JP2010232624A - Iii族窒化物半導体の気相成長装置 - Google Patents
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- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
Abstract
【解決手段】 設置される基板とサセプタの対面との距離が非常に狭く、かつサセプタの対面に冷媒を流通する構成を備えてなる気相成長装置とする。さらに、サセプタの対面に、不活性ガスを反応炉内に向かって噴出するための微多孔部、及び不活性ガスを微多孔部に供給するための構成を備えてなる気相成長装置とする。
【選択図】 図1
Description
尚、図1、図2は、本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面図である。(図1は、回転発生部12を回転させることにより、サセプタ2を回転させる機構を有する気相成長装置であり、図2は、サセプタ回転軸13を回転させることにより、サセプタ2を回転させる機構を有する気相成長装置である。)図3、図4は、各々図1、図2における冷媒を流通する構成近辺の拡大断面図である。図5は、本発明の気相成長装置におけるサセプタの形態の例を示す構成図である。
本発明においては、どちらの気相成長装置であっても、基板とサセプタの対面の間隙が、基板の上流側の位置で8mm以内、かつ基板の下流側の位置で5mm以内であり、反応炉において原料ガスが接触する部分の材料が、カーボン系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、モリブデン、銅、アルミナ、またはこれらの複合材料からなるものである。
(気相成長装置の製作)
ステンレス製の反応容器の内部に、円板状のサセプタ(SiCコートカーボン製、直径600mm、厚さ20mm、3インチの基板を5枚保持可能)、冷媒を流通する構成を備えたサセプタの対面(カーボン製)、ヒータ、原料ガスの導入部(カーボン製)、反応ガス排出部等を設けて、図1に示すような気相成長装置を製作した。また、3インチサイズのサファイア(C面)よりなる基板を5枚気相成長装置にセットした。尚、冷媒を流通する構成として、配管1本を中心部から周辺部に向かって渦巻き状に配置した。
このような気相成長装置を用いて、基板の上流側の位置における間隙(図3における符号16)が8.0mm、基板の下流側の位置における間隙(図3における符号17)が3.0mmとなるようにサファイア基板5枚をサセプタに保持し、基板の表面に窒化ガリウム(GaN)の成長を行なった。対面の冷却用配管への冷却水循環(流量:18L/min)を開始した後、水素を流しながら基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行なった。続いて、基板の温度を510℃まで下げて、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)とアンモニア、キャリヤガスとして水素を用いて、サファイア基板上にGaNから成るバッファー層を約20nmの膜厚で成長させた。
実施例1におけるGaN成膜の3インチ基板面内膜厚分布を図6に示した。尚、横軸において0点は、基板の中心を示し、その他の値はこの中心からの距離を示すものである。3インチの基板においても、面内の膜厚変動がほとんどなしに(膜厚の変動2%)、基板全体に渡って4.0μm/h以上の成長速度で成膜できていることがわかる。
実施例1の気相成長装置の製作において、サセプタの対面の材料を、各々窒化物系材料(実施例2)、炭化物系材料(実施例3)、モリブデン(実施例4)、銅(実施例5)、アルミナ(実施例6)に変更したほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。
実施例1の気相成長実験と同様にして、基板の表面に窒化ガリウム(GaN)の成長を行なった結果、GaN膜厚の平均値はいずれも4.1〜4.3μmの範囲内であった。
実施例1の気相成長実験において、気相成長中に基板を自転させなかったほかは実施例1と同様にして気相成長実験を行なった。(気相成長装置、ガスの流量、温度等の条件は全く同一である。)実施例7におけるGaN成膜の3インチ基板面内膜厚成長速度を図7に示した。尚、横軸において0点は、基板の原料ガス上流側基板端を示し、その他の値は、この基板端から基盤中心を通り原料ガス下流側基板端までの距離を示すものである。基板上流側において約5.5μm/h、基板下流側においても3.0μm/h以上の成長速度で成膜できていることがわかる。
実施例1の気相成長装置の製作において、サセプタの対面の傾斜を変更したほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。これにより、サファイア基板5枚をサセプタに保持した際に、基板の上流側の位置における間隙(図3における符号16)が10.7mm、基板の下流側の位置における間隙(図3における符号17)が4.0mmとなった。
実施例1の気相成長実験と同様にして、基板の表面に窒化ガリウム(GaN)の成長を行なった結果、GaN膜厚の平均値は1.70μmであった。これは、GaN平均成長速度が、1.70μm/hであったことを示している。この結果は、対面の冷却のみでは効率的な成長速度を得ることはできないことを示している。比較例1におけるGaN成膜の3インチ基板面内膜厚分布は図6に示す通りである。
実施例7の気相成長装置の製作において、サセプタの対面の傾斜を変更したほかは実施例7と同様にして気相成長装置を製作した。これにより、サファイア基板5枚をサセプタに保持した際に、基板の上流側の位置における間隙(図3における符号16)が10.7mm、基板の下流側の位置における間隙(図3における符号17)が8.0mmとなった。
実施例7の気相成長実験と同様にして(気相成長中に基板を自転させない)、基板の表面に窒化ガリウム(GaN)の成長を行なった。比較例2におけるGaN成膜の3インチ基板面内膜厚成長速度を図7に示した。基板上流側においては約4.1μm/hで成長が行なわれたが、基板下流側においては、成長速度はほぼゼロであった。
実施例7の気相成長装置の製作において、サセプタの対面の傾斜を変更したほかは実施例7と同様にして気相成長装置を製作した。これにより、サファイア基板5枚をサセプタに保持した際に、基板の上流側の位置における間隙(図3における符号16)が12.0mm、基板の下流側の位置における間隙(図3における符号17)が12.0mmとなった。
実施例7の気相成長実験と同様にして(気相成長中に基板を自転させない)、基板の表面に窒化ガリウム(GaN)の成長を行なった。比較例3におけるGaN成膜の3インチ基板面内膜厚成長速度を図7に示した。基板上流側においては約1.0μm/hで成長が行なわれたが、基板位置15mmから基板下流側にわたって成長速度はゼロであった。
2 サセプタ
3 サセプタの対面
4 ヒータ
5 原料ガス導入部
6 反応炉
7 反応ガス排出部
8 冷媒を流通する構成
9 微多孔部
10 不活性ガスを供給するための構成
11 ガス配管
12 回転発生部
13 サセプタ回転軸
14 均熱板
15 基板ホルダー
16 基板の上流側の位置における間隙
17 基板の下流側の位置における間隙
Claims (6)
- 基板を保持するためのサセプタ、該サセプタの対面、該基板を加熱するためのヒータ、該サセプタの中心部に設けられた原料ガス導入部、該サセプタと該サセプタの対面の間隙からなる反応炉、及び該サセプタより外周側に設けられた反応ガス排出部を有するIII族窒化物半導体の気相成長装置であって、基板とサセプタの対面の間隙が、基板の上流側の位置で8mm以内、かつ基板の下流側の位置で5mm以内であり、該サセプタの対面に冷媒を流通する構成を備えており、反応炉において原料ガスが接触する部分の材料が、カーボン系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、モリブデン、銅、アルミナ、またはこれらの複合材料からなることを特徴とするIII族窒化物半導体の気相成長装置。
- サセプタとサセプタの対面の間隙が、サセプタの中心部から周辺部に向かって狭くなる構成である請求項1に記載のIII族窒化物半導体の気相成長装置。
- 不活性ガスを反応炉内に向かって噴出するための微多孔部、及び該不活性ガスを該微多孔部に供給するための構成が、サセプタの対面に設けられた請求項1に記載のIII族窒化物半導体の気相成長装置。
- 基板の結晶成長面が、下向きになるように設定された請求項1に記載のIII族窒化物半導体の気相成長装置。
- サセプタが、直径3インチ以上の大きさの基板を複数枚保持されるように設定された請求項1に記載のIII族窒化物半導体の気相成長装置。
- 窒化物半導体が、ガリウム、インジウム、及びアルミニウムから選ばれる1種または2種以上の金属と、窒素との化合物である請求項1に記載のIII族窒化物半導体の気相成長装置。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130902 |