiconductor manufacturing method using the apparatus, and more particularly to a method for growing a group III nitride semiconductor with good reproducibility.

GaN、AlN、InN、これらの混晶であるAlGaN又はInGaNなどのIII族窒化物半導体は、可視から紫外領域の発光素子、受光素子又は高速動作トランジスタに用いる半導体材料として有望である。   A group III nitride semiconductor such as GaN, AlN, InN, or a mixed crystal thereof such as AlGaN or InGaN is promising as a semiconductor material used for a light-emitting element, a light-receiving element, or a high-speed operation transistor in the visible to ultraviolet region.

III 族窒化物半導体を成長させる装置としては、有機金属気相成長(MOCVD)装置が使用されることが多い。MOCVD法を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合、通常、1000℃以上の高温で基板を加熱しながらIII 族窒化物半導体を成長させる。このため、反応炉における基板周辺の部材は非常な高温に加熱される。高温に加熱された部材が存在すると、原料ガスがその高温に加熱された部材と反応して反応生成物が生じ、加熱された部材にその反応生成物が付着する。   As an apparatus for growing a group III nitride semiconductor, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus is often used. When a group III nitride semiconductor is grown using the MOCVD method, the group III nitride semiconductor is usually grown while heating the substrate at a high temperature of 1000 ° C. or higher. For this reason, members around the substrate in the reaction furnace are heated to a very high temperature. When a member heated to a high temperature exists, the raw material gas reacts with the member heated to the high temperature to generate a reaction product, and the reaction product adheres to the heated member.

このような反応生成物が、例えば、基板をモニタリングするために設けている透明な石英の部材に付着すると、結晶成長中の表面状態又は温度をモニタリングすることができなくなるという問題がある。   When such a reaction product adheres to, for example, a transparent quartz member provided for monitoring the substrate, there is a problem that the surface state or temperature during crystal growth cannot be monitored.

また、多くの場合、反応生成物はフレーク状に剥がれやすく、剥がれた反応生成物が基板上に飛来することにより、結晶成長を阻害するという問題がある。   In many cases, the reaction product is easily peeled off in the form of flakes, and there is a problem in that crystal growth is hindered by the peeled reaction product flying on the substrate.

これらの問題に対しては、以下に示す第1及び第2の従来例が提案されている。   For these problems, the following first and second conventional examples have been proposed.

まず、第1の従来例(例えば特許文献1参照)に係る半導体結晶膜の成長装置の構成について、図21を参照しながら概説する。   First, the configuration of a semiconductor crystal film growth apparatus according to a first conventional example (see, for example, Patent Document 1) will be outlined with reference to FIG.

図21に示すように、反応容器100の内部において、シャフト101に支持されたサセプタ102上には基板100Aが搭載されており、サセプタ102の下側には、基板100Aを加熱するためのヒータ103が設置されている。また、反応容器100の側壁部には、基板100Aに対して反応ガスを水平方向から噴射するように反応ガス噴射管104が設置されている。また、反応容器100の上壁部には、上端が外部に突出すると共に下端が下方に向かってテーパー形状を有する副噴射管105が設置されている。また、反応容器100の外部には、光源106及び光線センサー107が設けられている。さらに、反応容器100には、内部のガスを排気する排気ポンプ108が設けられている。   As shown in FIG. 21, a substrate 100A is mounted on a susceptor 102 supported by a shaft 101 inside a reaction vessel 100, and a heater 103 for heating the substrate 100A is provided below the susceptor 102. Is installed. A reaction gas injection pipe 104 is installed on the side wall of the reaction vessel 100 so as to inject a reaction gas from the horizontal direction to the substrate 100A. In addition, a sub-injection tube 105 having an upper end protruding outward and a lower end tapered downward is installed on the upper wall portion of the reaction vessel 100. A light source 106 and a light sensor 107 are provided outside the reaction vessel 100. Further, the reaction vessel 100 is provided with an exhaust pump 108 for exhausting the internal gas.

以上のような構成を有する第1の従来例に係る半導体結晶膜の成長装置では、基板100Aに向かって水平方向から反応ガスを噴射するすると共に、基板100Aに対して副噴射管105から不活性ガスを噴射させることにより、副噴射管105への反応生成物の堆積を防いで、基板上における結晶成長中の表面状態を副噴射管105を介してモニタリングすることができる。   In the semiconductor crystal film growth apparatus according to the first conventional example having the above-described configuration, the reactive gas is injected from the horizontal direction toward the substrate 100A, and the substrate 100A is inactivated from the sub-injection tube 105. By injecting the gas, deposition of reaction products on the sub injection tube 105 can be prevented, and the surface state during crystal growth on the substrate can be monitored via the sub injection tube 105.

また、第2の従来例(例えば特許文献2参照)に係る半導体結晶膜の成長装置の構成について、図22を参照しながら概説する。   The configuration of the semiconductor crystal film growth apparatus according to the second conventional example (see, for example, Patent Document 2) will be outlined with reference to FIG.

図22に示すように、分岐部を有する外筒200と内筒201との二重構造によって反応炉は構成されている。また、上部側の内筒201の一部には、外筒200を流れるガスを導入可能なように傾斜板201aが設けられている。また、内筒201の内部には、2本の原料供給管202が設けられている。また、下部に位置する外筒200の分岐部及び内筒201に設けられた開口部には、回転軸203に固定され且つ内部にヒータ204を備えたサセプタ205が設けられている。   As shown in FIG. 22, the reaction furnace is constituted by a double structure of an outer cylinder 200 having a branch portion and an inner cylinder 201. In addition, an inclined plate 201 a is provided in a part of the inner cylinder 201 on the upper side so that the gas flowing through the outer cylinder 200 can be introduced. In addition, two raw material supply pipes 202 are provided inside the inner cylinder 201. A susceptor 205 that is fixed to the rotating shaft 203 and includes a heater 204 is provided in a branch portion of the outer cylinder 200 located in the lower part and an opening provided in the inner cylinder 201.

以上のような構成を有する第2の従来例に係る半導体結晶膜の成長装置では、内筒201内には原料ガスを流すと共に外筒200内にはパージガスを流し、サセプタ205上の基板200Aの近傍において、外筒200内を流れるパージガスを内筒201に流入させることにより、外筒200から内筒201に流入するパージガスによって原料ガスが基板200Aに押し付けられるので、基板200A上で成長が起こりやすくなる。これにより、内筒201の内壁に堆積する反応生成物を抑制することができる。
特開平04−170390号公報 特開平10−167897号公報
In the semiconductor crystal film growth apparatus according to the second conventional example having the above-described configuration, a raw material gas is allowed to flow in the inner cylinder 201 and a purge gas is allowed to flow in the outer cylinder 200, so that the substrate 200A on the susceptor 205 is formed. In the vicinity, the purge gas flowing in the outer cylinder 200 is caused to flow into the inner cylinder 201, so that the source gas is pressed against the substrate 200A by the purge gas flowing into the inner cylinder 201 from the outer cylinder 200, so that growth tends to occur on the substrate 200A. Become. Thereby, the reaction product deposited on the inner wall of the inner cylinder 201 can be suppressed.
Japanese Patent Laid-Open No. 04-170390 Japanese Patent Laid-Open No. 10-167897

しかしながら、前述した第1及び第2の従来例の構造では、反応生成物の生成を抑制するために用いるガスであるいわゆるパージガスが、反応ガス又は原料ガスであるいわゆるキャリアガスのフロー中に混入してしまう構造となっている。このため、以下の問題が生じる。   However, in the structures of the first and second conventional examples described above, a so-called purge gas, which is a gas used to suppress the formation of reaction products, is mixed in the flow of a so-called carrier gas that is a reaction gas or a raw material gas. It has a structure that ends up. For this reason, the following problems arise.

まず、キャリアガスとパージガスとを独立に制御することができないので、成長条件を制御することが非常に難しいという問題がある。特に、III 族窒化物半導体を成長させる場合には、成長させる混晶層に応じて、用いるキャリアガスの条件が異なるので、成長条件を制御することが特に難しい。例えば、III 族窒化物半導体を成長させる場合として、例えばGaN、AlGaN又はAlNを成長させる場合には水素を主成分とするキャリアガスを用いる一方、例えばInGaNを成長させる場合には窒素を主成分とするキャリアガスを用いる。また、AlGaNを成長させる場合には、原料となるトリメチルアルミニウム(TMA)とアンモニアとが、基板に到達する前に気相反応を起こして、成長に寄与しない重合反応を起こしやすいことから、キャリアガスのガス流量を増やして流速を上げることにより、キャリアガスがガスの噴射口から基板上に到達するまでの時間を短縮して、気相反応を抑制することが行なわれている。このように、III 族窒化物半導体の混晶の種類に応じてキャリアガスの成分又は流量を変化させる必要があるので、最適なパージガスの条件も変化することになる。このため、III 族窒化物半導体の混晶の種類毎にキャリアガスとパージガスとを制御する必要が生じるので、成長条件の設定が非常に難しく、さらに、その制御は非常に困難である。   First, since the carrier gas and the purge gas cannot be controlled independently, there is a problem that it is very difficult to control the growth conditions. In particular, when a group III nitride semiconductor is grown, it is particularly difficult to control the growth conditions because the conditions of the carrier gas used differ depending on the mixed crystal layer to be grown. For example, when growing a group III nitride semiconductor, for example, when growing GaN, AlGaN or AlN, a carrier gas containing hydrogen as a main component is used, while when growing InGaN, for example, nitrogen is used as a main component. Use carrier gas. In addition, when growing AlGaN, trimethylaluminum (TMA) and ammonia, which are raw materials, cause a gas phase reaction before reaching the substrate and easily cause a polymerization reaction that does not contribute to the growth. By increasing the gas flow rate and increasing the flow velocity, the time required for the carrier gas to reach the substrate from the gas injection port is shortened to suppress the gas phase reaction. Thus, since it is necessary to change the component or flow rate of the carrier gas according to the type of the mixed crystal of the group III nitride semiconductor, the optimum purge gas condition also changes. For this reason, since it is necessary to control the carrier gas and the purge gas for each type of mixed crystal of the group III nitride semiconductor, it is very difficult to set the growth conditions, and it is very difficult to control the growth conditions.

また、不活性ガスよりなるパージガスがキャリアガス中に流入する構造であるので、基板上のアンモニア分圧を大きくすることができないという問題がある。   Further, since the purge gas made of an inert gas flows into the carrier gas, there is a problem that the ammonia partial pressure on the substrate cannot be increased.

III 族窒化物半導体を成長させる場合には、V 族元素である窒素の取り込み効率が悪いので、窒素の原料ガスであるアンモニア分圧を大きくする必要がある。しかしながら、パージガスがキャリアガス中に流入する構造であると、基板上ではアンモニアがパージガスによって薄められるので、アンモニア分圧が低下してしまう。多数枚を成長させる場合などのために大型化された装置を用いる場合には、下流にいくほどパージガスとアンモニアとが混合する割合が高くなるので、アンモニア分圧が低下する。このため、全ての基板に対して十分なアンモニア分圧を維持することが難しくなる。   When growing a group III nitride semiconductor, it is necessary to increase the partial pressure of ammonia, which is a nitrogen source gas, because the efficiency of capturing nitrogen, which is a group V element, is poor. However, when the purge gas flows into the carrier gas, the ammonia partial pressure is lowered because ammonia is diluted by the purge gas on the substrate. In the case of using a large-sized apparatus for growing a large number of sheets, the ratio of the purge gas and ammonia to be mixed increases toward the downstream, so that the ammonia partial pressure decreases. For this reason, it is difficult to maintain a sufficient ammonia partial pressure for all the substrates.

したがって、MOCVD装置を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、製造レベルで安定して再現性良く装置を運転すること、又は生産の効率化のために大型化された設備を用いて多数枚を成長させたり又は大面積のウェハ上で成長させることが難しいという事情がある。   Therefore, when a group III nitride semiconductor is grown using an MOCVD apparatus, the apparatus is operated stably at a manufacturing level with good reproducibility, or using equipment that has been enlarged for production efficiency. There are situations where it is difficult to grow a large number of wafers or to grow on a large-area wafer.

前記に鑑み、本発明の目的は、反応生成物が基板以外の領域に堆積することを防止すると共に、再現性良く半導体を成長させることができるMOCVD装置又は半導体の製造方法を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to provide an MOCVD apparatus or a semiconductor manufacturing method capable of preventing a reaction product from being deposited in a region other than a substrate and growing a semiconductor with good reproducibility. .

前記の目的を達成するため、本発明に係る有機金属気相成長装置は、内部に配置されたサセプタ上に基板を保持するチャンバーと、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられ、チャンバー内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、チャンバーの壁部から内部にかけて冷却ガス導入口とは独立して設けられ、チャンバー内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口と、プロセスガス導入口から連続するように設けられ、プロセスガス導入口から導入される原料ガスを基板上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備え、冷却ガス導入口は、冷却ガスがプロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a metal organic vapor phase epitaxy apparatus according to the present invention includes a chamber for holding a substrate on a susceptor disposed therein, a wall portion of the chamber extending from the inside to the inside, and a cooling gas in the chamber. The cooling gas introduction port for introducing the gas and the cooling gas introduction port are provided independently from the wall portion to the inside of the chamber so as to be continuous from the process gas introduction port and the process gas introduction port for introducing the raw material gas into the chamber. And a process gas flow channel that conveys the source gas introduced from the process gas inlet onto the substrate, and the cooling gas inlet is installed at a position where the cooling gas hits the outer wall of the process gas flow channel. It is characterized by.

本発明に係る有機金属気相成長装置によると、冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを冷却することができるので、反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを抑制することができる。これにより、基板上への反応生成物の飛来が低減され、再現性良く半導体を製造できる有機金属気相成長装置を提供することができる。   According to the metal organic vapor phase epitaxy apparatus according to the present invention, the process gas flow channel can be cooled by the cooling gas, so that the reaction product can be prevented from being deposited in the process gas flow channel. As a result, it is possible to provide a metal organic vapor phase epitaxy apparatus that can reduce the flying of the reaction product onto the substrate and can manufacture a semiconductor with good reproducibility.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第1の導入口と、III 族ガスを導入する第2の導入口とを有し、第1の導入口と第2の導入口とは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることが好ましい。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the process gas inlet has a first inlet for introducing a group V gas and a second inlet for introducing a group III gas. The inlet and the second inlet are preferably separated from each other up to the vicinity of the process gas flow channel.

このようにすると、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。   In this way, it is possible to suppress the gas phase reaction between the group V gas and the group III gas before reaching the vicinity of the substrate surface.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、第1の導入口及び第2の導入口は、この順でサセプタに近い側から設置されていることが好ましい。   In the organometallic vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the first inlet and the second inlet are installed in this order from the side closer to the susceptor.

このようにすると、第1の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる。   In this way, the group V gas introduced from the first inlet can be effectively supplied onto the substrate.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガス導入口は、プロセスガス導入口の上に重なるように設置されていることが好ましい。   In the organometallic vapor phase growth apparatus according to the present invention, the cooling gas inlet is preferably installed so as to overlap the process gas inlet.

このようにすると、冷却ガス導入口から導入される冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。また、このような簡易な構造で前述の効果を実現することができるので、組み立て精度に左右されることなく安定して前述の効果を得ることができる。   In this way, the process gas flow channel can be effectively cooled by the cooling gas introduced from the cooling gas inlet. Moreover, since the above-described effects can be realized with such a simple structure, the above-described effects can be stably obtained without being influenced by the assembly accuracy.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガス導入口から連続するように設けられた冷却ガスフローチャンネルをさらに備えていることが好ましい。   The organometallic vapor phase growth apparatus according to the present invention preferably further includes a cooling gas flow channel provided so as to be continuous from the cooling gas inlet.

このようにすると、冷却ガスが流れる冷却ガスフローチャンネルによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。   In this way, the process gas flow channel can be effectively cooled by the cooling gas flow channel through which the cooling gas flows.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガスフローチャンネルは、プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設置されていることが好ましい。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the cooling gas flow channel is preferably installed so as to overlap the process gas flow channel.

このようにすると、冷却ガスフローチャンネルがプロセスガスフローチャンネル上に重なるような構造となるので、プロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。また、このような簡易な構造で前述の効果を実現することができるので、組み立て精度に左右されることなく安定して前述の効果を得ることができる。   If it does in this way, since it becomes a structure where a cooling gas flow channel overlaps on a process gas flow channel, a process gas flow channel can be cooled effectively. Moreover, since the above-described effects can be realized with such a simple structure, the above-described effects can be stably obtained without being influenced by the assembly accuracy.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、冷却ガスフローチャンネルが、石英よりなることが好ましく、また、この場合には、原料ガスに用いるV 族ガスによって冷却ガスフローチャンネルが腐食することを防止することができる。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the cooling gas flow channel is preferably made of quartz, and in this case, the cooling gas flow channel is prevented from being corroded by the group V gas used as the source gas. can do.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガスフローチャンネルは、石英よりなることが好ましく、また、この場合には、原料ガスに用いるV 族ガスによってプロセスガスフローチャンネルが腐食することを防止することができる。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the process gas flow channel is preferably made of quartz, and in this case, the process gas flow channel is prevented from being corroded by the group V gas used as the source gas. can do.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第1の導入口と、III 族ガスを導入する第2の導入口と、押圧ガスを導入する第3の導入口とを有し、第1の導入口と、第2の導入口と、第3の導入口とは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることが好ましい。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the process gas inlet includes a first inlet for introducing a group V gas, a second inlet for introducing a group III gas, and a first inlet for introducing a pressure gas. It is preferable that the first inlet, the second inlet, and the third inlet are separated from each other up to the vicinity of the process gas flow channel.

このようにすると、押圧ガスによって基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的に高めることができるので、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。   If it does in this way, since the density | concentration of V group gas and III group gas on a board | substrate can be effectively raised with press gas, the utilization efficiency of source gas can be improved. Further, it is possible to suppress the gas phase reaction between the group V gas and the group III gas before reaching the vicinity of the substrate surface.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、第1の導入口、第2の導入口及び第3の導入口は、この順でサセプタに近い側から設置されていることが好ましい。   In the organometallic vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the first inlet, the second inlet, and the third inlet are installed in this order from the side closer to the susceptor.

このようにすると、第1の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがV 族ガス及びIII 族ガスの上を流れるので、基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的により高めることができる。   In this case, the group V gas introduced from the first inlet can be effectively supplied onto the substrate, and the pressing gas flows over the group V gas and the group III gas. The concentration of the group V gas and the group III gas in can be effectively increased.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、基板を加熱するヒータをさらに備え、ヒータは、少なくとも2つ以上に分割された構造を有していることが好ましい。   The organometallic vapor phase growth apparatus according to the present invention preferably further includes a heater for heating the substrate, and the heater has a structure divided into at least two or more.

このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。このため、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。   In this way, the temperature distribution in the susceptor that changes according to the type of gas used as the process gas or the type of gas used as the cooling gas can be adjusted uniformly. For this reason, a semiconductor having a uniform emission wavelength or composition distribution in the substrate plane can be grown on the substrate.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、ヒータは、同心円上に分割されていることが好ましい理由は、サセプタにおける温度分布は、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて、サセプタの中央から外側に向かう程ばらつくからである。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the reason why the heater is preferably divided concentrically is that the temperature distribution in the susceptor depends on the type of gas used as the process gas or the type of gas used in the cooling gas. Accordingly, the distance from the center of the susceptor to the outside varies.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、ヒータの各々は、互いに独立して電力を制御することが好ましい。   In the metal organic vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that each of the heaters controls electric power independently of each other.

このようにすると、サセプタにおける温度分布を均一に調整することが可能になる。   If it does in this way, it will become possible to adjust the temperature distribution in a susceptor uniformly.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、チャンバーの外部に設けられ、プロセスガスフローチャンネルを介して、基板に対して光を照射する装置をさらに備えていることが好ましい。   The metal organic vapor phase epitaxy apparatus according to the present invention preferably further includes an apparatus that is provided outside the chamber and that irradiates the substrate with light via a process gas flow channel.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、光を照射する装置は、基板における膜厚を測定する装置であることが好ましい。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the light irradiation apparatus is preferably an apparatus for measuring a film thickness on the substrate.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、光を照射する装置は、基板の回転に同期して動作することが好ましい。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, it is preferable that the light irradiation apparatus operates in synchronization with the rotation of the substrate.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、チャンバーの外部に設けられ、プロセスガスフローチャンネルを介して、基板又はサセプタからの赤外線を測定する装置をさらに備えていることが好ましい。   The metal organic vapor phase epitaxy apparatus according to the present invention preferably further includes a device that is provided outside the chamber and that measures infrared rays from the substrate or the susceptor via a process gas flow channel.

本発明に係る有機金属気相成長装置において、赤外線を測定する装置は、サセプタの温度を測定する装置であることが好ましい。   In the metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the apparatus for measuring infrared rays is preferably an apparatus for measuring the temperature of the susceptor.

本発明に係る半導体の製造方法は、チャンバー内に配置されたサセプタ上に保持された基板上に、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられたプロセスガス導入口から導入される原料ガスを、プロセスガス導入口から連続するように設けられたプロセスガスフローチャンネルを介して搬送することにより、基板上に半導体を成長させる半導体の製造方法であって、チャンバーの壁部から内部にかけて設けられた冷却ガス導入口から導入される冷却ガスを、プロセスガスフローチャネルの外壁に当てながら、半導体を成長させることを特徴とする。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, a source gas introduced from a process gas introduction port provided on a substrate held on a susceptor disposed in a chamber from a wall portion of the chamber to an inside thereof is converted into a process gas. A semiconductor manufacturing method in which a semiconductor is grown on a substrate by being conveyed through a process gas flow channel provided continuously from an inlet, and a cooling gas introduced from a wall portion of the chamber to the inside The semiconductor is grown while the cooling gas introduced from the mouth is applied to the outer wall of the process gas flow channel.

本発明に係る半導体の製造方法によると、冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネルを冷却することができるので、反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを抑制することができる。これにより、基板上への反応生成物の飛来が低減され、再現性良く半導体を製造できる有機金属気相成長装置を提供することができる。   According to the semiconductor manufacturing method of the present invention, the process gas flow channel can be cooled by the cooling gas, so that the reaction product can be prevented from being deposited in the process gas flow channel. As a result, it is possible to provide a metal organic vapor phase epitaxy apparatus that can reduce the flying of the reaction product onto the substrate and can manufacture a semiconductor with good reproducibility.

本発明に係る半導体の製造方法において、プロセスガス導入口から導入される原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスとを含み、III 族ガスとV 族ガスとは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, the source gas introduced from the process gas inlet includes a group III gas and a group V gas, and the group III gas and the group V gas reach the vicinity of the process gas flow channel. Are preferably introduced separately from each other.

このようにすると、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。   In this way, it is possible to suppress the gas phase reaction between the group V gas and the group III gas before reaching the vicinity of the substrate surface.

本発明に係る半導体の製造方法において、III 族ガス及びV 族ガスは、サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることが好ましい。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, the group III gas and the group V gas are preferably introduced separately in this order from the side close to the susceptor.

このようにすると、第1の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる。   In this way, the group V gas introduced from the first inlet can be effectively supplied onto the substrate.

本発明に係る半導体の製造方法において、V 族ガスは、アンモニアガスを含むことが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, the group V gas preferably contains ammonia gas.

このようにすると、第1の導入口から導入されるアンモニアガスを基板上に効果的に供給することができる。   If it does in this way, ammonia gas introduced from the 1st inlet can be supplied effectively on a substrate.

本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスは、冷却ガス導入口から連続すると共にプロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設けられた冷却ガスフローチャンネル内に導入されることが好ましい。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the cooling gas is introduced into a cooling gas flow channel provided continuously from the cooling gas inlet and overlying the process gas flow channel.

このようにすると、冷却ガスが流れる冷却ガスフローチャンネルによってプロセスガスフローチャンネルを効果的に冷却することができる。   In this way, the process gas flow channel can be effectively cooled by the cooling gas flow channel through which the cooling gas flows.

本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスとして冷却効果に優れた水素ガスを用いることができる。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, hydrogen gas having an excellent cooling effect can be used as the cooling gas.

本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスとして窒素ガスを用いることもできる。また、製造する半導体によって水素ガスよりなる冷却ガスを用いることが好ましくない場合に窒素ガスが有効である。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, nitrogen gas may be used as the cooling gas. Nitrogen gas is effective when it is not preferable to use a cooling gas made of hydrogen gas depending on the semiconductor to be manufactured.

本発明に係る半導体の製造方法において、半導体としてInを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、水素ガスを含むガスよりなる冷却ガスを用いると共に、半導体としてInを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスよりなる冷却ガスを用いることが好ましい。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, when a group III nitride semiconductor not containing In is grown as a semiconductor, a cooling gas made of a gas containing hydrogen gas is used, and a group III nitride containing In as a semiconductor is used. When growing the semiconductor, it is preferable to use a cooling gas made of nitrogen gas.

このようにすると、水素ガスによる影響がほとんど見られないInを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、冷却効果に優れた水素ガスを用いて反応生成物がプロセスガスフローチャンネルに堆積することを効果的に抑制すると共に、水素ガスによる影響が大きいInを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスを用いた冷却を行なうことにより、Inの取り込みが十分なIII 族窒化物半導体を成長させることができる。   In this way, when growing a group III nitride semiconductor containing no In, which is hardly affected by hydrogen gas, the reaction product is deposited in the process gas flow channel using hydrogen gas with excellent cooling effect. In addition, when a group III nitride semiconductor containing In, which is greatly affected by hydrogen gas, is grown, by cooling with nitrogen gas, sufficient incorporation of In can be achieved. A nitride semiconductor can be grown.

本発明に係る半導体の製造方法において、プロセスガス導入口から導入される原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとを含み、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとは、プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, the source gas introduced from the process gas inlet includes a group III gas, a group V gas, and a pressing gas, and the group III gas, the group V gas, and the pressing gas are a process gas. It is preferable that they are introduced separately from each other up to the vicinity of the gas flow channel.

このようにすると、押圧ガスによって基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的に高めることができるので、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、V 族ガスとIII 族ガスとが、基板表面近傍に至るまでに気相反応することを抑制することができる。   If it does in this way, since the density | concentration of V group gas and III group gas on a board | substrate can be effectively raised with press gas, the utilization efficiency of source gas can be improved. Further, it is possible to suppress the gas phase reaction between the group V gas and the group III gas before reaching the vicinity of the substrate surface.

本発明に係る半導体の製造方法において、III 族ガス、V 族ガス及び押圧ガスは、サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることが好ましい。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, the group III gas, the group V gas, and the pressing gas are preferably introduced separately in this order from the side close to the susceptor.

このようにすると、第1の導入口から導入されるV 族ガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがV 族ガス及びIII 族ガスの上を流れるので、基板上におけるV 族ガス及びIII 族ガスの濃度を実効的により高めることができる。   In this case, the group V gas introduced from the first inlet can be effectively supplied onto the substrate, and the pressing gas flows over the group V gas and the group III gas. The concentration of the group V gas and the group III gas in can be effectively increased.

本発明に係る半導体の製造方法において、V 族ガスは、アンモニアガスを含むことが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, the group V gas preferably contains ammonia gas.

このようにすると、アンモニアガスを基板上に効果的に供給することができる上に、押圧ガスがアンモニアガスの上を流れるので、基板上におけるアンモニアガスの濃度を実効的により高めることができる。   In this way, ammonia gas can be effectively supplied onto the substrate, and the pressure gas flows over the ammonia gas, so that the concentration of ammonia gas on the substrate can be effectively increased.

本発明に係る半導体の製造方法において、押圧ガスは、窒素ガスを含む場合には、III 族窒化物半導体を成長させる際に好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, when the pressure gas contains nitrogen gas, it is preferable for growing a group III nitride semiconductor.

本発明に係る半導体の製造方法において、基板を加熱するために設けられているヒータは、同心円上に内側から少なくとも第1のヒータと第2のヒータとに分割された構造を有しており、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第1のヒータと第2のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、半導体を成長させることが好ましい。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, the heater provided for heating the substrate has a structure that is divided into at least a first heater and a second heater from the inside on a concentric circle, It is preferable to grow the semiconductor while changing the power applied to each of the first heater and the second heater in accordance with the proportion of hydrogen gas contained in the cooling gas.

このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。特に、サセプタにおける温度分布は冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて変化するので、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第1のヒータと第2のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させることにより、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。   In this way, the temperature distribution in the susceptor that changes according to the type of gas used as the process gas or the type of gas used as the cooling gas can be adjusted uniformly. In particular, since the temperature distribution in the susceptor changes according to the proportion of hydrogen gas contained in the cooling gas, it is applied to each of the first heater and the second heater according to the proportion of hydrogen gas contained in the cooling gas. By changing the power to be generated, a semiconductor having a uniform emission wavelength or composition distribution within the substrate plane can be grown on the substrate.

本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合を増加させる際には、第2のヒータに印加する電力を第1のヒータに印加する電力に比べて低下させることが好ましい理由は、冷却ガスに含まれる水素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が低下するからである。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, when increasing the ratio of hydrogen gas contained in the cooling gas, the power applied to the second heater may be reduced compared to the power applied to the first heater. The reason why it is preferable is that the temperature of the susceptor decreases toward the outer periphery when the proportion of hydrogen gas contained in the cooling gas increases.

本発明に係る半導体の製造方法において、冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、第2のヒータに印加する電力を第1のヒータに印加する電力に比べて増加させることが好ましい理由は、冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が上昇するからである。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, when the ratio of nitrogen gas contained in the cooling gas is increased, the power applied to the second heater may be increased as compared with the power applied to the first heater. The reason why it is preferable is that the temperature of the susceptor increases toward the outer periphery as the ratio of nitrogen gas contained in the cooling gas increases.

本発明に係る半導体の製造方法において、基板を加熱するために設けられたヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第1のヒータと第2のヒータとに分割された構造を有しており、原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第1のヒータと第2のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、半導体を成長させることが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, the heater provided for heating the substrate has a structure in which the heater is divided into at least a first heater and a second heater in order from the inside on a concentric circle, It is preferable to grow the semiconductor while changing the power applied to each of the first heater and the second heater in accordance with the proportion of hydrogen gas contained in the source gas.

このようにすると、プロセスガスとして用いるガスの種類又は冷却ガスに用いるガスの種類に応じて変化するサセプタにおける温度分布を均一に調整することができる。特に、サセプタにおける温度分布は原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて変化するので、原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、第1のヒータと第2のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させることにより、発光波長又は組成分布などが基板面内において均一な半導体を基板上に成長させることができる。   In this way, the temperature distribution in the susceptor that changes according to the type of gas used as the process gas or the type of gas used as the cooling gas can be adjusted uniformly. In particular, since the temperature distribution in the susceptor changes according to the proportion of hydrogen gas contained in the source gas, it is applied to each of the first heater and the second heater according to the proportion of hydrogen gas contained in the source gas. By changing the power to be generated, a semiconductor having a uniform emission wavelength or composition distribution within the substrate plane can be grown on the substrate.

本発明に係る半導体の製造方法において、原料ガスに含まれる水素ガスの割合を増加させる際には、第2のヒータに印加する電力を第1のヒータに印加する電力に比べて低下させることが好ましい理由は、原料ガスに含まれる水素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が低下するからである。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, when increasing the proportion of hydrogen gas contained in the source gas, the power applied to the second heater can be reduced compared to the power applied to the first heater. The reason why it is preferable is that the temperature of the susceptor decreases toward the outer periphery as the proportion of hydrogen gas contained in the source gas increases.

本発明に係る半導体の製造方法において、原料ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、第2のヒータに印加する電力を第1のヒータに印加する電力に比べて増加させることが好ましい理由は、原料ガスに含まれる窒素ガスの割合が増加するとサセプタの温度はその外周に向かって温度が上昇するからである。   In the semiconductor manufacturing method according to the present invention, when the ratio of nitrogen gas contained in the source gas is increased, the power applied to the second heater may be increased compared to the power applied to the first heater. The reason why it is preferable is that the temperature of the susceptor increases toward the outer periphery when the ratio of nitrogen gas contained in the raw material gas increases.

本発明に係る有機金属気相成長装置及び半導体の製造方法によると、チャンバー内における基板以外の部分へ反応生成物が堆積することを防止できるので、再現性良く半導体を製造することができる。特に、本発明は、III 族窒化物半導体を製造する場合に効果的である。   According to the metal organic chemical vapor deposition apparatus and the semiconductor manufacturing method according to the present invention, it is possible to prevent the reaction product from being deposited on a portion other than the substrate in the chamber, so that a semiconductor can be manufactured with good reproducibility. In particular, the present invention is effective when manufacturing a group III nitride semiconductor.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る有機金属気相成長装置及び半導体層の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a metal organic chemical vapor deposition apparatus and a semiconductor layer manufacturing method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る有機金属気相成長装置(以下、MOCVD装置と記す)の構成を示す概略断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a metal organic chemical vapor deposition apparatus (hereinafter referred to as an MOCVD apparatus) according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すMOCVD装置は、ステンレス製のチャンバー10の内部に、ステンレス製のガス導入管11、後述で詳説するフローチャンネル12、及びガスを排気する石英よりなる排気管4が水平方向に配置された横型のMOCVD装置であって、具体的には、以下の構成を有している。   In the MOCVD apparatus shown in FIG. 1, a stainless steel gas introduction pipe 11, a flow channel 12, which will be described later in detail, and an exhaust pipe 4 made of quartz for exhausting gas are arranged in a horizontal direction inside a stainless steel chamber 10. Specifically, the horizontal MOCVD apparatus has the following configuration.

図1に示すように、チャンバー10の内部には、チャンバー10の側壁部に設置された後述するガス導入口から延びるように、ガス導入管11が設けられており、該ガス導入管11に連設するように、フローチャンネル12が設けられている。また、チャンバー10の内部には、フローチャンネル12の端部近傍からチャンバー10の側壁部まで延びるように、内部のガスを外部に排気する排気管13が設けられている。また、フローチャンネル12の下部には開口部が形成されており、該開口部には、チャンバー10の外部から内部へ延びる回転軸14によって固定されたカーボン製のサセプタ15が設けられている。そして、半導体を成長させる際には、サセプタ15の上に基板1Aを搭載する。なお、サセプタ15の上には、2インチの基板を3枚搭載することができる。   As shown in FIG. 1, a gas introduction pipe 11 is provided inside the chamber 10 so as to extend from a gas introduction port (described later) installed on the side wall of the chamber 10, and is connected to the gas introduction pipe 11. As shown, a flow channel 12 is provided. An exhaust pipe 13 for exhausting the internal gas to the outside is provided inside the chamber 10 so as to extend from the vicinity of the end of the flow channel 12 to the side wall of the chamber 10. An opening is formed in the lower part of the flow channel 12, and a carbon susceptor 15 fixed by a rotating shaft 14 extending from the outside to the inside of the chamber 10 is provided in the opening. When the semiconductor is grown, the substrate 1A is mounted on the susceptor 15. Note that three 2-inch substrates can be mounted on the susceptor 15.

また、回転軸14は中空構造を有しており、その中空の内部にはサセプタ15の温度を測定する熱電対(図示せず)が設けられている。なお、以降では、特に注釈がない限り、サセプタ15の温度とは、熱電対の位置における温度を意味する。また、サセプタ15の下部には、該サセプタ15を加熱する抵抗線よりなるヒータ16が設けられている。また、チャンバー10の上部には、サセプタ15上に搭載された基板1A上に結晶成長する半導体を観察できる観察窓17が設けられている。また、観察窓17の上方には、基板1A上に結晶成長する半導体層の膜厚を測定する膜厚測定装置18が設けられている。膜厚測定装置18は、基板1Aに対して白色光18aを照射して、反射スペクトルを解析することによって膜厚を解析する。反射スペクトルには、結晶成長させた半導体層の膜厚に応じた干渉が発生するので、反射スペクトルを解析することにより、その膜厚を測定することが可能になっている。なお、結晶成長中は、回転軸14によってサセプタ15を回転させるので、基板1Aの位置に同期させて膜厚の測定を行なう必要がある。このため、回転軸14には、回転角度検出機構19が設けられており、膜厚測定装置18は、回転信号ケーブル20を通じて回転角度検出機構19からの回転信号を受けて、基板1Aの位置に同期して膜厚を測定することができる。   The rotating shaft 14 has a hollow structure, and a thermocouple (not shown) for measuring the temperature of the susceptor 15 is provided inside the hollow shaft 14. In the following description, unless otherwise noted, the temperature of the susceptor 15 means the temperature at the position of the thermocouple. In addition, a heater 16 made of a resistance wire for heating the susceptor 15 is provided below the susceptor 15. In addition, an observation window 17 is provided at the upper portion of the chamber 10 so that a semiconductor that grows crystals on the substrate 1A mounted on the susceptor 15 can be observed. A film thickness measuring device 18 is provided above the observation window 17 to measure the film thickness of a semiconductor layer that grows crystals on the substrate 1A. The film thickness measuring device 18 irradiates the substrate 1A with white light 18a and analyzes the reflection spectrum to analyze the film thickness. Since interference occurs in the reflection spectrum in accordance with the film thickness of the semiconductor layer on which the crystal is grown, the film thickness can be measured by analyzing the reflection spectrum. During crystal growth, since the susceptor 15 is rotated by the rotating shaft 14, it is necessary to measure the film thickness in synchronization with the position of the substrate 1A. For this reason, the rotation shaft 14 is provided with a rotation angle detection mechanism 19, and the film thickness measurement device 18 receives a rotation signal from the rotation angle detection mechanism 19 through the rotation signal cable 20 and takes the position of the substrate 1A. The film thickness can be measured synchronously.

以下では、図1に示すMOCVD装置の構成についてさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 will be described more specifically.

ガス導入管11には、原料ガスを導入するガス導入口として、基板1A近傍まで互いに分離したV 族ガス導入口2a及びIII 族ガス導入口2bが設けられている。これにより、V 族ガスであるアンモニアとIII 族窒化物半導体の原料となる有機金属とが基板1A近傍に至るまでに気相反応することを防止することができる。また、サセプタ15に近い側から順に、V 族ガス導入口2a及びIII 族ガス導入口2bが設けられているので、基板1Aの表面上にV 族ガスであるアンモニアを効果的に供給することができる。さらに、ガス導入管11には、ガス導入口として、フローチャンネル12を冷却する目的で、冷却ガス導入口2dが設けられている。また、V 族ガス導入口2a、III 族ガス導入口2b及び冷却ガス導入口2dは重なるように下から順に設けており、チャンバー10における同じ側からフローチャンネル12内へガスを導入することができる構成となっている。   The gas introduction pipe 11 is provided with a group V gas introduction port 2a and a group III gas introduction port 2b which are separated from each other up to the vicinity of the substrate 1A as gas introduction ports for introducing a raw material gas. As a result, it is possible to prevent a gas phase reaction between ammonia, which is a group V gas, and an organic metal, which is a raw material of the group III nitride semiconductor, before reaching the vicinity of the substrate 1A. Further, since the group V gas inlet 2a and the group III gas inlet 2b are provided in this order from the side closer to the susceptor 15, ammonia as the group V gas can be effectively supplied onto the surface of the substrate 1A. it can. Further, the gas introduction pipe 11 is provided with a cooling gas introduction port 2d as a gas introduction port for the purpose of cooling the flow channel 12. Further, the group V gas inlet 2a, the group III gas inlet 2b, and the cooling gas inlet 2d are provided in order from the bottom so as to overlap, and gas can be introduced into the flow channel 12 from the same side in the chamber 10. It has a configuration.

フローチャンネル12については、図2を参照しながら説明する。   The flow channel 12 will be described with reference to FIG.

図2に示すように、フローチャンネル12は、石英よりなり、フローチャンネルベース12a、プロセスガスフローチャンネル12b、及び冷却ガスフローチャンネル12cの組み合わせによって構成されている。   As shown in FIG. 2, the flow channel 12 is made of quartz, and includes a combination of a flow channel base 12a, a process gas flow channel 12b, and a cooling gas flow channel 12c.

フローチャンネルベース12aは、フローチャンネル12全体を支える役割を有し、中央付近にサセプタ15が入る開口を有している。   The flow channel base 12a has a role of supporting the entire flow channel 12, and has an opening into which the susceptor 15 enters near the center.

プロセスガスフローチャンネル12bは、フローチャンネルベース12aの上に重ねられている。V 族ガス導入口2aから導入され、V 族ガスフロー3a(図1参照)を流れるV 族ガスと、III 族ガス導入口2bから導入され、III 族ガスフロー3b(図1参照)を流れるIII 族ガスとは、プロセスガスフローチャンネル12bとフローチャンネルベース12aとの間の空間、すなわち、フローチャンネルベース12aの上壁a1とプロセスガスフローチャンネル12bの内壁b1とで囲まれた領域内を流れる。   The process gas flow channel 12b is superimposed on the flow channel base 12a. Group V gas introduced from the group V gas inlet 2a and flowing through the group V gas flow 3a (see FIG. 1), and group III gas introduced from the group III gas inlet 2b and flowing through the group III gas flow 3b (see FIG. 1) III The group gas flows in a space between the process gas flow channel 12b and the flow channel base 12a, that is, in a region surrounded by the upper wall a1 of the flow channel base 12a and the inner wall b1 of the process gas flow channel 12b.

冷却ガスフローチャンネル12cは、プロセスガスフローチャンネル12bの上に重ねられている。冷却ガス導入口2dから導入され、冷却ガスフロー3d(図1参照)を流れる冷却ガスは、冷却ガスフローチャンネル12cとプロセスガスフローチャンネル12bとの間の空間、すなわち、プロセスガスフローチャンネル12bの上壁b2と冷却ガスフローチャンネル12cの内壁c1とで囲まれた領域内を流れる。   The cooling gas flow channel 12c is superimposed on the process gas flow channel 12b. The cooling gas introduced from the cooling gas inlet 2d and flowing through the cooling gas flow 3d (see FIG. 1) is a space between the cooling gas flow channel 12c and the process gas flow channel 12b, that is, above the process gas flow channel 12b. It flows in a region surrounded by the wall b2 and the inner wall c1 of the cooling gas flow channel 12c.

このように、フローチャンネル12は、プロセスガスフローチャンネル12b及び冷却ガスフローチャンネル12cが重なるように構成されているため、冷却ガスフローチャンネル12c内を流れる冷却ガス導入口2d(図1参照)から導入された冷却ガスは、プロセスガスフローチャンネル12b上、つまり、プロセスガスフローチャンネル12bの上壁b2上を流れるので、プロセスガスフローチャンネル12bを効果的に冷却することができる。   As described above, the flow channel 12 is configured so that the process gas flow channel 12b and the cooling gas flow channel 12c overlap with each other, so that the flow channel 12 is introduced from the cooling gas inlet 2d (see FIG. 1) flowing in the cooling gas flow channel 12c. The cooled cooling gas flows on the process gas flow channel 12b, that is, on the upper wall b2 of the process gas flow channel 12b, so that the process gas flow channel 12b can be effectively cooled.

また、ここで、フローチャンネル12の構成の変形例について、図3(a)及び(b)を参照しながら説明する。   Here, a modified example of the configuration of the flow channel 12 will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).

図3(a)に示すように、フローチャンネル12は、石英よりなり、フローチャンネルベース12a、プロセスガスフローチャンネル12b、及び内部に中空部を有する冷却ガスフローチャンネル12dが重ねられた構成であってもよい。このような構成にすると、取り替え頻度が高いプロセスガスフローチャンネル12bのみを容易に取り替えることができる。また、このような構成を有する場合であっても、冷却ガスフロー3dにより、プロセスガスフローチャンネル12bの上壁b2を間接的に冷却することができる。   As shown in FIG. 3 (a), the flow channel 12 is made of quartz, and has a configuration in which a flow channel base 12a, a process gas flow channel 12b, and a cooling gas flow channel 12d having a hollow portion inside are stacked. Also good. With such a configuration, only the process gas flow channel 12b having a high replacement frequency can be easily replaced. Even in such a case, the upper wall b2 of the process gas flow channel 12b can be indirectly cooled by the cooling gas flow 3d.

また、図3(b)に示すように、フローチャンネル12は、石英よりなり、フローチャンネルベース12a、プロセスガスフローチャンネル12b、観察用窓を有する遮熱板12e、及び冷却ガスフローチャンネル12cが重ねられた構成であってもよい。このような構成にするのは、石英は輻射熱が大きいので、遮熱板12eを設けることにより、プロセスガスフローチャンネル12bに対する冷却効果が抑制されることを防止できる。   Further, as shown in FIG. 3B, the flow channel 12 is made of quartz, and a flow channel base 12a, a process gas flow channel 12b, a heat shield 12e having an observation window, and a cooling gas flow channel 12c are overlapped. It may be a configured. The reason for this configuration is that quartz has a large radiant heat, so that the cooling effect on the process gas flow channel 12b can be prevented from being suppressed by providing the heat shield plate 12e.

なお、前述したフローチャンネル12は、フローチャンネルベース12a、プロセスガスフローチャンネル12b、及び冷却ガスフローチャンネル12cが単に重ねられた構成よりなる場合について説明したが、これらの部材を必要に応じて溶接などによって一体化してもよい。また、フローチャンネル12を構成する材料は、石英以外の材料であっても、高温に耐えると共にアンモニアなどによって腐食されない材料、例えばアルミナ、サファイア若しくはSiCよりなる材料、又はこれらのうちのいずれかの材料によってコーティングされた材料などを用いることも可能である。   In addition, although the flow channel 12 mentioned above demonstrated the case where the flow channel base 12a, the process gas flow channel 12b, and the cooling gas flow channel 12c consisted of only the lamination | stacking, these members were welded etc. as needed. May be integrated. The material constituting the flow channel 12 is a material other than quartz, which can withstand high temperatures and is not corroded by ammonia, for example, a material made of alumina, sapphire, or SiC, or any of these materials It is also possible to use a material coated with, for example.

また、プロセスガスフローチャンネル12などの部材は一体の石英よりなる場合について説明したが、プロセスガスフローチャンネル12は、石英が二重に重ねられてなる場合であってもよい。この場合であっても、冷却ガスフロー3dにより、プロセスガスフローチャンネル12bの上壁12bを直接的に冷却することができる。   Further, the case where the members such as the process gas flow channel 12 are made of integral quartz has been described, but the process gas flow channel 12 may be a case where quartz is doubled. Even in this case, the upper wall 12b of the process gas flow channel 12b can be directly cooled by the cooling gas flow 3d.

排気管13は、プロセスガスフローチャンネル12内を流れる原料ガスと、冷却ガスフローチャンネル12c内を流れる冷却ガスとを排気するものであり、MOCVD装置の外部に配置された排気ガス処理装置(図示せず)へ排気口4aを通じて接続されている。   The exhaust pipe 13 exhausts the source gas flowing in the process gas flow channel 12 and the cooling gas flowing in the cooling gas flow channel 12c, and is an exhaust gas processing apparatus (not shown) arranged outside the MOCVD apparatus. 2) through the exhaust port 4a.

また、図1に示すように、フローチャンネル12と排気管13とが配置されていることにより、V 族ガスが流れるV 族ガスフロー3a及びIII 族ガスが流れるIII 族ガスフロー3bと、冷却ガスが流れる冷却ガスフロー3dとは、サセプタ15上に搭載された基板1Aの直上において分離された状態であって、排気管13の直前において合流している。このため、基板1Aの直上におけるV 族ガスフロー3aとIII 族ガスフロー3bとは、冷却ガスフロー3dの影響を受けることはない。   Further, as shown in FIG. 1, the flow channel 12 and the exhaust pipe 13 are arranged, so that the group V gas flow 3a through which the group V gas flows and the group III gas flow 3b through which the group III gas flows, and the cooling gas are provided. The cooling gas flow 3d through which the gas flows is separated immediately above the substrate 1A mounted on the susceptor 15 and merges immediately before the exhaust pipe 13. For this reason, the group V gas flow 3a and the group III gas flow 3b immediately above the substrate 1A are not affected by the cooling gas flow 3d.

また、図1に示すように、冷却ガス導入口2dは、ガス導入管11内において、V 族ガス導入口2a及びIII 族ガス導入口2bと一体となって形成されている。このため、導入される冷却ガスによってプロセスガスフローチャンネル12が冷却されるような位置に、冷却ガス導入口2dを別途設けることなく、より効果的にプロセスガスフローチャンネル12を冷却することができる。また、図1及び図2に示すように、プロセスガスフローチャンネル12bの外壁b2上にプロセスガスを導く構造は、冷却ガスフローチャンネル12cをプロセスガスフローチャンネル12b上に重ねただけの単純な構造である。このため、図1に示したMOCVD装置は、フローチャンネル12の組み立て精度などに依存することなく、冷却ガスフロー3dによって得られる効果を容易に実現することができる。なお、ここでは、冷却ガス導入口2dが、V 族ガス導入口2a及びIII 族ガス導入口2bと一体的に形成されている場合について説明したが、例えばチャンバー10の上壁などのチャンバー10における他の位置に冷却ガス導入口2dを設ける場合であっても、その位置から冷却ガスをプロセスガスフローチャンネル12bの外壁b2に吹き付ける構成とすることで、プロセスガスフローチャンネル12bを冷却する効果が実現される。   As shown in FIG. 1, the cooling gas inlet 2d is formed integrally with the group V gas inlet 2a and the group III gas inlet 2b in the gas inlet pipe 11. For this reason, the process gas flow channel 12 can be more effectively cooled without separately providing the cooling gas inlet 2d at a position where the process gas flow channel 12 is cooled by the introduced cooling gas. As shown in FIGS. 1 and 2, the structure in which the process gas is guided onto the outer wall b2 of the process gas flow channel 12b is a simple structure in which the cooling gas flow channel 12c is simply overlaid on the process gas flow channel 12b. is there. Therefore, the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 can easily realize the effect obtained by the cooling gas flow 3d without depending on the assembly accuracy of the flow channel 12. Here, the case where the cooling gas inlet 2d is formed integrally with the group V gas inlet 2a and the group III gas inlet 2b has been described. However, for example, in the chamber 10 such as the upper wall of the chamber 10 or the like. Even when the cooling gas inlet 2d is provided at another position, the effect of cooling the process gas flow channel 12b is realized by blowing the cooling gas from the position to the outer wall b2 of the process gas flow channel 12b. Is done.

次に、本発明の第1の実施形態に係るMOCVD装置を用いて、III 族窒化物半導体を連続して成長させた場合における膜厚測定装置18によって解析される反射スペクトルの測定結果について、冷却ガスフロー3dが無い場合も含めて説明する。   Next, with respect to the measurement result of the reflection spectrum analyzed by the film thickness measuring device 18 when the group III nitride semiconductor is continuously grown using the MOCVD apparatus according to the first embodiment of the present invention, A description will be given including the case where there is no gas flow 3d.

まず、図4は、本発明の第1の実施形態に係るMOCVD装置を用いて、III 族窒化物半導体を連続して成長させてなる半導体の構造を示す断面概略図を示しており、サファイアよりなる基板1Aの上には、低温GaNバッファ層31及びGaN層32が下から順に成長している。   First, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor structure in which a group III nitride semiconductor is continuously grown using the MOCVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. On the resulting substrate 1A, a low-temperature GaN buffer layer 31 and a GaN layer 32 are grown in order from the bottom.

以下に、図4に示す構造よりなる半導体を成長させる各工程について説明する。なお、ここではまず、後述する冷却ガスを流さない場合との比較のために、図1に示したMOCVD装置において、冷却ガスを流すことなく、半導体の1回の成長方法について説明する。   Hereinafter, each step of growing a semiconductor having the structure shown in FIG. 4 will be described. Here, first, for comparison with the case where a cooling gas is not flowed, which will be described later, in the MOCVD apparatus shown in FIG. 1, a single growth method of a semiconductor without flowing a cooling gas will be described.

まず、サファイアよりなる基板1Aをサセプタ15の上に設置した後に、チャンバー10内を密閉する。   First, after the substrate 1A made of sapphire is placed on the susceptor 15, the inside of the chamber 10 is sealed.

次に、V 族ガス導入口2a及びIII 族ガス導入口2bから、それぞれ毎分30Lの流量にて水素ガスを導入しながら、サセプタ15の温度が1000℃となるように、ヒータ16を加熱する。このサーマルクリーニングと呼ばれる工程により、サファイアよりなる基板1Aの表面に付着している不純物を蒸発させる。   Next, the heater 16 is heated so that the temperature of the susceptor 15 becomes 1000 ° C. while introducing hydrogen gas from the group V gas inlet 2a and the group III gas inlet 2b at a flow rate of 30 L / min. . By a process called thermal cleaning, impurities adhering to the surface of the substrate 1A made of sapphire are evaporated.

次に、サセプタ15の温度を500℃に設定する。サセプタ15の温度が安定したところで、V 族ガス導入口2aに導入される水素ガスのうち毎分20Lの流量分をアンモニアに切り替えることにより、V 族ガス導入口2aからアンモニアを導入して、そのアンモニアをプロセスガスフローチャンネル12b内に供給する。続いて、V 族ガス導入口2aから導入されるガスのフローが安定したところで、III 族ガス導入口2bに導入される水素ガスにトリメチルガリウム(TMG)を輸送させて、TMGをプロセスガスフローチャンネル12b内に供給する。有機金属の流量は毎分μmolオーダーであって非常に微量であるため、全体のフローに対する割合は非常に少ないので、有機金属を貯蔵した容器内に水素ガスを通じることにより、蒸発した有機金属が水素ガスによって輸送されて、プロセスガスフローチャンネル12b内に導入される。これにより、加熱された基板1A上において、アンモニアとTMGとが反応して、低温GaNバッファ層31が成長する。   Next, the temperature of the susceptor 15 is set to 500 ° C. When the temperature of the susceptor 15 is stabilized, ammonia is introduced from the V group gas inlet 2a by switching the flow rate of 20 L / min to ammonia among the hydrogen gas introduced into the V group gas inlet 2a. Ammonia is supplied into the process gas flow channel 12b. Subsequently, when the flow of gas introduced from the group V gas inlet 2a is stabilized, trimethylgallium (TMG) is transported to the hydrogen gas introduced into the group III gas inlet 2b, and TMG is supplied to the process gas flow channel. 12b is supplied. Since the flow rate of the organic metal is on the order of μmol per minute and is very small, the ratio to the total flow is very small. By passing hydrogen gas through the container in which the organic metal is stored, It is transported by hydrogen gas and introduced into the process gas flow channel 12b. Thereby, ammonia and TMG react on the heated substrate 1A, and the low-temperature GaN buffer layer 31 grows.

次に、低温GaNバッファ層31を20nm成長させたところで、III 族ガス導入口2bに導入されるTMGの供給を停止すると共に、V 族ガスフロー3aの流量及びIII 族ガスフロー3bの流量はそのまま維持し、アンモニア及び水素ガスのみを供給させて、サセプタ15の温度を1000℃まで上昇させる。   Next, when the low-temperature GaN buffer layer 31 is grown to 20 nm, the supply of TMG introduced into the group III gas inlet 2b is stopped, and the flow rate of the group V gas flow 3a and the flow rate of the group III gas flow 3b are kept as they are. The temperature of the susceptor 15 is raised to 1000 ° C. by supplying only ammonia and hydrogen gas.

次に、サセプタ15の温度が1000℃で安定したところで、V 族ガスフロー3aの流量及びIII 族ガスフロー3bの流量はそのまま維持し、III 族ガス導入口2bにTMGを再び導入することにより、GaN層32を2μm成長させる。   Next, when the temperature of the susceptor 15 is stabilized at 1000 ° C., the flow rate of the group V gas flow 3a and the flow rate of the group III gas flow 3b are maintained as they are, and TMG is introduced again into the group III gas inlet 2b, The GaN layer 32 is grown by 2 μm.

次に、GaN層32が2μm成長したところで、III 族ガス導入口2bに導入されるTMGの供給を停止すると共に、ヒータ16を切ってサセプタ15の温度を下げる。サセプタ15の温度が500℃になるところで、V 族ガス導入口2aに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ15の温度を室温付近まで下げた後、基板1Aを取り出す。   Next, when the GaN layer 32 grows by 2 μm, the supply of TMG introduced into the group III gas inlet 2b is stopped and the heater 16 is turned off to lower the temperature of the susceptor 15. When the temperature of the susceptor 15 reaches 500 ° C., the ammonia introduced into the group V gas inlet 2a is switched to hydrogen gas, and the supply of ammonia is also stopped. Further, after the temperature of the susceptor 15 is lowered to near room temperature, the substrate 1A is taken out.

以上の一連の工程が、1回の成長である。   The series of steps described above is a single growth.

ここで、比較のために、冷却ガスフロー3dがない場合と、サセプタ15上に基板1Aを搭載する工程及びサセプタ15から基板1Aを取り出す工程以外の工程を通じて冷却ガスフロー3dがある場合とのそれぞれの場合において、膜厚測定装置18によって測定される反射スペクトルの特定の波長の強度についての成長毎の変化を測定した。反射スペクトルは前述したように膜厚に依存する性質を有するので、いずれの場合においても、GaN層32を2μm成長させた直後における反射スペクトル強度を測定すると共に、測定波長を600nmと一定にすることにより、膜厚又は測定波長の影響がない条件下で、それぞれの変化を測定した。また、冷却ガス導入口2dから導入される冷却ガスとして、窒素ガスを用いると共に、その流量を毎分20Lとした。   Here, for comparison, each of the case where there is no cooling gas flow 3d and the case where there is the cooling gas flow 3d through steps other than the step of mounting the substrate 1A on the susceptor 15 and the step of removing the substrate 1A from the susceptor 15 In this case, the change for each growth of the intensity of a specific wavelength of the reflection spectrum measured by the film thickness measuring device 18 was measured. Since the reflection spectrum has a property depending on the film thickness as described above, in any case, the reflection spectrum intensity immediately after the GaN layer 32 is grown by 2 μm is measured and the measurement wavelength is made constant at 600 nm. Thus, each change was measured under the condition where there is no influence of the film thickness or the measurement wavelength. Further, nitrogen gas was used as the cooling gas introduced from the cooling gas inlet 2d, and the flow rate thereof was set to 20 L / min.

以上の条件下で、前述した1回の成長を繰り返して行なっていくと、通常、プロセスガスフローチャンネル12b内の原料ガスが接する内壁b1に反応生成物が堆積する。このため、膜厚測定装置18から出射される白色光18aが反応堆積物に遮られることにより、基板1Aからの反射スペクトル強度が減少することになる。そして、反射スペクトル強度が未使用のプロセスガスフローチャンネル12bを用いたときに得られる反射スペクトル強度の20%(本実施形態に係るMOCVD装置を用いた場合)まで減衰するとノイズが多くなるので、本実施形態における膜厚測定装置18は反射スペクトル強度を正確に測定することができない。このため、反射スペクトル強度が約20%にまで減衰した時点で、フローチャンネル12を交換するメンテナンスの必要が生じる。   When the above-described single growth is repeated under the above conditions, the reaction product is usually deposited on the inner wall b1 in contact with the source gas in the process gas flow channel 12b. For this reason, when the white light 18a emitted from the film thickness measuring device 18 is blocked by the reaction deposit, the reflection spectrum intensity from the substrate 1A decreases. Since the noise increases when the reflection spectrum intensity is attenuated to 20% of the reflection spectrum intensity obtained when the unused process gas flow channel 12b is used (when the MOCVD apparatus according to this embodiment is used), the noise increases. The film thickness measuring device 18 in the embodiment cannot accurately measure the reflection spectrum intensity. For this reason, when the reflection spectrum intensity is attenuated to about 20%, maintenance for replacing the flow channel 12 occurs.

図5は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、冷却ガス導入口2dから導入された窒素の冷却ガスフロー3dがある場合と、冷却ガス導入口2dから冷却ガスを導入しない場合とのそれぞれについて、反射スペクトル強度(相対値)と成長回数(回)との関係を示している。   FIG. 5 shows the growth frequency dependence of the reflection spectrum intensity. Specifically, when there is a cooling gas flow 3d of nitrogen introduced from the cooling gas inlet 2d and when the cooling gas flows from the cooling gas inlet 2d, FIG. The relationship between the reflection spectrum intensity (relative value) and the number of times of growth (times) is shown for each case where no is introduced.

図5に示すように、冷却ガスを流さない場合には、前述の1回の成長を5回実施した時点で、反射スペクトル強度はほとんどゼロとなっており、反射スペクトルを測定することが不可能になってしまう。一方、冷却ガスを導入して冷却ガスフロー3dがある場合には、冷却ガスを流さない場合に比べて、反応生成物の堆積が抑制されており、前述の1回の成長がおよそ20回実施されるまで、反射スペクトルの測定が可能であった。このような結果が得られたのは、冷却ガスフロー3dによってプロセスガスフローチャンネル12bが冷却されることにより、反応生成物の堆積が抑制されたためである。   As shown in FIG. 5, when the cooling gas is not flowed, the reflection spectrum intensity is almost zero when the above-mentioned one growth is performed five times, and the reflection spectrum cannot be measured. Become. On the other hand, when the cooling gas is introduced and the cooling gas flow 3d is present, the deposition of the reaction product is suppressed as compared with the case where the cooling gas is not supplied, and the above-described one growth is performed approximately 20 times. Until then, it was possible to measure the reflection spectrum. Such a result was obtained because the process gas flow channel 12b was cooled by the cooling gas flow 3d, thereby suppressing the deposition of reaction products.

ここで、冷却ガスフロー3dによる冷却温度について、以下のように考察することができる。TMGとアンモニアとによってGaNを成長させる場合には、およそ350℃で成長が開始し、500℃以上になると、供給量にほぼ律速された成長速度で飽和することが分かっている。したがって、冷却ガスフロー3dにより、プロセスガスフローチャンネル12bの温度を350℃未満に低下させることによって、反応生成物の堆積を抑制することが可能になる。   Here, the cooling temperature by the cooling gas flow 3d can be considered as follows. In the case of growing GaN with TMG and ammonia, it has been found that the growth starts at about 350 ° C. and reaches 500 ° C. or higher and saturates at a growth rate almost controlled by the supply amount. Therefore, by reducing the temperature of the process gas flow channel 12b to less than 350 ° C. by the cooling gas flow 3d, it is possible to suppress the deposition of reaction products.

本実施形態に係る冷却ガスフロー3dを持つMOCVD装置は、以下に示す利点を有している。図5に示した結果からも明らかなように、冷却ガスフロー3dを持たないMOCVD装置の場合には、反射スペクトルを測定するために、数回成長させる度にフローチャンネル12を交換するメンテナンスを行なう必要が生じる一方、本実施形態に係る冷却ガスフロー3dを持つMOCVD装置によると、メンテナンスの周期を大きく伸ばすことができる。また、冷却ガスフロー3dによって反応生成物がプロセスガスフローチャンネル12bに堆積されることを抑制できるため、反応生成物が基板1A上へ飛来することを低減できるので、より安定して再現性良く結晶成長を行なうことが可能になる。   The MOCVD apparatus having the cooling gas flow 3d according to the present embodiment has the following advantages. As is apparent from the results shown in FIG. 5, in the case of an MOCVD apparatus that does not have the cooling gas flow 3d, maintenance is performed to replace the flow channel 12 every time the growth is performed several times in order to measure the reflection spectrum. On the other hand, according to the MOCVD apparatus having the cooling gas flow 3d according to the present embodiment, the maintenance cycle can be greatly extended. Further, since the reaction product can be prevented from being deposited on the process gas flow channel 12b by the cooling gas flow 3d, it is possible to reduce the reaction product from flying onto the substrate 1A. It becomes possible to grow.

また、本実施形態に係るMOCVD装置は、他の機構を有するMOCVD装置と比べて、以下に示す利点を有している。一般的に、MOCVD装置を用いてIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、反応性の高いアンモニアガスを用いるために、材料の選択の自由度が制限される。例えば、フローチャンネルを冷却する手段として、ステンレス、銅若しくはアルミニウムなどよりなる水冷機構又は放熱機構を用いる場合には、アンモニアガスと反応してこれらの機構が腐食するなどの問題が生じるので、水冷機構又は放熱機構を構成する材料の選択が非常に困難であると共にこれらの機構を備えた構造を作製することが非常に難しい。たとえこれらの機構を用いた構造を実現できた場合であっても、メンテナンスの周期が短いなどの問題が生じやすい。例えば、GaAsを成長させる装置として、ステンレス、銅又はアルミニウムなどよりなる水冷機構を備えた装置を実現することはできるが、これは、GaAsを成長させる場合には、ステンレス、銅又はアルミニウムなどに対して反応性が高いガスを用いる必要がないので、水冷機構が腐食するという問題を懸念する必要がない。しかしながら、III 族窒化物半導体を成長させる場合には、アンモニアガスに対して反応性が高いステンレス、銅又はアルミニウムなどよりなる水冷機構を備えることは困難である。   In addition, the MOCVD apparatus according to the present embodiment has the following advantages compared to MOCVD apparatuses having other mechanisms. In general, when a group III nitride semiconductor is grown using an MOCVD apparatus, a highly reactive ammonia gas is used, so that the degree of freedom in selecting a material is limited. For example, when a water cooling mechanism or a heat dissipation mechanism made of stainless steel, copper, aluminum or the like is used as a means for cooling the flow channel, a problem such as corrosion of these mechanisms due to reaction with ammonia gas occurs. Alternatively, it is very difficult to select a material constituting the heat dissipation mechanism and it is very difficult to manufacture a structure including these mechanisms. Even when a structure using these mechanisms can be realized, problems such as a short maintenance cycle are likely to occur. For example, as an apparatus for growing GaAs, an apparatus having a water cooling mechanism made of stainless steel, copper, aluminum or the like can be realized. Therefore, there is no need to worry about the problem of corrosion of the water cooling mechanism. However, when growing a group III nitride semiconductor, it is difficult to provide a water cooling mechanism made of stainless steel, copper, aluminum, or the like that is highly reactive with ammonia gas.

これに対して、本実施形態に係るMOCVD装置では、プロセスガスフローチャンネル12bの上に、該プロセスガスフローチャンネル12bと同じ材質である石英よりなる冷却ガスフローチャンネル12cを重ねて、冷却ガスフローチャンネル12cの内部に冷却ガスを流すというシンプルな構成により、プロセスガスフローチャンネル12bに対する冷却効果を実現することができる。このように、本実施形態では、冷却ガスを用いてプロセスガスフローチャンネル12bを冷却する構成であるので、水冷などの冷却方式に比べると、冷却効果は小さいと考えられるが、実際には、前述したように、350℃未満の温度であれば、反応生成物の堆積を抑制する効果が現れる。このため、水冷によって100℃以下に強く冷却しなくても、本実施形態における冷却ガスを用いた冷却ガスフロー3dによる冷却方式によって、必要な冷却効果を得ることができる。   On the other hand, in the MOCVD apparatus according to the present embodiment, the cooling gas flow channel 12c made of quartz, which is the same material as the process gas flow channel 12b, is overlaid on the process gas flow channel 12b, thereby providing a cooling gas flow channel. The cooling effect on the process gas flow channel 12b can be realized by a simple configuration in which the cooling gas is caused to flow inside the 12c. Thus, in this embodiment, since the process gas flow channel 12b is cooled using the cooling gas, the cooling effect is considered to be small compared to a cooling method such as water cooling. As described above, when the temperature is lower than 350 ° C., the effect of suppressing the deposition of the reaction product appears. For this reason, even if it does not cool strongly to 100 degrees C or less by water cooling, the required cooling effect can be acquired with the cooling system by the cooling gas flow 3d using the cooling gas in this embodiment.

また、本実施形態では、前述したように、V 族ガス導入口2a、III 族ガス導入口2b及び冷却ガス導入口2dはそれぞれ独立して設けられており、V 族ガス導入口2aから導入されるV 族ガス、III 族ガス導入口2bから導入されるIII 族ガス、及び冷却ガス導入口2dから導入される冷却ガスはそれぞれ独立した空間内に導入されるので、それぞれのガスを独立して制御することができる。このことは、以下のような場合に有効である。例えば、結晶成長の要請によってプロセスガスフロー(3a、3b)の流速を落とした場合、プロセスガスが輸送する熱量が低下することにより、フローチャンネル12の温度が上昇してしまうことがある。このとき、冷却ガスフロー3dの流量を増やすことにより、フローチャンネル12の温度を低く維持することができる。これにより、プロセスガスフロー(3a、3b)の設定の自由度を高めることができる。   In this embodiment, as described above, the V group gas introduction port 2a, the III group gas introduction port 2b, and the cooling gas introduction port 2d are provided independently from each other, and are introduced from the V group gas introduction port 2a. Since the group V gas, the group III gas introduced from the group III gas introduction port 2b, and the cooling gas introduced from the cooling gas introduction port 2d are introduced into independent spaces, the respective gases are independently supplied. Can be controlled. This is effective in the following cases. For example, when the flow rate of the process gas flow (3a, 3b) is decreased due to a request for crystal growth, the temperature of the flow channel 12 may increase due to a decrease in the amount of heat transported by the process gas. At this time, the temperature of the flow channel 12 can be kept low by increasing the flow rate of the cooling gas flow 3d. Thereby, the freedom degree of the setting of process gas flow (3a, 3b) can be raised.

一方、従来のMOCVD装置の場合のように、冷却ガスのフローが原料ガスのフローと混入する構成では、原料ガスの流量を低減させる必要が生じた場合、前述した理由で、冷却ガスのフローを増加させて冷却効果を上昇させる必要が生じるが、結果として、基板上における流量は結果として余り変わらないことになる。したがって、原料ガスの流量を低減させるといった結晶成長の要請に十分応答することができないという問題があった。しかしながら、本実施形態に係るMOCVD装置によると、前述のように、原料ガスの設定の自由度が高いので、結晶成長の要請に十分に応答することができる。   On the other hand, in the configuration in which the flow of the cooling gas is mixed with the flow of the raw material gas as in the case of the conventional MOCVD apparatus, when the flow rate of the raw material gas needs to be reduced, the flow of the cooling gas is reduced for the reason described above. Although it is necessary to increase the cooling effect, as a result, the flow rate on the substrate does not change much as a result. Therefore, there is a problem that it is not possible to sufficiently respond to a request for crystal growth such as reducing the flow rate of the source gas. However, according to the MOCVD apparatus according to this embodiment, as described above, since the degree of freedom in setting the source gas is high, it is possible to sufficiently respond to a request for crystal growth.

以上のように、本発明の第1の実施形態に係るMOCVD装置によると、冷却ガスフローチャンネル12c内の冷却ガスフロー3dによって、プロセスガスフローチャンネル12bを冷却することにより、プロセスガスフローチャンネル12bなどを構成する石英などの部材に反応生成物が堆積することを防ぐことができる。このため、MOCVD装置に対するメンテナンスの周期を伸ばすことができると共に、基板1A上へ反応生成物が飛来することを防いで、安定的に且つ再現性良く窒化物半導体を成長させることができる。   As described above, according to the MOCVD apparatus according to the first embodiment of the present invention, the process gas flow channel 12b is cooled by cooling the process gas flow channel 12b with the cooling gas flow 3d in the cooling gas flow channel 12c. It is possible to prevent the reaction product from being deposited on a member such as quartz constituting the structure. Therefore, the maintenance cycle for the MOCVD apparatus can be extended, and the reaction product can be prevented from flying onto the substrate 1A, and a nitride semiconductor can be grown stably and with good reproducibility.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described.

具体的には、本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法は、本発明の第1の実施形態に係る図1及び図2で示したMOCVD装置と全く同じ装置を用いて、本発明の第1の実施形態における図4で示した半導体と同じ構造よりなる半導体を連続して成長させる方法であるが、前述した第1の実施形態と共通する部分の説明は繰り返さない。   Specifically, a semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention uses the same apparatus as the MOCVD apparatus shown in FIGS. 1 and 2 according to the first embodiment of the present invention. Although this is a method of continuously growing a semiconductor having the same structure as the semiconductor shown in FIG. 4 in the first embodiment of the invention, the description of the parts common to the first embodiment will not be repeated.

本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法が、本発明の第1の実施形態に係る半導体の製造方法と異なる点は、冷却ガスフロー3dを構成する冷却ガスとして、第1の実施形態で用いた窒素ガスの替わりに水素ガスを用いている点であって、ここでは、水素ガスの流量を毎分20Lとして図4に示した半導体を製造した。   The semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention is different from the semiconductor manufacturing method according to the first embodiment of the present invention in that the cooling gas constituting the cooling gas flow 3d is the first embodiment. The hydrogen gas is used in place of the nitrogen gas used in the embodiment, and here, the semiconductor shown in FIG. 4 was manufactured with a hydrogen gas flow rate of 20 L / min.

図6は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、本実施形態における水素ガスよりなる冷却ガスフロー3dの場合と第1の実施形態における窒素ガスよりなる冷却ガスフロー3dの場合とのそれぞれにおいて、反射スペクトル強度(相対値)と成長回数(回)との関係を示している。   FIG. 6 shows the dependence of the reflection spectrum intensity on the number of growth times. Specifically, in the case of the cooling gas flow 3d made of hydrogen gas in the present embodiment and the cooling gas flow made of nitrogen gas in the first embodiment. In each of the cases of 3d, the relationship between the reflection spectrum intensity (relative value) and the number of times of growth (times) is shown.

図6に示すように、冷却ガスフロー3dが水素ガスよりなる場合には、図4を用いて説明した前述の1回の成長がおよそ30回実施されるまで、反射スペクトルの測定が可能であった。したがって、冷却ガスフロー3dが水素ガスよりなる本実施形態によると、冷却ガスフロー3dが窒素ガスよりなる場合であって20回の成長まで反射スペクトルの測定が可能であった前述の第1の実施形態と比べて、反射スペクトルの測定が可能な成長回数を増加させることができる。   As shown in FIG. 6, when the cooling gas flow 3d is made of hydrogen gas, the reflection spectrum can be measured until the above-described single growth described with reference to FIG. 4 is performed approximately 30 times. It was. Therefore, according to the present embodiment in which the cooling gas flow 3d is made of hydrogen gas, the reflection spectrum can be measured up to 20 times of growth in the case where the cooling gas flow 3d is made of nitrogen gas. Compared with the form, the number of times of growth at which reflection spectrum can be measured can be increased.

このような効果が得られた理由としては、水素ガスは窒素ガスよりも冷却効果が高いために、プロセスガスフローチャンネル12bへの反応生成物の堆積をより抑制することができたからであると考えられる。   The reason why such an effect is obtained is that hydrogen gas has a cooling effect higher than that of nitrogen gas, and therefore, deposition of reaction products on the process gas flow channel 12b can be further suppressed. It is done.

次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例について説明する。   Next, another example of the semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described.

具体的には、本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例は、図1及び図2で示した本発明の第1の実施形態に係るMOCVD装置と全く同じ装置を用いて、図7に示す構造を有する半導体を製造する方法である。   Specifically, another example of the semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention is the same apparatus as the MOCVD apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. And a method of manufacturing a semiconductor having the structure shown in FIG.

図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法の別の例で製造される半導体の構造、つまりLED構造を示している。つまり、図7に示すように、サファイアよりなる基板1Aの上には、低温GaNバッファ層31及びGaN層32が下から順に成長されており、引き続き、n型GaNコンタクト層33、InGaN活性層34及びp型GaNコンタクト層35が下から順に成長している。   FIG. 7 shows a semiconductor structure, that is, an LED structure manufactured by another example of the semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. That is, as shown in FIG. 7, the low-temperature GaN buffer layer 31 and the GaN layer 32 are grown in order from the bottom on the substrate 1A made of sapphire, and subsequently the n-type GaN contact layer 33 and the InGaN active layer 34. And the p-type GaN contact layer 35 is grown in order from the bottom.

以下に、図7に示したLED構造よりなる半導体を成長させる各工程について説明する。なお、図7に示した構造のうち図4に示した構造と同様の部分の成長方法は、図4を用いた説明と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。   Below, each process of growing the semiconductor which consists of LED structure shown in FIG. 7 is demonstrated. 7 is the same as the structure shown in FIG. 4 in the structure shown in FIG. 4, and the following description will focus on the differences.

まず、冷却ガス導入口2dから毎分20Lの流量にて、冷却ガスフロー3dを構成する水素ガスを導入しながら、第1の実施形態と同様に、サーマルクリーニングを行なった後に、500℃にて低温GaNバッファ層31を20nm成長させると共に1000℃にてGaN層32を2μm成長させる。   First, after performing thermal cleaning in the same manner as in the first embodiment while introducing hydrogen gas constituting the cooling gas flow 3d from the cooling gas inlet 2d at a flow rate of 20 L / min, at 500 ° C. The low-temperature GaN buffer layer 31 is grown by 20 nm, and the GaN layer 32 is grown by 2 μm at 1000 ° C.

引き続いて、冷却ガスフロー3dとして毎分20Lの流量の水素ガスをそのまま維持して、1000℃にてn型GaNコンタクト層33を2μm成長させる。ここで、n型のドーパントとしては、Si又はGeなどを用いることができる。この場合、プロセスガスフローチャンネル12bの内部に、モノシラン又はモノゲルマンなどのドーピングガスを所定量にて導入することによってドーピングを行なうことができる。また、ドーピングガスは、V 族ガス導入口2a及びIII 族ガス導入口2bのうちのいずれの導入口から導入させる構成であってもよい。また、Si又はGeは、GaNのIII 族サイトに入るので、モノシラン又はモノゲルマンなどのドーピングガスをIII 族ガスフロー3bに混入させる方が、基板1A表面における面内均一性が向上するため好ましい。   Subsequently, the hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is maintained as it is as the cooling gas flow 3d, and the n-type GaN contact layer 33 is grown by 2 μm at 1000 ° C. Here, Si, Ge, or the like can be used as the n-type dopant. In this case, doping can be performed by introducing a predetermined amount of a doping gas such as monosilane or monogermane into the process gas flow channel 12b. Further, the doping gas may be introduced from any one of the group V gas inlet 2a and the group III gas inlet 2b. Further, since Si or Ge enters the group III site of GaN, it is preferable to mix a doping gas such as monosilane or monogermane into the group III gas flow 3b because the in-plane uniformity on the surface of the substrate 1A is improved.

次に、III 族ガス導入口2bに導入されるTMGの供給を停止すると共に、V 族ガス導入口2aに導入されるアンモニアの供給を継続したまま、サセプタ15の温度をInGaNの成長に好ましい温度である750℃まで低下させる。温度が安定したところで、ガス導入管11内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー3aには、毎分10Lの流量の窒素ガス及び毎分20Lの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流し、III 族ガスフロー3bには、毎分30Lの流量の窒素ガスを流し、冷却ガスフロー3dには、毎分20Lの窒素ガスを流す。   Next, while stopping the supply of TMG introduced into the group III gas inlet 2b and continuing the supply of ammonia introduced into the group V gas inlet 2a, the temperature of the susceptor 15 is set to a temperature preferable for the growth of InGaN. The temperature is lowered to 750 ° C. When the temperature is stabilized, all hydrogen gas introduced into the gas introduction pipe 11 is switched to nitrogen gas. That is, a mixed gas composed of nitrogen gas at a flow rate of 10 L / min and ammonia at a flow rate of 20 L / min are supplied to the group V gas flow 3a, and nitrogen gas at a flow rate of 30L / min is supplied to the group III gas flow 3b. In the cooling gas flow 3d, 20 L of nitrogen gas is supplied per minute.

この状態で、チャンバー10内に存在していた水素ガスがほぼ追い出されるまでの時間保持した後、III 族ガスフロー3b内にTMG及びトリメチルインジウム(TMI)を混入して導入することにより、InGaN活性層34を成長させる。一般に、InGaNを成長させる場合には、成長時におけるInの取り込み効率が低いために、TMIをかなり過剰に供給する。このため、成長したInGaN層の厚さが薄い場合においても、プロセスガスフローチャンネル12bへの反応生成物の堆積は比較的多くなる。しかしながら、本工程では、冷却ガスフロー3dを構成するガスとして、水素ガスを用いずに窒素ガスを用いたことにより、反応生成物の堆積を抑制しながら、Inを十分に取り込んだInGaN活性層34を実現することができる。なお、このメカニズムについては後述で詳説する。   In this state, after maintaining the time until the hydrogen gas existing in the chamber 10 is almost expelled, TMG and trimethylindium (TMI) are mixed and introduced into the group III gas flow 3b, whereby the InGaN activity is increased. Layer 34 is grown. In general, when InGaN is grown, TMI is supplied in a considerably excessive amount because the In incorporation efficiency during the growth is low. For this reason, even when the grown InGaN layer is thin, deposition of reaction products on the process gas flow channel 12b becomes relatively large. However, in this step, the InGaN active layer 34 that sufficiently incorporates In while suppressing deposition of reaction products by using nitrogen gas instead of hydrogen gas as the gas constituting the cooling gas flow 3d. Can be realized. This mechanism will be described in detail later.

続いて、InGaN活性層34を5nm成長させたところで、ガス導入管11内に導入されるすべての窒素ガスを水素ガスに再び切り替えると共に、サセプタ15の温度を1000℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー2aには、毎分10Lの流量の水素ガス及び毎分20Lの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流し、III 族ガスフロー2bには、毎分30Lの流量の水素ガスを流し、冷却ガスフロー3dには、毎分20Lの流量の水素ガスを流す。そして、温度とフローとが安定したところで、p型GaNコンタクト層35を0.2μm成長させる。p型のドーパントとしては、Mgなどを用いることができる。この場合、プロセスガスフローチャンネル12bの内部に、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)などのドーピングガスを導入することによってドーピングを行なうことができる。また、Mgは、GaNのIII 族サイトに入るので、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)などのドーピングガスをIII 族ガスフロー3bに混入させる方が、基板1A表面における面内均一性が向上するため好ましい。 Subsequently, when the InGaN active layer 34 is grown to 5 nm, all the nitrogen gas introduced into the gas introduction tube 11 is switched again to hydrogen gas, and the temperature of the susceptor 15 is raised to 1000 ° C. That is, a mixed gas composed of hydrogen gas at a flow rate of 10 L / min and ammonia at a flow rate of 20 L / min are supplied to the group V gas flow 2a, and hydrogen gas at a flow rate of 30L / min is supplied to the group III gas flow 2b. In the cooling gas flow 3d, hydrogen gas is supplied at a flow rate of 20 L / min. When the temperature and flow are stabilized, the p-type GaN contact layer 35 is grown by 0.2 μm. Mg or the like can be used as the p-type dopant. In this case, doping can be performed by introducing a doping gas such as cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) into the process gas flow channel 12b. Further, since Mg enters the group III site of GaN, in-plane uniformity on the surface of the substrate 1A is improved by mixing a doping gas such as cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) into the group III gas flow 3b. Therefore, it is preferable.

以上の一連の工程によって、Inが十分に取り込まれたInGaN活性層34を有する波長460nmの青色LEDウェハを製造することができる。   Through the above series of steps, a blue LED wafer having a wavelength of 460 nm having the InGaN active layer 34 in which In is sufficiently taken in can be manufactured.

図8は、InGaN活性層34を成長させる際の冷却ガスフロー3dを構成する冷却ガスとして、本実施形態で説明した窒素ガスを用いる方法と、窒素ガスの替わりに毎分20Lの流量の水素ガスを用いる方法とのそれぞれにおいて、フォトルミネッセンス(PL)スペクトルを比較した図を示している。PLは、レーザ光をウェハに当てて発光波長を調べる手法であり、ウェハの状態でLEDの発光波長を調べる手法である。   FIG. 8 shows a method using the nitrogen gas described in the present embodiment as the cooling gas constituting the cooling gas flow 3d when the InGaN active layer 34 is grown, and hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min instead of the nitrogen gas. The figure which compared the photoluminescence (PL) spectrum in each with the method of using is shown. PL is a technique for examining a light emission wavelength by applying a laser beam to a wafer, and a technique for examining a light emission wavelength of an LED in a wafer state.

水素ガスは分子量が小さいために、わずかな隙間からであっても拡散することができる性質を持っている。本実施形態に係るMOCVD装置を構成するフローチャンネル12のように、冷却ガスフロー3dとIII 族ガスフロー3b及びV 族ガスフロー3aとが分離された構造であっても、ガス導入管11とフローチャンネル12とが連設している隙間又はフローチャンネル12を構成する石英よりなる部材同士の隙間などを介して、水素が拡散して基板1A表面に到達する。このため、InGaN活性層34を成長させるときに用いる冷却ガスとして水素ガスを用いると、前述した隙間などからごく微量の水素ガスがInGaN活性層34の表面に到達することにより、InGaNが水素によって分解されるので、InGaN活性層34におけるInの組成比が低下して、図8に示すように、波長が短波長化する他、InGaN活性層34の結晶性が低下して発光強度が低下する。なお、波長の変化量などから類推すると、基板1A上において、拡散されてきた水素の濃度は1%以下である。これに対して、本実施形態では、冷却ガスフロー3dを構成するガスとして、水素ガスを用いずに窒素ガスを用いたことにより、前述したような水素ガスの拡散がないので、InGaN活性層34にはInが十分に取り込まれており、PL強度及び波長ともに優れた値が得られている。   Since hydrogen gas has a low molecular weight, it has the property of diffusing even from a slight gap. Even if the cooling gas flow 3d, the group III gas flow 3b, and the group V gas flow 3a are separated as in the flow channel 12 constituting the MOCVD apparatus according to the present embodiment, the gas introduction pipe 11 and the flow Hydrogen diffuses and reaches the surface of the substrate 1A through a gap where the channel 12 is connected or a gap between quartz members constituting the flow channel 12 or the like. For this reason, when hydrogen gas is used as the cooling gas used when growing the InGaN active layer 34, a very small amount of hydrogen gas reaches the surface of the InGaN active layer 34 through the gaps described above, so that InGaN is decomposed by hydrogen. As a result, the In composition ratio in the InGaN active layer 34 is reduced, and as shown in FIG. 8, the wavelength is shortened, and the crystallinity of the InGaN active layer 34 is reduced to reduce the emission intensity. By analogy with the amount of change in wavelength and the like, the concentration of diffused hydrogen on the substrate 1A is 1% or less. On the other hand, in the present embodiment, since the nitrogen gas is used as the gas constituting the cooling gas flow 3d without using the hydrogen gas, there is no diffusion of the hydrogen gas as described above. In is sufficiently incorporated into In, and excellent values of both PL intensity and wavelength are obtained.

図9は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、InGaN活性層34を成長させる際の冷却ガスフロー3dを構成する冷却ガスとして、本実施形態で説明した窒素ガスを用いる方法と、窒素ガスの替わりに毎分20Lの流量の水素ガスを用いる方法とのそれぞれにおいて、LEDの成長を繰り返した場合における反射スペクトル強度(相対値)と成長回数(回)との関係を示している。図9から明らかなように、InGaN活性層34の成長させる際に用いる冷却ガスが、窒素ガスよりなるか又は水素ガスよりなるかによって、反射スペクトル強度の成長回数依存性にはほとんど差が生じていない。すなわち、いずれのガスを用いた場合であっても、LEDの成長が20回なされるまでは、反射スペクトルの測定が可能である。InGaN活性層34の成長させる際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いると、前述したように、水素ガスを用いた場合に比べて冷却効果は低いが、InGaN活性層34の成長温度は750℃であって、GaNなどの成長温度よりも低いので、InGaN活性層34の成長させる際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いても十分な効果を得ることができる。   FIG. 9 shows the growth frequency dependence of the reflection spectrum intensity. Specifically, the nitrogen gas described in the present embodiment is used as the cooling gas constituting the cooling gas flow 3d when the InGaN active layer 34 is grown. Between the reflection spectrum intensity (relative value) and the number of times of growth (times) when LED growth is repeated in each of the method using hydrogen and the method using hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min instead of nitrogen gas Is shown. As is apparent from FIG. 9, there is little difference in the dependence of the reflection spectrum intensity on the number of times of growth depending on whether the cooling gas used for growing the InGaN active layer 34 is made of nitrogen gas or hydrogen gas. Absent. That is, regardless of which gas is used, the reflection spectrum can be measured until the LED is grown 20 times. When growing the InGaN active layer 34, if nitrogen gas is used as the cooling gas, the cooling effect is lower than that when hydrogen gas is used as described above, but the growth temperature of the InGaN active layer 34 is 750 ° C. Since the temperature is lower than the growth temperature of GaN or the like, a sufficient effect can be obtained even when nitrogen gas is used as a cooling gas when the InGaN active layer 34 is grown.

なお、反射スペクトルの測定可能な回数が、図9に示すように20回であって、図6にて示した場合に比較して低下しているのは、図6に示した場合は、GaN層32まで成長させた半導体を測定対象としており、図9に示した場合は、GaN層32の上に更なる膜が堆積されてなる膜厚が厚いLEDよりなる半導体を測定対象としているからであることは言うまでもない。   The number of reflection spectra that can be measured is 20 as shown in FIG. 9, which is lower than that shown in FIG. 6. In the case shown in FIG. The measurement target is a semiconductor grown up to the layer 32, and in the case shown in FIG. 9, the measurement target is a semiconductor made of a thick LED in which a further film is deposited on the GaN layer 32. Needless to say.

本実施形態では、InGaN活性層34の成長の際に、冷却ガスとして窒素ガスを用いているが、窒素ガス以外のガスであっても、水素ガスを含まず且つInGaN活性層34の成長に悪影響を与えないガスであればどんなガスを用いてもよく、例えば窒素ガスに替えてヘリウム、アルゴン、キセノン、又はクリプトンなどの希ガスを用いることもできる。また、メタン、エチレン、アセチレン、又はブタンなどの炭化水素よりなるガスを用いることもできる。但し、窒素ガスとして炭化水素ガスを用いる場合には、炭素数はおよそ6以下であれば良い。なぜなら、炭素数がおよそ6を超える場合には、ガスとして十分な蒸気圧が得られないばかりか、基板1Aを加熱する熱によって炭化水素が分解されて水素を発生することがあって好ましくないからである。また、冷却ガスとしてアンモニアを用いることもできる。なぜなら、アンモニアは原料ガスであるので、チャンバー10内にアンモニアが導入されても悪影響が生じないからである。また、冷却ガスとして、前述した使用可能なガスが混合されてなるガスを用いることもできる。   In this embodiment, nitrogen gas is used as a cooling gas during the growth of the InGaN active layer 34, but a gas other than nitrogen gas does not contain hydrogen gas and adversely affects the growth of the InGaN active layer 34. Any gas may be used as long as the gas does not give any oxygen. For example, a rare gas such as helium, argon, xenon, or krypton can be used instead of nitrogen gas. A gas composed of hydrocarbon such as methane, ethylene, acetylene, or butane can also be used. However, when a hydrocarbon gas is used as the nitrogen gas, the carbon number may be about 6 or less. This is because when the number of carbons exceeds about 6, not only a sufficient vapor pressure as a gas cannot be obtained, but also hydrocarbons are decomposed by the heat for heating the substrate 1A to generate hydrogen, which is not preferable. It is. Ammonia can also be used as the cooling gas. This is because ammonia is a raw material gas, so that no adverse effect occurs even if ammonia is introduced into the chamber 10. In addition, a gas obtained by mixing the above-described usable gas can be used as the cooling gas.

なお、InGaN活性層34の成長に悪影響を与えない前述したガスは、GaN、AlN、AlGaN、又はInNなどの他のIII 族窒化物半導体を成長させる際に用いても悪影響がないので、これらの層を形成する際において、前述したガスを冷却ガスとして用いることができることは言うまでもない。   The above-mentioned gases that do not adversely affect the growth of the InGaN active layer 34 have no adverse effects when used in growing other Group III nitride semiconductors such as GaN, AlN, AlGaN, or InN. Needless to say, the gas described above can be used as the cooling gas in forming the layer.

なお、図8を参照しながら議論したように、冷却ガスフロー3dとIII 族ガスフロー3b及びV 族ガスフロー3aとの相互間においてガスのリークが完全に防止できるように、フローチャンネル12を組み立てることはほとんど不可能である。したがって、実際には、多くて1%以下、より現実的には100ppm以下の濃度で、冷却ガスフロー3dとIII 族ガスフロー3b及びV 族ガスフロー3aとの相互間において、ガスの相互拡散が生じる。GaN、AlGaN、又はAlNなどのInを組成として含まないIII 族窒化物半導体層を成長させる場合には、1%以下の濃度で冷却ガスが混入されても、冷却ガスの種類が水素ガスであるか否かにかかわらず、基板1A上における成長に対してほとんど影響はない。このため、冷却ガスを流す冷却ガスフローチャンネル12cをプロセスガスフローチャンネル12bと可能な限り分離させた構造を実現する場合には、基板1A上における拡散されてきた冷却ガスの濃度が1%以下となるような構造を作製することが好ましい。   As discussed with reference to FIG. 8, the flow channel 12 is assembled so that gas leakage can be completely prevented between the cooling gas flow 3d, the group III gas flow 3b, and the group V gas flow 3a. It is almost impossible. Therefore, in actuality, there is a mutual gas diffusion between the cooling gas flow 3d, the group III gas flow 3b, and the group V gas flow 3a at a concentration of 1% or less, more practically 100 ppm or less. Arise. When a group III nitride semiconductor layer not containing In, such as GaN, AlGaN, or AlN, is grown, the type of cooling gas is hydrogen gas even if the cooling gas is mixed at a concentration of 1% or less. Regardless of whether or not it has little influence on the growth on the substrate 1A. For this reason, when realizing a structure in which the cooling gas flow channel 12c for flowing the cooling gas is separated from the process gas flow channel 12b as much as possible, the concentration of the cooling gas diffused on the substrate 1A is 1% or less. It is preferable to make such a structure.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置及び半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
The MOCVD apparatus and semiconductor manufacturing method according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図10は、本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置の構成を示す概略断面図である。なお、図10において、本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置を構成する部分のうち、前述した図1に示した本発明の第1の実施形態に係るMOCVD装置を構成する部分と対応する部分には共通する符号を付しており、その説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置が、本発明の第1の実施形態に係るMOCVD装置と異なる点を中心に説明する。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 10, among the parts constituting the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention, it corresponds to the part constituting the MOCVD apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The same reference numerals are assigned to the parts to be described, and the description thereof will not be repeated. Therefore, hereinafter, the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the MOCVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図10に示した本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置と、図1に示した本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置とが相違する点は、ガス導入管11の構成である。すなわち、図10に示したガス導入管11は、V 族ガス導入口2a、III 族ガス導入口2b及び冷却ガス導入口2dに加え、III 族ガス導入口2bと冷却ガス導入口2dとの間に押圧ガス導入口2cが設けられている。このように、サセプタ15に近い側から順に、V 族ガス導入口2a、III 族ガス導入口2b、押圧ガス導入口2cが設置されていることにより、基板1A上にアンモニアを効果的に供給することができる。なお、図1に示したMOCVD装置との互換性を容易にするため、つまり、図1及び図2に示したフローチャンネル12をそのまま利用できるようにするため、図10に示したガス導入管11は、ガス導入管11の全体の高さ及び冷却ガス導入口2dの高さは同じとして、V 族ガス導入口2a、III 族ガス導入口2b及び押圧ガス導入口2cのそれぞれの高さを小さくする構成を有している。   The MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 10 is different from the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. is there. That is, the gas introduction pipe 11 shown in FIG. 10 is provided between the group III gas introduction port 2b and the cooling gas introduction port 2d in addition to the group V gas introduction port 2a, the group III gas introduction port 2b, and the cooling gas introduction port 2d. Is provided with a pressure gas inlet 2c. As described above, the group V gas inlet 2a, the group III gas inlet 2b, and the pressure gas inlet 2c are installed in this order from the side closer to the susceptor 15, so that ammonia is effectively supplied onto the substrate 1A. be able to. In order to facilitate compatibility with the MOCVD apparatus shown in FIG. 1, that is, in order to allow the flow channel 12 shown in FIGS. 1 and 2 to be used as it is, the gas introduction pipe 11 shown in FIG. The overall height of the gas introduction pipe 11 and the height of the cooling gas introduction port 2d are the same, and the heights of the V group gas introduction port 2a, the III group gas introduction port 2b, and the pressing gas introduction port 2c are reduced. It has the composition to do.

図10に示した本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置によると、押圧ガス導入口2cから導入される押圧ガスよりなる押圧ガスフロー3cによって、III 族ガスフロー3b及びV 族ガスフロー3aは、プロセスガスフローチャンネル12b内における基板1A近傍付近を流れるので、押圧ガスフロー3cがない場合に比べて、基板1A上における原料ガスの濃度を実効的に高くすることができる。このため、原料ガスの利用効率を増大させることができる。   According to the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 10, the group III gas flow 3b and the group V gas flow 3a are generated by the pressing gas flow 3c made of the pressing gas introduced from the pressing gas inlet 2c. Since the gas flows in the vicinity of the substrate 1A in the process gas flow channel 12b, the concentration of the source gas on the substrate 1A can be effectively increased as compared with the case where there is no pressing gas flow 3c. For this reason, the utilization efficiency of source gas can be increased.

以下に、本発明の第3の実施形態に係る図10に示したMOCVD装置を用いた半導体の製造方法について、本発明の第1の実施形態に係る図1に示したMOCVD装置を用いた半導体の製造方法と比較しながら説明する。なお、いずれの製造方法の場合についても、前述の図7に示したLED構造を有する半導体を連続成長させる場合について説明するが、図1に示したMOCVD装置を用いたLED構造を有する半導体の成長方法は、本発明の第2の実施形態で説明した通りである。   Hereinafter, a semiconductor manufacturing method using the MOCVD apparatus shown in FIG. 10 according to the third embodiment of the present invention will be described. A semiconductor using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. This will be described in comparison with the manufacturing method. In any of the manufacturing methods, the case where the semiconductor having the LED structure shown in FIG. 7 is continuously grown will be described. The growth of the semiconductor having the LED structure using the MOCVD apparatus shown in FIG. The method is as described in the second embodiment of the present invention.

したがって、以下に、本発明の第3の実施形態に係る図10に示したMOCVD装置を用いた半導体の製造方法について説明する。   Therefore, a semiconductor manufacturing method using the MOCVD apparatus shown in FIG. 10 according to the third embodiment of the present invention will be described below.

まず、基板1Aをサセプタ15上に設置した後、サーマルクリーニング工程を実施する。本発明の第1の実施形態とほぼ同じ条件を再現する目的で、全流量は同じ毎分60Lとする。具体的には、押圧ガス導入口2cから窒素ガスを毎分20Lの流量、V 族ガス導入口2aから水素ガスを毎分20Lの流量、III 族ガス導入口2bから水素ガスを毎分20Lの流量、冷却ガス導入口2dから水素ガスを毎分20Lの流量にてガス導入管11内に導入しながら、サセプタ15の温度を1000℃とする。   First, after the substrate 1A is placed on the susceptor 15, a thermal cleaning process is performed. In order to reproduce substantially the same conditions as in the first embodiment of the present invention, the total flow rate is set to 60 L / min. Specifically, nitrogen gas is supplied from the pressure gas inlet 2c at a flow rate of 20 L / min, hydrogen gas is supplied from the group V gas inlet 2a at a flow rate of 20 L / min, and hydrogen gas is supplied from the group III gas inlet 2b at a rate of 20 L / min. The temperature of the susceptor 15 is set to 1000 ° C. while introducing hydrogen gas into the gas introduction pipe 11 at a flow rate of 20 L / min from the cooling gas inlet 2d.

次に、各導入口2a〜2d内に導入される各ガスの流量はそのまま維持して、サセプタ15の温度を500℃に設定して、基板1A上に低温GaNバッファ層31の成長を行なう。サセプタ15の温度が安定したところで、III 族ガス導入口2bから導入される水素ガスのうち毎分15Lの流量分をアンモニアに切り替えてアンモニアを導入する。さらに、ガスのフローが安定したところで、V 族ガス導入口2aから導入される水素ガスにトリメチルガリウム(TMG)を輸送させて、TMGをIII 族ガスフロー3bに導入する。前述したように、押圧ガスフロー3cによってガスの利用効率が増加するので、図10に示したMOCVD装置を用いた本実施形態によると、図1に示すMOCVD装置を用いた場合のアンモニアの流量(毎分20L)よりも少ないアンモニアの流量(毎分15L)であっても、特性がほぼ同じ膜を成長させることができる。   Next, the flow rate of each gas introduced into each inlet 2a-2d is maintained as it is, the temperature of the susceptor 15 is set to 500 ° C., and the low-temperature GaN buffer layer 31 is grown on the substrate 1A. When the temperature of the susceptor 15 is stabilized, ammonia is introduced by switching the flow rate of 15 L / min to ammonia in the hydrogen gas introduced from the group III gas inlet 2b. Further, when the gas flow is stabilized, trimethylgallium (TMG) is transported to the hydrogen gas introduced from the group V gas inlet 2a to introduce TMG into the group III gas flow 3b. As described above, since the gas use efficiency is increased by the pressure gas flow 3c, according to the present embodiment using the MOCVD apparatus shown in FIG. 10, the flow rate of ammonia when using the MOCVD apparatus shown in FIG. Even with an ammonia flow rate (15 L / min) less than 20 L / min, a film having substantially the same characteristics can be grown.

次に、低温GaNバッファ層31を20nm成長させたところで、V 族ガス導入口2aに導入されるTMGの供給を停止すると共に、各ガスフロー3a〜3dの流量はそのままの状態でアンモニア及び水素ガスのみを引き続き供給して、サセプタ15の温度を1000℃まで上昇させる。サセプタ15の温度が1000℃で安定したところで、V 族ガス導入口2aにTMGを再び導入してGaN層32を2μm成長させる。   Next, when the low-temperature GaN buffer layer 31 is grown to 20 nm, the supply of TMG introduced into the group V gas inlet 2a is stopped, and ammonia and hydrogen gas are kept in the state where the flow rates of the gas flows 3a to 3d are kept as they are. Only, and the temperature of the susceptor 15 is raised to 1000 ° C. When the temperature of the susceptor 15 is stabilized at 1000 ° C., TMG is again introduced into the group V gas inlet 2a to grow the GaN layer 32 by 2 μm.

引き続き、各ガスフロー3a〜3dの流量はそのまま維持して、第2の実施形態でも説明したように、モノシランガスなどのドーピングガスをプロセスガスフローチャンネル12b内に導入することにより、1000℃でn型GaNコンタクト層33を2μm成長させる。   Subsequently, the flow rates of the gas flows 3a to 3d are maintained as they are, and as described in the second embodiment, a doping gas such as monosilane gas is introduced into the process gas flow channel 12b, so that the n-type at 1000 ° C. A GaN contact layer 33 is grown by 2 μm.

次に、V 族ガス導入口2aに導入されるTMGの供給を停止すると共にアンモニアは供給させたままの状態で、サセプタ15の温度を750℃まで低下させる。サセプタ15の温度が安定したところで、ガス導入管11内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー3aには毎分5Lの流量の窒素ガス及び毎分15Lの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー3bには毎分20Lの流量の窒素ガスを流す。押圧ガスフロー3cには毎分20Lの流量の窒素ガスを流す。冷却ガスフロー3dには毎分20Lの窒素ガスを流す。この状態を所定時間保持した後、TMG及びトリメチルインジウム(TMI)をIII 族ガスフロー3bに混ぜて導入することにより、InGaN活性層34を成長させる。   Next, the temperature of the susceptor 15 is lowered to 750 ° C. while the supply of TMG introduced into the group V gas inlet 2a is stopped and ammonia is still supplied. When the temperature of the susceptor 15 is stabilized, all hydrogen gas introduced into the gas introduction pipe 11 is switched to nitrogen gas. That is, a mixed gas composed of nitrogen gas at a flow rate of 5 L / min and ammonia at a flow rate of 15 L / min is supplied to the group V gas flow 3a. A nitrogen gas having a flow rate of 20 L / min is supplied to the group III gas flow 3b. Nitrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the pressing gas flow 3c. The cooling gas flow 3d is supplied with 20 L of nitrogen gas per minute. After maintaining this state for a predetermined time, the InGaN active layer 34 is grown by introducing TMG and trimethylindium (TMI) mixed with the group III gas flow 3b.

次に、InGaN活性層34を5nm成長させたところで、ガス導入管11内に導入されるすべての窒素ガスを再び水素ガスに切り替えると共に、サセプタ15の温度を1000℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー3aには毎分5Lの流量の水素ガス及び毎分15Lの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー3bには毎分20Lの流量の水素ガスを流す。押圧ガスフロー3cには毎分20Lの流量の水素ガスを流す。冷却ガスフロー3dには毎分20Lの流量の水素ガスを流す。   Next, when the InGaN active layer 34 is grown to 5 nm, all the nitrogen gas introduced into the gas introduction tube 11 is switched again to hydrogen gas, and the temperature of the susceptor 15 is raised to 1000 ° C. That is, a mixed gas composed of hydrogen gas at a flow rate of 5 L / min and ammonia at a flow rate of 15 L / min is supplied to the group V gas flow 3a. Hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the group III gas flow 3b. Hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the pressing gas flow 3c. Hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the cooling gas flow 3d.

次に、サセプタ15の温度とガスのフローとが安定したところで、TMGとシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)などのドーピングガスとをプロセスガスフローチャンネル12b内に導入して、p型GaNコンタクト層35を0.2μm成長させる。 Next, when the temperature of the susceptor 15 and the gas flow are stabilized, TMG and a doping gas such as cyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) are introduced into the process gas flow channel 12b to form a p-type GaN contact. Layer 35 is grown to 0.2 μm.

次に、p型GaNコンタクト層35の成長を終えたところで有機金属の供給を停止して、ヒータ16を切ってサセプタ15の温度を下げる。サセプタ15の温度が500℃になったところで、V 族ガスフロー3aに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ15の温度を室温付近まで下げた後、基板1Aを取り出す。   Next, when the growth of the p-type GaN contact layer 35 is finished, the supply of the organic metal is stopped, the heater 16 is turned off, and the temperature of the susceptor 15 is lowered. When the temperature of the susceptor 15 reaches 500 ° C., the ammonia introduced into the group V gas flow 3a is switched to hydrogen gas, and the supply of ammonia is also stopped. Further, after the temperature of the susceptor 15 is lowered to near room temperature, the substrate 1A is taken out.

以上の一連の工程が1回の成長であって、この1回の成長を繰り返す。   The series of steps described above is a single growth, and this single growth is repeated.

図11は、反射スペクトル強度の成長回数依存性を示しており、具体的には、本発明の第2の実施の形態に係る半導体の製造方法による測定結果と本発明の第3の実施形態に係る半導体の製造方法による測定結果との比較を示している。   FIG. 11 shows the growth frequency dependence of the reflection spectrum intensity. Specifically, the measurement result by the semiconductor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention and the third embodiment of the present invention are shown. The comparison with the measurement result by the manufacturing method of the semiconductor which concerns is shown.

本発明の第2の実施形態に係る図1に示したMOCVD装置を用いたLED構造を有する半導体の製造方法では、冷却ガスフロー3dの効果によって、およそ20回の成長までは反射スペクトルの測定が可能であった。これに対して、本発明の第3の実施形態に係る図10に示したMOCVD装置を用いたLED構造を有する半導体の製造方法では、冷却ガスフロー3dの効果に加えて押圧ガスフロー3cの効果によって、およそ40回の成長までは反射スペクトルの測定が可能となるので、本発明の第1の実施形態における図1に示したMOCVD装置を用いる場合に比べて、さらにメンテナンスの周期を伸ばすことができる。   In the method of manufacturing a semiconductor having an LED structure using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention, the reflection spectrum is measured until approximately 20 times of growth due to the effect of the cooling gas flow 3d. It was possible. In contrast, in the method of manufacturing a semiconductor having an LED structure using the MOCVD apparatus shown in FIG. 10 according to the third embodiment of the present invention, the effect of the pressure gas flow 3c in addition to the effect of the cooling gas flow 3d. Thus, the reflection spectrum can be measured up to about 40 times of growth, so that the maintenance cycle can be further extended as compared with the case of using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 in the first embodiment of the present invention. it can.

以上のように、本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置によると、押圧ガス導入口2cを設けて、V 族ガスフロー3a及びIII 族ガスフロー3bの上に押圧ガスフロー3cが流れることにより、メンテナンスの周期をより伸ばすことができる。これにより、メンテナンスに要するコストをより削減できるので、設備の稼働率を一層向上させることができる。さらには、アンモニア及びTMGなどの原料ガスの利用効率を増加させることができる。   As described above, according to the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention, the pressure gas introduction port 2c is provided, and the pressure gas flow 3c flows over the group V gas flow 3a and the group III gas flow 3b. Thus, the maintenance cycle can be further extended. Thereby, since the cost which a maintenance requires can be reduced more, the operation rate of an installation can be improved further. Furthermore, the utilization efficiency of source gases such as ammonia and TMG can be increased.

なお、押圧ガス導入口2cに導入する押圧ガスとしては、III 族窒化物半導体の成長に悪影響を与えないガスであればどんなガスであってもよく、例えば窒素ガスに替えてヘリウム、アルゴン、キセノン、又はクリプトンなどの希ガスを用いることができる。その他、メタン、エチレン、アセチレン又はブタンなどの炭化水素のガスを用いることもできる。但し、炭化水素ガスを用いる場合には、炭素数がおよそ6以下が良い。なぜなら、炭素数がおよそ6を超えると、ガスとして十分な蒸気圧が得られないので好ましくないからである。また、AlGaN又はGaNを成長させる場合には、押圧ガスとして水素ガスを用いることができるが、InGaNを成長させる場合には、押圧ガスとして水素ガスを用いることが好ましくないのは、第2の実施形態で説明した理由と同様である。また、前述したガスの混合ガスを押圧ガスとして用いることもできるが、InGaNを成長させる場合には水素ガスが混合されたガスを用いることが好ましくない点は同様である。   The pressure gas introduced into the pressure gas inlet 2c may be any gas as long as it does not adversely affect the growth of the group III nitride semiconductor, for example, helium, argon, xenon instead of nitrogen gas. Alternatively, a rare gas such as krypton can be used. In addition, hydrocarbon gas such as methane, ethylene, acetylene, or butane can be used. However, when hydrocarbon gas is used, the carbon number is preferably about 6 or less. This is because if the number of carbon atoms exceeds about 6, it is not preferable because a sufficient vapor pressure as a gas cannot be obtained. Further, when AlGaN or GaN is grown, hydrogen gas can be used as the pressing gas. However, when InGaN is grown, it is not preferable to use hydrogen gas as the pressing gas in the second embodiment. The reason is the same as described in the form. Moreover, although the mixed gas of the gas mentioned above can also be used as a press gas, when growing InGaN, it is the same point that it is not preferable to use the gas mixed with hydrogen gas.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置及び半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, an MOCVD apparatus and a semiconductor manufacturing method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図12は、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置の構成を示す概略断面図である。なお、図12において、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置を構成する部分のうち、前述した図10に示した本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置を構成する部分と対応する部分には共通する符号を付しており、その説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置が、本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置と異なる点を中心に説明する。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 12, among the parts constituting the MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, it corresponds to the part constituting the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. The same reference numerals are assigned to the parts to be described, and the description thereof will not be repeated. Therefore, hereinafter, the MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention.

図12に示した本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置と、図10に示した本発明の第3の実施形態に係るMOCVD装置とが相違する点は、抵抗線よりなるヒータ16の構成である。また、本実施形態ではヒータ16の構成に特徴があるので、本実施形態の効果を確認する目的で、図10に示した膜厚測定装置18に替えて温度分布測定装置21を設けており、温度分布測定装置21は、サセプタ15などから放出される赤外線を解析して、温度分布を画像として表示することができる装置である。   The MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 12 is different from the MOCVD apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. It is a configuration. In addition, since the configuration of the heater 16 is characterized in the present embodiment, a temperature distribution measuring device 21 is provided instead of the film thickness measuring device 18 shown in FIG. 10 for the purpose of confirming the effect of the present embodiment. The temperature distribution measuring device 21 is a device that can analyze infrared rays emitted from the susceptor 15 and display the temperature distribution as an image.

図12に示したMOCVD装置を構成するヒータ16は、同心円状の内周ヒータ16aと外周ヒータ16bとに分割された構成を有しており、内周ヒータ16a及び外周ヒータ16bはそれぞれ独立に投入電流を操作することが可能である。   The heater 16 constituting the MOCVD apparatus shown in FIG. 12 has a configuration in which it is divided into concentric inner and outer heaters 16a and 16b, and the inner and outer heaters 16a and 16b are respectively turned on independently. It is possible to manipulate the current.

まず、以下では、冷却ガスに用いるガスの種類によって、サセプタ15の温度分布がどのように変化するかについて実験した結果について説明する。   First, in the following, a description will be given of the results of an experiment on how the temperature distribution of the susceptor 15 changes depending on the type of gas used for the cooling gas.

図13は、冷却ガスフロー3dとして窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを流す場合において、窒素ガスと水素ガスとの混合割合を変化させたときにおけるサセプタ15の温度分布を示している。   FIG. 13 shows the temperature distribution of the susceptor 15 when the mixture ratio of nitrogen gas and hydrogen gas is changed in the case of flowing a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas as the cooling gas flow 3d.

ここで、サセプタ15は加熱時において回転しているので、同心円状の温度分布を示す。このため、サセプタ15の中央部を0mmとして、ある半径位置の外側方向に向かって温度分布をプロットしている。このとき、押圧ガスフロー3cには毎分20Lの流量で窒素ガスを流し、III 族ガスフロー3bには毎分20Lの流量にて水素ガスを流し、V 族ガスフロー3aには毎分5Lの流量の水素ガス及び毎分15Lの流量のアンモニアを流すように設定すると共に、サセプタ15の設定温度、すなわち熱電対がある位置の温度を1000℃に設定している。内周ヒータ16aの電流と外周ヒータ16bの電流とは同じとしている。つまり、外周電流/内周電流を内外周電流比と定義した場合、内外周電流比は100%である。なお、ヒータ16の制御は電流制御で行なっているので、内外周電流比で内周ヒータ16aと外周ヒータ16bとに対する加熱量を調整しているが、温度の増減は、電流よりも電力の方が効いている。   Here, since the susceptor 15 rotates during heating, it exhibits a concentric temperature distribution. For this reason, the temperature distribution is plotted toward the outer side of a certain radial position with the central portion of the susceptor 15 being 0 mm. At this time, nitrogen gas is flowed through the pressure gas flow 3c at a flow rate of 20 L / min, hydrogen gas is flowed through the group III gas flow 3b at a flow rate of 20 L / min, and the group V gas flow 3a is flowed at 5 L / min. The hydrogen gas at a flow rate and the ammonia at a flow rate of 15 L / min are set to flow, and the set temperature of the susceptor 15, that is, the temperature at the position where the thermocouple is located is set to 1000 ° C. The current of the inner heater 16a and the current of the outer heater 16b are the same. That is, when the outer peripheral current / inner peripheral current is defined as the inner / outer peripheral current ratio, the inner / outer peripheral current ratio is 100%. Since the heater 16 is controlled by current control, the heating amount for the inner and outer heaters 16a and 16b is adjusted based on the inner / outer current ratio. Is working.

図13から明らかなように、サセプタ15の中央部、すなわち熱電対がある位置の近くでは、冷却ガスフロー3dを構成するガスの混合割合にほとんど依存することなく、サセプタ15の温度はほぼ1000℃に保たれている。しかしながら、サセプタ15の周辺部では、冷却ガスフロー3dの水素ガスの割合が多くなるほど冷却されて、サセプタ15の温度が低下する一方、冷却ガスフロー3dの窒素ガスの割合が多くなるほど加熱されて、サセプタ15の温度は上昇することが分かる。   As is apparent from FIG. 13, in the central portion of the susceptor 15, that is, near the position where the thermocouple is located, the temperature of the susceptor 15 is approximately 1000 ° C. with little dependence on the mixing ratio of the gas constituting the cooling gas flow 3 d. It is kept in. However, the periphery of the susceptor 15 is cooled as the proportion of the hydrogen gas in the cooling gas flow 3d increases, and the temperature of the susceptor 15 decreases, while the temperature in the susceptor 15 decreases as the proportion of nitrogen gas in the cooling gas flow 3d increases. It can be seen that the temperature of the susceptor 15 increases.

図14は、冷却ガスフロー3dとして流量が毎分20Lの水素ガスを流すと共に他の条件は図13の場合と同様に設定し、内外周電流比を変化させたときにおけるサセプタ15の温度分布を示している。図14から明らかなように、内外周電流比が105%である場合に、サセプタ15の温度分布がほぼ均一になることが分かった。   FIG. 14 shows the temperature distribution of the susceptor 15 when the hydrogen gas having a flow rate of 20 L / min is passed as the cooling gas flow 3d and the other conditions are set in the same manner as in FIG. Show. As is apparent from FIG. 14, it was found that the temperature distribution of the susceptor 15 becomes substantially uniform when the inner / outer current ratio is 105%.

図15は、冷却ガスフロー3dとして流量が毎分20Lの窒素ガスに設定すると共に他の条件は図13の場合と同様に設定し、内外周電流比を変化させたときのサセプタ15の温度分布を示している。図15から明らかなように、内外周電流比が95%である場合に、サセプタ15の温度分布がほぼ均一になることが分かった。   FIG. 15 shows the temperature distribution of the susceptor 15 when the cooling gas flow 3d is set to nitrogen gas with a flow rate of 20 L / min and other conditions are set in the same manner as in FIG. Is shown. As is apparent from FIG. 15, it was found that the temperature distribution of the susceptor 15 becomes substantially uniform when the inner / outer current ratio is 95%.

以上に示したように、同じヒータを用いると共に同じ加熱条件で加熱する場合に、冷却ガスフロー3dを構成するガスの種類を変更すると、サセプタ15の温度分布が変化してしまう。したがって、このとき、ヒータが単一の構成よりなる場合には、均一な温度分布が得られるように、成長条件に応じてヒータの巻き方又は太さを工夫したヒータに取り替える必要があった。   As described above, when the same heater is used and heating is performed under the same heating conditions, the temperature distribution of the susceptor 15 changes if the type of gas constituting the cooling gas flow 3d is changed. Therefore, at this time, when the heater has a single configuration, it has been necessary to replace the heater with a devised heater or thickness depending on the growth conditions so as to obtain a uniform temperature distribution.

以上の実験結果に基づいて、本発明の第4の実施形態では、少なくとも2分割以上に分割したヒータ16を用いると共にヒータ間の電流比を適切に設定することにより、冷却ガスフロー3dがどのような種類のガスよりなる場合であっても均一な温度分布が得られることを実現するものである。そこで、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置におけるヒータ16として、内周ヒータ16a及び外周ヒータ16bよりなる2分割されたヒータ16を一例として用いている。   Based on the above experimental results, in the fourth embodiment of the present invention, by using the heater 16 divided into at least two or more and setting the current ratio between the heaters appropriately, how the cooling gas flow 3d is changed. Even if it consists of various types of gases, it is possible to obtain a uniform temperature distribution. Therefore, as the heater 16 in the MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the heater 16 divided into two parts including the inner peripheral heater 16a and the outer peripheral heater 16b is used as an example.

また、以下に、プロセスガスに用いるガスの種類によって、サセプタ15の温度分布がどのように変化するかについて実験した結果について説明する。   In the following, the results of experiments on how the temperature distribution of the susceptor 15 changes depending on the type of gas used for the process gas will be described.

図16は、III 族ガスフロー3bに水素及び窒素よりなる混合ガスを流す場合について、水素と窒素との割合を変化させたときにおけるサセプタ15の温度分布を示している。このとき、冷却ガスフロー3dに毎分20Lの流量の水素ガスを流し、押圧ガスフロー3cに毎分20Lの流量の窒素ガスを流し、V 族ガスフロー3aに毎分5Lの流量の水素ガス及び毎分15Lの流量のアンモニアを流すと共に、サセプタ15の設定温度、すなわち熱電対の位置での温度を1000℃に設定している。また、内外周電流比を100%としている。   FIG. 16 shows the temperature distribution of the susceptor 15 when the ratio of hydrogen and nitrogen is changed in the case of flowing a mixed gas composed of hydrogen and nitrogen through the group III gas flow 3b. At this time, hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is flowed through the cooling gas flow 3d, nitrogen gas at a flow rate of 20L / min is flowed through the pressing gas flow 3c, and hydrogen gas at a flow rate of 5L / min is flowed through the V group gas flow 3a. While flowing ammonia at a flow rate of 15 L / min, the set temperature of the susceptor 15, that is, the temperature at the position of the thermocouple is set to 1000 ° C. The inner / outer current ratio is 100%.

図16から明らかなように、III 族ガスフロー3bにおける窒素の割合を増加させると、サセプタ15の周辺部の温度が上昇することが確認された。   As is clear from FIG. 16, it was confirmed that the temperature in the periphery of the susceptor 15 increased when the proportion of nitrogen in the group III gas flow 3b was increased.

図17は、III 族ガスフロー3bに毎分20Lの窒素ガスを流した場合について、内外周電流比を変化させたときにおけるサセプタ15の温度分布の変化を示している。   FIG. 17 shows changes in the temperature distribution of the susceptor 15 when the inner / outer current ratio is changed in the case where nitrogen gas of 20 L / min is passed through the group III gas flow 3b.

図17から明らかなように、内外周電流比が90%であると、サセプタ15の温度はほぼ均一になることが分かった。   As is apparent from FIG. 17, it was found that the temperature of the susceptor 15 becomes substantially uniform when the inner / outer current ratio is 90%.

以上の実験結果から分かるように、冷却ガスに用いるガスの種類だけではなく、プロセスガスの種類を変更する場合においても、サセプタ15の温度分布が変化することが明らかである。このため、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置では、内周ヒータ16a及び外周ヒータ16bよりなる分割された構造を有するヒータ16を用いることにより、任意に選択された冷却ガス及びプロセスガスの種類に応じてサセプタ15の温度を均一に保つことができる。このため、基板1A上に成長させる各窒化物半導体の成長条件毎にヒータ16の巻き方又は太さ等を変更する必要がない。   As can be seen from the above experimental results, it is apparent that the temperature distribution of the susceptor 15 changes not only when the type of gas used for the cooling gas but also when the type of process gas is changed. For this reason, in the MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, an arbitrarily selected cooling gas and process gas are used by using the heater 16 having a divided structure composed of the inner peripheral heater 16a and the outer peripheral heater 16b. Depending on the type, the temperature of the susceptor 15 can be kept uniform. For this reason, it is not necessary to change the winding method or thickness of the heater 16 for each growth condition of each nitride semiconductor grown on the substrate 1A.

以下に、以上の実験結果に基づいて、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置を用いたLED構造の半導体を製造する方法について説明する。   Hereinafter, based on the above experimental results, a method of manufacturing a semiconductor having an LED structure using the MOCVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

図18は、本発明の第4の実施形態に係る半導体層の製造方法によって製造されるLED構造の半導体層を示している。つまり、図18に示すように、サファイアよりなる基板1Aの上には、低温GaNバッファ層31及びGaN層32が下から順に成長されており、引き続き、n型GaNコンタクト層33、InGaN活性層34が下から順に成長している。さらに、InGaN活性層34の直上には、組成比15%、厚さ10nmのAlGaNよりなる電子障壁層36が成長している。該電子障壁層36の上には、p型GaNコンタクト層35が成長している。図18に示したLED構造は、AlGaNよりなる電子障壁層36を設けることで、LEDの効率を増加させることを目的とした構造である。   FIG. 18 shows a semiconductor layer having an LED structure manufactured by the method for manufacturing a semiconductor layer according to the fourth embodiment of the present invention. That is, as shown in FIG. 18, the low-temperature GaN buffer layer 31 and the GaN layer 32 are grown in order from the bottom on the substrate 1A made of sapphire, and subsequently, the n-type GaN contact layer 33 and the InGaN active layer 34 are grown. Are growing from the bottom up. Further, an electron barrier layer 36 made of AlGaN having a composition ratio of 15% and a thickness of 10 nm is grown immediately above the InGaN active layer 34. A p-type GaN contact layer 35 is grown on the electron barrier layer 36. The LED structure shown in FIG. 18 is a structure intended to increase the efficiency of the LED by providing an electron barrier layer 36 made of AlGaN.

以下に、図18に示したLED構造の半導体を成長させる各工程について説明する。なお、前述した図7に示した構造と同様の部分の成長方法は、図7を用いた説明と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。   Below, each process of growing the semiconductor of the LED structure shown in FIG. 18 is demonstrated. Note that the growth method of the same part as the structure shown in FIG. 7 is the same as that described with reference to FIG. 7, and therefore, different points will be mainly described below.

まず、基板1Aをサセプタ15上に設置した後、サーマルクリーニング工程を実施する。本発明の第3の実施形態とほぼ同じ条件を再現する目的で、全流量は同じ毎分60Lとする。具体的には、押圧ガス導入口2cから窒素ガスを毎分20Lの流量、V 族ガス導入口2aから水素ガスを毎分20Lの流量、III 族ガス導入口2bから水素ガスを毎分20Lの流量、冷却ガス導入口2dから水素ガスを毎分20Lの流量にてガス導入管11内に導入しながら、サセプタ15の温度を1000℃とする。また、内外周電流比を105%とする。   First, after the substrate 1A is placed on the susceptor 15, a thermal cleaning process is performed. For the purpose of reproducing substantially the same conditions as in the third embodiment of the present invention, the total flow rate is set to 60 L / min. Specifically, nitrogen gas is supplied from the pressure gas inlet 2c at a flow rate of 20 L / min, hydrogen gas is supplied from the group V gas inlet 2a at a flow rate of 20 L / min, and hydrogen gas is supplied from the group III gas inlet 2b at a rate of 20 L / min. The temperature of the susceptor 15 is set to 1000 ° C. while introducing hydrogen gas into the gas introduction pipe 11 at a flow rate of 20 L / min from the cooling gas inlet 2d. Also, the inner / outer current ratio is set to 105%.

次に各導入口2a〜2d内に導入される各ガスの流量はそのまま維持して、サセプタ15の温度を500℃に設定して、第3の実施形態と同様にして、基板1A上に低温GaNバッファ層31を20nm成長させる。   Next, the flow rate of each gas introduced into each introduction port 2a to 2d is maintained as it is, the temperature of the susceptor 15 is set to 500 ° C., and a low temperature is formed on the substrate 1A as in the third embodiment. A GaN buffer layer 31 is grown to 20 nm.

低温GaNバッファ層31を20nm成長させたところで、V 族ガス導入口2aに導入されるTMGの供給を停止すると共に、各ガスフロー3a〜3dの流量はそのままの状態でアンモニア及び水素ガスのみを引き続き供給して、サセプタ15の温度を1000℃まで上昇させる。サセプタ15の温度が1000℃で安定したところで、V 族ガス導入口2aにTMGを再び導入してGaN層32を2μm成長させる。   When the low-temperature GaN buffer layer 31 is grown to 20 nm, the supply of TMG introduced to the group V gas inlet 2a is stopped, and only the ammonia and hydrogen gas are continued while the flow rates of the gas flows 3a to 3d are kept as they are. Supply the temperature of the susceptor 15 to 1000 ° C. When the temperature of the susceptor 15 is stabilized at 1000 ° C., TMG is again introduced into the group V gas inlet 2a to grow the GaN layer 32 by 2 μm.

引き続き、各ガスフロー3a〜3dの流量はそのまま維持して、第3の実施形態と同様に、モノシランガスなどのドーピングガスをプロセスガスフローチャンネル12b内に導入することにより、1000℃でn型GaNコンタクト層33を2μm成長させる。なお、このとき、押圧ガスフロー3cには窒素ガスが流れている。   Subsequently, while maintaining the flow rates of the gas flows 3a to 3d as they are, a doping gas such as monosilane gas is introduced into the process gas flow channel 12b as in the third embodiment, so that the n-type GaN contact is performed at 1000 ° C. Layer 33 is grown 2 μm. At this time, nitrogen gas flows through the pressing gas flow 3c.

次に、V 族ガス導入口2aに導入されるTMGの供給を停止すると共にアンモニアは供給させたままの状態で、サセプタ15の温度を770℃まで低下させる。このとき、内外周電流比を95%に変更する。   Next, the temperature of the susceptor 15 is lowered to 770 ° C. while the supply of TMG introduced into the group V gas inlet 2a is stopped and ammonia is still supplied. At this time, the inner / outer current ratio is changed to 95%.

サセプタ15の温度が安定したところで、ガス導入管11内に導入される水素ガスをすべて窒素ガスに切り替える。すなわち、V 族ガスフロー3aには毎分5Lの流量の窒素ガス及び毎分15Lの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー3bには毎分20Lの流量の窒素ガスを流す。押圧ガスフロー3cには毎分20Lの流量の窒素ガスを流す。冷却ガスフロー3dには毎分20Lの窒素ガスを流す。この状態を所定時間保持した後、TMG及びトリメチルインジウム(TMI)をIII 族ガスフロー3bに混ぜて導入することにより、InGaN活性層34を成長させる。   When the temperature of the susceptor 15 is stabilized, all hydrogen gas introduced into the gas introduction pipe 11 is switched to nitrogen gas. That is, a mixed gas composed of nitrogen gas at a flow rate of 5 L / min and ammonia at a flow rate of 15 L / min is supplied to the group V gas flow 3a. A nitrogen gas having a flow rate of 20 L / min is supplied to the group III gas flow 3b. Nitrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the pressing gas flow 3c. The cooling gas flow 3d is supplied with 20 L of nitrogen gas per minute. After maintaining this state for a predetermined time, the InGaN active layer 34 is grown by introducing TMG and trimethylindium (TMI) mixed with the group III gas flow 3b.

次に、InGaN活性層34を5nm成長させたところで、ガス導入管11内に導入されるすべての窒素ガスを再び水素ガスに切り替えると共に、サセプタ15の温度を1000℃まで上昇させる。すなわち、V 族ガスフロー3aには毎分5Lの流量の水素ガス及び毎分15Lの流量のアンモニアよりなる混合ガスを流す。III 族ガスフロー3bには毎分20Lの流量の水素ガスを流す。押圧ガスフロー3cには毎分20Lの流量の水素ガスを流す。冷却ガスフロー3dには毎分20Lの流量の水素ガスを流す。   Next, when the InGaN active layer 34 is grown to 5 nm, all the nitrogen gas introduced into the gas introduction tube 11 is switched again to hydrogen gas, and the temperature of the susceptor 15 is raised to 1000 ° C. That is, a mixed gas composed of hydrogen gas at a flow rate of 5 L / min and ammonia at a flow rate of 15 L / min is supplied to the group V gas flow 3a. Hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the group III gas flow 3b. Hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the pressing gas flow 3c. Hydrogen gas at a flow rate of 20 L / min is passed through the cooling gas flow 3d.

次に、サセプタ15の温度とガスのフローとが安定したところで、TMGと共に適切な割合のトリメチルアルミニウム(TMA)を導入することにより、AlGaNよりなる電子障壁層36を10nm成長させる。続いて、TMGとシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)などのドーピングガスとをプロセスガスフローチャンネル12b内に導入して、電子障壁層36の上にp型GaNコンタクト層35を0.2μm成長させる。 Next, when the temperature of the susceptor 15 and the gas flow are stabilized, an appropriate ratio of trimethylaluminum (TMA) is introduced together with TMG to grow an electron barrier layer 36 made of AlGaN by 10 nm. Subsequently, TMG and a doping gas such as cyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) are introduced into the process gas flow channel 12b, and a p-type GaN contact layer 35 is grown on the electron barrier layer 36 by 0.2 μm. Let

次に、p型GaNコンタクト層35の成長を終えたところで有機金属の供給を停止して、ヒータ16を切ってサセプタ15の温度を下げる。サセプタ15の温度が500℃になったところで、V 族ガスフロー3aに導入されるアンモニアを水素ガスに切り替えて、アンモニアの供給も停止する。さらに、サセプタ15の温度を室温付近まで下げた後、基板1Aを取り出す。   Next, when the growth of the p-type GaN contact layer 35 is finished, the supply of the organic metal is stopped, the heater 16 is turned off, and the temperature of the susceptor 15 is lowered. When the temperature of the susceptor 15 reaches 500 ° C., the ammonia introduced into the group V gas flow 3a is switched to hydrogen gas, and the supply of ammonia is also stopped. Further, after the temperature of the susceptor 15 is lowered to near room temperature, the substrate 1A is taken out.

以上の成長工程により、青色LEDウェハが完成する。   A blue LED wafer is completed by the above growth process.

図19は、AlGaNよりなる電子障壁層36におけるAl組成比のウェハ内分布の内外周電流依存性を示しており、具体的には、電子障壁層36を成長させる場合のガスフロー条件は前述した条件と同じとし、内外周電流比を変化させた場合におけるAl組成比(%)とウェハの位置との関係を示している。   FIG. 19 shows the dependence of the Al composition ratio in the wafer on the inner and outer peripheral currents in the electron barrier layer 36 made of AlGaN. Specifically, the gas flow conditions for growing the electron barrier layer 36 are as described above. It shows the relationship between the Al composition ratio (%) and the wafer position when the inner and outer peripheral current ratio is changed under the same conditions.

図19から明らかなように、前述した電子障壁層36の成長条件と同じ条件の内外周電流比が105%である場合には、Al組成比はウェハ内で均一であることが分かる。しかしながら、内外周電流比を変化させると、Al組成比の分布が拡大していることが分かる。この結果は、温度が上昇するとGaが蒸発してAl組成比が増加する一方、温度が低下するとGaの蒸発が抑制されてAl組成比が低下することに対応している。本実施形態に係る半導体の製造方法では、AlGaNよりなる電子障壁層36を成長させる際に内外周電流比を105%としたことにより、ウェハ内で均一なAl組成比を得ることができる。   As can be seen from FIG. 19, when the inner / outer current ratio under the same conditions as the growth conditions of the electron barrier layer 36 is 105%, the Al composition ratio is uniform in the wafer. However, when the inner / outer current ratio is changed, it can be seen that the distribution of the Al composition ratio increases. This result corresponds to the fact that when the temperature increases, Ga evaporates and the Al composition ratio increases, whereas when the temperature decreases, Ga evaporation is suppressed and the Al composition ratio decreases. In the semiconductor manufacturing method according to the present embodiment, when the electron barrier layer 36 made of AlGaN is grown, the inner / outer peripheral current ratio is set to 105%, whereby a uniform Al composition ratio can be obtained in the wafer.

図20は、InGaN活性層34の発光波長のウェハ内分布の内外周電流依存性を示しており、具体的には、InGaN活性層34を成長させる場合のガスフロー条件は前述した条件と同じとし、内外周電流比を変化させた場合におけるPL発光波長(nm)とウェハの位置との関係を示している。   FIG. 20 shows the dependence of the emission wavelength of the InGaN active layer 34 on the inner and outer peripheral currents in the wafer. Specifically, the gas flow conditions for growing the InGaN active layer 34 are the same as those described above. The relationship between the PL emission wavelength (nm) and the position of the wafer when the inner / outer current ratio is changed is shown.

図20から明らかなように、前述したInGaN活性層34の成長条件と同じ条件の内外周電流比が95%である場合には、発光波長はウェハ内で均一であることが分かる。しかしながら、内外周電流比を変化させると、発光波長の分布が拡大していることが分かる。この結果は、温度が上昇するとInの取り込みが減少する一方、温度が低下するとInの取り込みが増加することに対応している。本実施形態に係る半導体の製造方法では、InGaN活性層34を成長させる際に内外周電流比を95%としたことにより、ウェハ内で均一な発光波長分布を得ることができる。   As can be seen from FIG. 20, when the inner / outer current ratio under the same conditions as the growth conditions of the InGaN active layer 34 is 95%, the emission wavelength is uniform within the wafer. However, it can be seen that when the inner / outer current ratio is changed, the distribution of the emission wavelength is expanded. This result corresponds to a decrease in In uptake when the temperature rises, and an increase in In uptake when the temperature decreases. In the semiconductor manufacturing method according to the present embodiment, when the InGaN active layer 34 is grown, the inner / outer current ratio is set to 95%, so that a uniform emission wavelength distribution can be obtained within the wafer.

なお、本実施形態に係る半導体の製造方法では、ヒータ16の内外周電流比を変化させて、InGaN活性層34及び電子障壁層36を成長させることを除けば、前述した本発明の第3の実施形態に係る半導体の製造方法とほとんど同じであるので、メンテナンスの周期は、第3の実施形態の場合と同様のほぼ同じ約40回成長毎となる。   In the semiconductor manufacturing method according to the present embodiment, the third embodiment of the present invention described above is used except that the inner and outer peripheral current ratio of the heater 16 is changed to grow the InGaN active layer 34 and the electron barrier layer 36. Since it is almost the same as the semiconductor manufacturing method according to the embodiment, the maintenance cycle is approximately the same about 40 times as in the case of the third embodiment.

以上のように、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置及び半導体層の製造方法によると、III 族窒化物半導体の成長において、用いるプロセスガス及びその流量などの成長条件が他の半導体の成長条件と大きく異なるAlGaNよりなる電子障壁層とInGaN層とのいずれの成長においても、Al組成の分布がウェハ内で均一な電子障壁層及び発光波長分布がウェハ面内で均一となるInGaN層を成長させることができる。しかも、本発明の第4の実施形態に係るMOCVD装置及び半導体の製造方法では、本発明に係る第1〜第3の実施形態で説明したように、冷却ガスフロー3d及び押圧ガスフロー3cの効果により、前述したような均一な分布を有する半導体を高い稼働率で安定して成長させ続けることができるので、産業利用上非常に有用である。なお、本実施形態では、LED構造を有する半導体層を製造する場合について説明したが、AlGaN及びInGaNの両方を備えた半導体装置、特に、レーザ又はヘテロバイポーラトランジスタなどの半導体装置を製造する場合にも非常に有効であることは言うまでもない。   As described above, according to the MOCVD apparatus and the semiconductor layer manufacturing method of the fourth embodiment of the present invention, the growth conditions such as the process gas used and the flow rate thereof are the same as those of other semiconductors. In any growth of an electron barrier layer and an InGaN layer made of AlGaN, which are greatly different from the growth conditions, an electron barrier layer in which the Al composition distribution is uniform in the wafer and an InGaN layer in which the emission wavelength distribution is uniform in the wafer surface Can be grown. Moreover, in the MOCVD apparatus and the semiconductor manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention, as described in the first to third embodiments of the present invention, the effects of the cooling gas flow 3d and the pressing gas flow 3c. Therefore, the semiconductor having the uniform distribution as described above can be continuously grown stably at a high operation rate, which is very useful for industrial use. In the present embodiment, the case where the semiconductor layer having the LED structure is manufactured has been described. However, the semiconductor device including both AlGaN and InGaN, particularly, a semiconductor device such as a laser or a heterobipolar transistor is manufactured. Needless to say, it is very effective.

本発明に係る有機金属気相成長装置及び半導体層の製造方法は、III 族窒化物半導体を再現性良く成長させる方法を提供すると共に、III 族窒化物半導体を用いた半導体装置を効率よく製造することにとって有用である。   The metalorganic vapor phase epitaxy apparatus and semiconductor layer manufacturing method according to the present invention provide a method for growing a group III nitride semiconductor with good reproducibility and efficiently manufacture a semiconductor device using a group III nitride semiconductor. Useful for that.

本発明の第1の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic view showing a configuration of a metal organic vapor phase growth apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるフローチャンネルの構造を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structure of the flow channel in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるフローチャンネルの構造の変形例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the modification of the structure of the flow channel in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor layer grown by the manufacturing method of the semiconductor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における冷却ガスフローに窒素ガスを流した場合と流さない場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。It is a related figure of the reflection spectrum intensity | strength and the frequency | count of a growth about the case where it does not flow through the case where nitrogen gas is flowed into the cooling gas flow in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。It is a relationship figure of the reflection spectrum intensity | strength and the frequency | count of growth about the case where the cooling gas flow in the 2nd Embodiment of this invention consists of hydrogen gas, and the case where it consists of nitrogen gas. 本発明の第2の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor layer grown with the manufacturing method of the semiconductor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるInGaN活性層の成長時に用いる冷却ガスが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについてのフォトルミネッセンス(PL)強度と波長との関係図である。It is a relationship diagram of photoluminescence (PL) intensity | strength and the wavelength about the case where the cooling gas used at the time of the growth of the InGaN active layer in the 2nd Embodiment of this invention consists of hydrogen gas, and the case where it consists of nitrogen gas. 本発明の第2の実施形態におけるInGaN活性層の成長時に用いる冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合と窒素ガスよりなる場合とについての反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。FIG. 10 is a relationship diagram between the reflection spectrum intensity and the number of times of growth when the cooling gas flow used in the growth of the InGaN active layer in the second embodiment of the present invention is made of hydrogen gas and when made of nitrogen gas. 本発明の第3の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the metal organic vapor phase epitaxy apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における反射スペクトル強度と成長回数との関係図である。It is a relationship figure of the reflection spectrum intensity | strength and the frequency | count of growth in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る有機金属気相成長装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the metal organic vapor phase epitaxy apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態における、冷却ガスフローが窒素ガスと水素ガスとの混合ガスよりなる場合に、その混合割合を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。In the 4th Embodiment of this invention, when the cooling gas flow consists of mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas, it is the relationship figure of the surface temperature of a susceptor when the mixing ratio is changed, and the position of a susceptor. is there. 本発明の第4の実施形態における、冷却ガスフローが水素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。In the 4th Embodiment of this invention, when a cooling gas flow consists of hydrogen gas, it is a related figure of the surface temperature of a susceptor when the inner-outer periphery current ratio is changed, and the position of a susceptor. 本発明の第4の実施形態における、冷却ガスフローが窒素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。In the 4th Embodiment of this invention, when a cooling gas flow consists of nitrogen gas, it is a related figure of the surface temperature of a susceptor when the inner-outer periphery current ratio is changed, and the position of a susceptor. 本発明の第4の実施形態における、III 族ガスフローの水素ガス及び窒素ガスの混合割合を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。It is a related figure between the surface temperature of a susceptor and the position of a susceptor when the mixing ratio of the hydrogen gas and nitrogen gas of a group III gas flow in the 4th Embodiment of this invention is changed. 本発明の第4の実施形態における、III 族ガスフローが窒素ガスよりなる場合に、内外周電流比を変化させたときのサセプタの表面温度とサセプタの位置との関係図である。FIG. 10 is a relationship diagram between the surface temperature of the susceptor and the position of the susceptor when the inner / outer current ratio is changed when the group III gas flow is made of nitrogen gas in the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体の製造方法によって成長させる半導体層の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor layer grown by the manufacturing method of the semiconductor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態におけるAlGaNよりなる電子障壁層のAl組成比とウェハ位置との関係図である。It is a related figure of Al composition ratio of an electron barrier layer which consists of AlGaN in a 4th embodiment of the present invention, and a wafer position. 本発明の第4の実施形態におけるInGaNのPL発光波長とウェハ位置との関係図である。It is a related figure of PL light emission wavelength of InGaN and a wafer position in a 4th embodiment of the present invention. 第1の従来例に係るMOCVD装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the MOCVD apparatus which concerns on a 1st prior art example. 第2の従来例に係るMOCVD装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the MOCVD apparatus which concerns on a 2nd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1A 基板
2a V 族ガス導入口
2b III 族ガス導入口
2c 押圧ガス導入口
2d 冷却ガス導入口
3a V 族ガスフロー
3b III 族ガスフロー
3c 押圧ガスフロー
3d 冷却ガスフロー
10 チャンバー
11 ガス導入管
12 フローチャンネル
12a、12d フローチャンネルベース
12b プロセスガスフローチャンネル
12c 冷却ガスフローチャンネル
12e 遮熱板
13 排気管
14 回転軸
15 サセプタ
16 ヒータ
17 観察窓
18 膜厚測定装置
18a 白色光
19 回転角度検出機構
20 回転信号ケーブル
21 温度分布測定装置
31 低温GaNバッファ層
32 GaN層
33 n型GaNコンタクト層
34 InGaN活性層
35 p型GaNコンタクト層
36 電子障壁層
1A Substrate 2a Group V gas inlet 2b Group III gas inlet 2c Pressed gas inlet 2d Cooling gas inlet 3a Group V gas flow 3b Group III gas flow 3c Pressed gas flow 3d Cooling gas flow 10 Chamber 11 Gas inlet pipe 12 Flow Channel 12a, 12d Flow channel base 12b Process gas flow channel 12c Cooling gas flow channel 12e Heat shield plate 13 Exhaust pipe 14 Rotating shaft 15 Susceptor 16 Heater 17 Observation window 18 Film thickness measuring device 18a White light 19 Rotation angle detection mechanism 20 Rotation signal Cable 21 Temperature distribution measuring device 31 Low-temperature GaN buffer layer 32 GaN layer 33 n-type GaN contact layer 34 InGaN active layer 35 p-type GaN contact layer 36 electron barrier layer

Claims (36)

内部に配置されたサセプタ上に基板を保持するチャンバーと、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられ、前記チャンバー内に冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて前記冷却ガス導入口とは独立して設けられ、前記チャンバー内に原料ガスを導入するプロセスガス導入口と、
前記プロセスガス導入口から連続するように設けられ、前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスを前記基板上に搬送するプロセスガスフローチャンネルとを備え、
前記冷却ガス導入口は、前記冷却ガスが前記プロセスガスフローチャンネルの外壁に当たるような位置に設置されていることを特徴とする有機金属気相成長装置。
A chamber for holding the substrate on a susceptor disposed therein;
A cooling gas introduction port that is provided from the wall portion of the chamber to the inside and introduces a cooling gas into the chamber;
A process gas introduction port that is provided independently from the cooling gas introduction port from the wall portion of the chamber to the inside, and introduces a source gas into the chamber;
A process gas flow channel provided so as to be continuous from the process gas inlet, and transporting the source gas introduced from the process gas inlet onto the substrate;
The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus, wherein the cooling gas inlet is installed at a position where the cooling gas hits an outer wall of the process gas flow channel.
前記プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第1の導入口と、III 族ガスを導入する第2の導入口とを有し、
前記第1の導入口と前記第2の導入口とは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。
The process gas inlet has a first inlet for introducing a group V gas and a second inlet for introducing a group III gas;
2. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the first inlet and the second inlet are separated from each other up to the vicinity of the process gas flow channel.
前記第1の導入口及び前記第2の導入口は、この順で前記サセプタに近い側から設置されていることを特徴とする請求項2に記載の有機金属気相成長装置。   The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 2, wherein the first introduction port and the second introduction port are installed in this order from the side closer to the susceptor. 前記冷却ガス導入口は、前記プロセスガス導入口の上に重なるように設置されていることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。   The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 1, wherein the cooling gas inlet is installed so as to overlap the process gas inlet. 前記冷却ガス導入口から連続するように設けられた冷却ガスフローチャンネルをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。   The organometallic vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising a cooling gas flow channel provided continuously from the cooling gas introduction port. 前記冷却ガスフローチャンネルは、前記プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設置されていることを特徴とする請求項5に記載の有機金属気相成長装置。   The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 5, wherein the cooling gas flow channel is installed to overlap the process gas flow channel. 前記冷却ガスフローチャンネルは、石英よりなることを特徴とする請求項5に記載の有機金属気相成長装置。   6. The metalorganic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 5, wherein the cooling gas flow channel is made of quartz. 前記プロセスガスフローチャンネルは、石英よりなることを特徴とする請求項5に記載の有機金属気相成長装置。   6. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 5, wherein the process gas flow channel is made of quartz. 前記プロセスガス導入口は、V 族ガスを導入する第1の導入口と、III 族ガスを導入する第2の導入口と、押圧ガスを導入する第3の導入口とを有し、
前記第1の導入口と、前記第2の導入口と、前記第3の導入口とは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離されていることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。
The process gas inlet has a first inlet for introducing a group V gas, a second inlet for introducing a group III gas, and a third inlet for introducing a pressure gas,
The said 1st inlet, the said 2nd inlet, and the said 3rd inlet are isolate | separated from each other to the vicinity of the said process gas flow channel. Metalorganic vapor phase epitaxy equipment.
前記第1の導入口、前記第2の導入口及び前記第3の導入口は、この順で前記サセプタに近い側から設置されていることを特徴とする請求項9に記載の有機金属気相成長装置。   10. The organometallic vapor phase according to claim 9, wherein the first introduction port, the second introduction port, and the third introduction port are installed in this order from a side closer to the susceptor. Growth equipment. 前記基板を加熱するヒータをさらに備え、
前記ヒータは、少なくとも2つ以上に分割された構造を有していることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。
A heater for heating the substrate;
The metal organic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 1, wherein the heater has a structure divided into at least two or more.
前記ヒータは、同心円上に分割されていることを特徴とする請求項11に記載の有機金属気相成長装置。   The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 11, wherein the heater is divided into concentric circles. 前記ヒータの各々は、互いに独立して電力を制御することを特徴とする請求項11に記載の有機金属気相成長装置。   12. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 11, wherein each of the heaters controls electric power independently of each other. 前記チャンバーの外部に設けられ、前記プロセスガスフローチャンネルを介して、前記基板に対して光を照射する装置をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。   2. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, further comprising an apparatus provided outside the chamber and irradiating the substrate with light through the process gas flow channel. 前記光を照射する装置は、前記基板における膜厚を測定する装置であることを特徴とする請求項14に記載の有機金属気相成長装置。   The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 14, wherein the light irradiation apparatus is an apparatus for measuring a film thickness of the substrate. 前記光を照射する装置は、前記基板の回転に同期して動作することを特徴とする請求項14に記載の有機金属気相成長装置。   15. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 14, wherein the light irradiation device operates in synchronization with the rotation of the substrate. 前記チャンバーの外部に設けられ、前記プロセスガスフローチャンネルを介して、前記基板又は前記サセプタからの赤外線を測定する装置をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の有機金属気相成長装置。   The metal organic vapor phase epitaxy according to claim 1, further comprising a device that is provided outside the chamber and measures infrared rays from the substrate or the susceptor through the process gas flow channel. apparatus. 前記赤外線を測定する装置は、前記サセプタの温度を測定する装置であることを特徴とする請求項17に記載の有機金属気相成長装置。   18. The metalorganic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 17, wherein the infrared measuring device is a device that measures the temperature of the susceptor. チャンバー内に配置されたサセプタ上に保持された基板上に、前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられたプロセスガス導入口から導入される原料ガスを、前記プロセスガス導入口から連続するように設けられたプロセスガスフローチャンネルを介して搬送することにより、前記基板上に半導体を成長させる半導体の製造方法であって、
前記チャンバーの壁部から内部にかけて設けられた冷却ガス導入口から導入される冷却ガスを、前記プロセスガスフローチャンネルの外壁に当てながら、前記半導体を成長させることを特徴とする半導体の製造方法。
A source gas introduced from a process gas inlet provided from the wall of the chamber to the inside is provided on a substrate held on a susceptor disposed in the chamber so as to be continuous from the process gas inlet. A semiconductor manufacturing method for growing a semiconductor on the substrate by carrying it through a process gas flow channel, comprising:
A method for producing a semiconductor, comprising: growing the semiconductor while applying a cooling gas introduced from a cooling gas inlet provided from a wall portion of the chamber to an inside thereof against an outer wall of the process gas flow channel.
前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスとを含み、
前記III 族ガスと前記V 族ガスとは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。
The source gas introduced from the process gas inlet includes a group III gas and a group V gas,
20. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 19, wherein the group III gas and the group V gas are introduced separately from each other up to the vicinity of the process gas flow channel.
前記III 族ガス及び前記V 族ガスは、前記サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることを特徴とする請求項20に記載の半導体の製造方法。   21. The semiconductor manufacturing method according to claim 20, wherein the group III gas and the group V gas are separately introduced in this order from a side close to the susceptor. 前記V 族ガスは、アンモニアガスを含むことを特徴とする請求項21に記載の半導体の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor according to claim 21, wherein the group V gas includes ammonia gas. 前記冷却ガスは、前記冷却ガス導入口から連続すると共に前記プロセスガスフローチャンネルの上に重なるように設けられた冷却ガスフローチャンネル内に導入されることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。   20. The semiconductor according to claim 19, wherein the cooling gas is introduced into a cooling gas flow channel that is continuous from the cooling gas inlet and is provided so as to overlap the process gas flow channel. Production method. 前記冷却ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor according to claim 19, wherein the cooling gas is hydrogen gas. 前記冷却ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。   The semiconductor manufacturing method according to claim 19, wherein the cooling gas is nitrogen gas. 前記半導体としてInを含まないIII 族窒化物半導体を成長させる際には、水素ガスを含むガスよりなる前記冷却ガスを用いると共に、前記半導体としてInを含むIII 族窒化物半導体を成長させる際には、窒素ガスよりなる前記冷却ガスを用いることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。   When growing a group III nitride semiconductor containing no In as the semiconductor, the cooling gas made of a gas containing hydrogen gas is used, and when growing a group III nitride semiconductor containing In as the semiconductor 20. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 19, wherein the cooling gas made of nitrogen gas is used. 前記プロセスガス導入口から導入される前記原料ガスは、III 族ガスとV 族ガスと押圧ガスとを含み、
前記III 族ガスと前記V 族ガスと前記押圧ガスとは、前記プロセスガスフローチャンネルの近傍まで、互いに分離して導入されることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。
The source gas introduced from the process gas inlet includes a group III gas, a group V gas, and a pressing gas,
The semiconductor manufacturing method according to claim 19, wherein the group III gas, the group V gas, and the pressing gas are introduced separately from each other up to the vicinity of the process gas flow channel.
前記III 族ガス、前記V 族ガス及び前記押圧ガスは、前記サセプタに近い側からこの順で分離して導入されることを特徴とする請求項27に記載の半導体の製造方法。   28. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 27, wherein the group III gas, the group V gas, and the pressing gas are separately introduced in this order from a side close to the susceptor. 前記V 族ガスは、アンモニアガスを含むことを特徴とする請求項28に記載の半導体の製造方法。   29. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 28, wherein the group V gas includes ammonia gas. 前記押圧ガスは、窒素ガスを含むことを特徴とする請求項28に記載の半導体の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor according to claim 28, wherein the pressing gas contains nitrogen gas. 前記基板を加熱するために設けられているヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第1のヒータと第2のヒータとに分割された構造を有しており、
前記冷却ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、前記第1のヒータと前記第2のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、前記半導体を成長させることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。
The heater provided for heating the substrate has a structure that is divided into at least a first heater and a second heater in order from the inside on a concentric circle,
The semiconductor is grown while changing the electric power applied to each of the first heater and the second heater in accordance with a ratio of hydrogen gas contained in the cooling gas. A method for producing a semiconductor as described in 1.
前記冷却ガスに含まれる前記水素ガスの割合を増加させる際には、前記第2のヒータに印加する電力を前記第1のヒータに印加する電力に比べて低下させることを特徴とする請求項31に記載の半導体の製造方法。   32. The power applied to the second heater is reduced compared to the power applied to the first heater when increasing the proportion of the hydrogen gas contained in the cooling gas. A method for producing a semiconductor as described in 1. 前記冷却ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、前記第2のヒータに印加する電力を前記第1のヒータに印加する電力に比べて増加させることを特徴とする請求項31に記載の半導体の製造方法。   32. The method according to claim 31, wherein when increasing the ratio of nitrogen gas contained in the cooling gas, the power applied to the second heater is increased as compared with the power applied to the first heater. The manufacturing method of the semiconductor described. 前記基板を加熱するために設けられたヒータは、同心円上に内側から順に少なくとも第1のヒータと第2のヒータとに分割された構造を有しており、
前記原料ガスに含まれる水素ガスの割合に応じて、前記第1のヒータと前記第2のヒータとのそれぞれに印加する電力を変化させながら、前記半導体を成長させることを特徴とする請求項19に記載の半導体の製造方法。
The heater provided to heat the substrate has a structure in which the heater is divided into at least a first heater and a second heater in order from the inside on a concentric circle,
The semiconductor is grown while changing electric power applied to each of the first heater and the second heater in accordance with a ratio of hydrogen gas contained in the source gas. A method for producing a semiconductor as described in 1.
前記原料ガスに含まれる前記水素ガスの割合を増加させる際には、前記第2のヒータに印加する電力を前記第1のヒータに印加する電力に比べて低下させることを特徴とする請求項34に記載の半導体の製造方法。   35. The power applied to the second heater is reduced compared to the power applied to the first heater when increasing the proportion of the hydrogen gas contained in the source gas. A method for producing a semiconductor as described in 1. 前記原料ガスに含まれる窒素ガスの割合を増加させる際には、前記第2のヒータに印加する電力を前記第1のヒータに印加する電力に比べて増加させることを特徴とする請求項34に記載の半導体の製造方法。   35. The method according to claim 34, wherein when increasing the proportion of nitrogen gas contained in the source gas, the power applied to the second heater is increased as compared to the power applied to the first heater. The manufacturing method of the semiconductor described.
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