JP2011198940A - Vapor deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2フローリアクタなどの半導体結晶のエピタキシャル成長を行う気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus that performs epitaxial growth of a semiconductor crystal such as a two-flow reactor.
エピタキシャル成長(気相成長)を行う結晶成長装置は、その反応容器(リアクタ)内に導入された反応ガス(材料ガス)が加熱された基板(ウエハ)上で熱分解反応して、化合物やその固溶体結晶となり、その時、基板の結晶面方位を維持したまま同じ結晶面の単結晶層が該基板上に成長するようにした気相成長装置である。 A crystal growth apparatus that performs epitaxial growth (vapor phase growth) is a compound or its solid solution that undergoes a thermal decomposition reaction on a heated substrate (wafer) of a reaction gas (material gas) introduced into the reaction vessel (reactor). This is a vapor phase growth apparatus in which a single crystal layer having the same crystal plane is grown on the substrate while maintaining the crystal plane orientation of the substrate.
気相成長反応装置のうちの2フローリアクタでは、ウエハ上の材料ガスの層流と押さえガス流の合成流で成膜ガス流が形成され、材料ガスは基板と平行に、かつ直上に流される(特許文献1、参照)。そして、押さえガス流は材料ガス流に垂直、または垂直から40°程度まで傾けた角度で流される(特許文献2、参照)。その結果、材料ガスが基板に押し付けられるように流れる。この2つのガス流(フロー)構成により、例えば、GaN結晶成長において、材料ガスが基板上で高温1000℃程度になり約4.5倍の体積膨張が起こっても、基板上で安定的な材料ガス流が保たれる。 In the two-flow reactor of the vapor phase growth reaction apparatus, a film forming gas flow is formed by a synthetic flow of a material gas laminar flow and a holding gas flow on the wafer, and the material gas is flowed in parallel and directly above the substrate. (See Patent Document 1). The holding gas flow is made perpendicular to the material gas flow or at an angle inclined to about 40 ° from the vertical (see Patent Document 2). As a result, the material gas flows so as to be pressed against the substrate. With these two gas flow (flow) configurations, for example, even when a material gas reaches a high temperature of about 1000 ° C. on the substrate and a volume expansion of about 4.5 times occurs in GaN crystal growth, a stable material on the substrate Gas flow is maintained.
図1は従来の2フローリアクタの排気可能な反応容器(図示せず)の内部構造の一例を示す概略断面図である。同図において、9は材料ガスの層流を押さえる押さえガスを供給する押さえガス噴出器であり、10は材料ガスの層流を水平に供給するノズルであり、13は材料ガスを水平に誘導するフロー補助板であり、14は回転自在に配置されたサセプタであり、15は半導体の基板であり、16は遮熱板であり、17はサセプタを輻射加熱する加熱器であり、20は水冷ジャケットである。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an internal structure of a reaction vessel (not shown) that can be evacuated in a conventional two-flow reactor. In the figure, 9 is a holding gas ejector for supplying a holding gas for suppressing the laminar flow of the material gas, 10 is a nozzle for supplying the laminar flow of the material gas horizontally, and 13 is for guiding the material gas horizontally. A flow auxiliary plate, 14 is a susceptor arranged rotatably, 15 is a semiconductor substrate, 16 is a heat shield, 17 is a heater for radiantly heating the susceptor, and 20 is a water-cooled jacket. It is.
2フローリアクタを用いた例えば有機金属気相成長(MOCVD)法によれば、図2に示すように、基板15上に沿って材料ガスを流した場合、ガスフローの速い流れの層と、この流れの層下の基板表面上に遅い流れの境界層(淀み層)が形成される。結晶成長において、材料ガス分子は速い流れの層から境界層へ供給され境界層で拡散して熱分解を伴って、基板上の結晶成長に至る。
According to, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using a two-flow reactor, when a material gas is flowed along the
材料ガスの濃度はノズル近くの上流部で高く、離れた下流部で消費された分だけ低くなる。よって、基板上のエピタキシャル層は、ノズル側前方の上流部の膜厚が厚く、ノズルから遠い後方の下流部の膜厚が薄くなる。即ち、境界層上を流れる材料ガス流中の材料ガス濃度によりエピタキシャル層の膜厚は左右される。そこで、基板を回転させて膜厚の均一化を図っている。しかし、基板の回転のみでは、基板中央部分と基板周辺部とで膜厚は均一とはならない。理由を以下に説明する。 The concentration of the material gas is high in the upstream portion near the nozzle, and is low by the amount consumed in the remote downstream portion. Therefore, in the epitaxial layer on the substrate, the film thickness of the upstream part on the front side of the nozzle is thick, and the film thickness of the downstream part far from the nozzle is thin. That is, the film thickness of the epitaxial layer depends on the concentration of the material gas in the material gas flow flowing on the boundary layer. Therefore, the substrate is rotated to make the film thickness uniform. However, the film thickness is not uniform between the central portion of the substrate and the peripheral portion of the substrate only by rotating the substrate. The reason will be described below.
基板表面に対して材料ガス流(フロー)を水平に流す様式の結晶成長装置においては、図2に示すように境界層(淀み層)のガス温度は、ノズルの近い側の上流から遠方の下流に向かって加熱される。その温度勾配は、フロー補助板13上で200℃程度になり、サセプタ14周縁にて400℃〜600℃の高温に至り、更にサセプタ温度(基板温度)と同等になり飽和する。ここで、材料ガス(例えばTMGaとNH3)は400℃〜450℃を境に熱分解を開始する。この材料ガスが熱分解を開始する温度の分布線を材料ガス分解熱等温度線と呼ぶことにする(なお、等温度線と省略する場合もある)。
In the crystal growth apparatus in which the material gas flow is flowed horizontally with respect to the substrate surface, as shown in FIG. 2, the gas temperature of the boundary layer (stagnation layer) is downstream from the upstream side near the nozzle. Is heated toward. The temperature gradient becomes about 200 ° C. on the
ここで、図3のように円形基板を成長基板として用いる場合、基板の均熱性の作りやすさから、サセプタ14および加熱器17は円形に構成される。この場合の等温度線は、加熱器17の形状に沿った円弧状となる。
Here, when a circular substrate is used as a growth substrate as shown in FIG. 3, the
ここで、この場合の膜厚分布を検討する。例えば、材料ガス流路上のGaN系結晶膜厚として、図4(A)に示すようにノズル10からの材料ガス流路F1(基板15中心)、F2(基板15中心からの第1半径位置)、F3(基板15中心からの第1より遠い第2半径位置)を考える。ガス材料分解熱等温度線(cp1、cp2、cp3)によりガス材料分解が始まる。材料ガス層流において基板直径の両端へ行くほど(材料ガス流路F2、F3)、基板エリアの中心線CL上では等温度線と近くなる。このため、材料ガスが消費されていない分、両端側が厚く堆積される。したがって、回転の結果、基板中央よりも基板周辺部のほうが厚膜になる。具体的に、基板中心線CLを通り流路F1、F2、F3との交点CL1、CL2、CL3の膜厚は図4(d)のグラフに示すように、流路の基板両端側程厚くなる(t(CL))。かかるGaN層の凹状膜厚分布は中央部と周辺部で約10%程度の差異となる場合がある。図4(a)、(b)、(c)のグラフは、基板が回転しない場合の材料ガス流路F1、F2、F3上の膜厚分布(t(cp1)、t(cp2)、t(cp3))を示す。ノズル側の流路上流部の膜厚が厚く、下流部の膜厚が薄くなる。が、基板が回転する場合、上流側と下流側が回転毎に入替るので、基板の回転軸を中心とした円周上では、膜厚が平均化(t(CL1)、t(CL2)、t(CL3))される。ところが、等温度線が円弧状になっている為に、材料ガス流路F1、F2、F3上の膜厚はこの順に厚くなる(t(CL1)<t(CL2)<t(CL3))。結果、等温度線が円弧状の場合、基板回転しても膜厚均一にならず凹状になる(特許文献2、参照)。かかる従来方法で、半導体発光素子を形成した場合、たとえば、結晶成長層の膜厚分布は2インチ基板サイズにおいて同心円状になり、同一基板から得られた素子の順方向電流(Vf)分布、発光波長分布、出力分布に不均一性を発生させる。 Here, the film thickness distribution in this case is examined. For example, as the GaN-based crystal film thickness on the material gas channel, as shown in FIG. 4A, the material gas channel F1 from the nozzle 10 (center of the substrate 15), F2 (first radial position from the center of the substrate 15). , F3 (second radial position farther from the first than the center of the substrate 15). Gas material decomposition is started by the gas material decomposition heat isotherm (cp1, cp2, cp3). The closer to the both ends of the substrate diameter in the material gas laminar flow (material gas flow paths F2 and F3), the closer to the isothermal line on the center line CL of the substrate area. For this reason, both end sides are deposited thick because the material gas is not consumed. Therefore, as a result of the rotation, the peripheral portion of the substrate becomes thicker than the center of the substrate. Specifically, the thicknesses of the intersections CL1, CL2, CL3 passing through the substrate center line CL and the flow paths F1, F2, F3 are thicker toward the both ends of the flow path as shown in the graph of FIG. (T (CL)). The concave film thickness distribution of the GaN layer may differ by about 10% between the central portion and the peripheral portion. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) show the film thickness distributions (t (cp1), t (cp2), and t (t) on the material gas flow paths F1, F2, and F3 when the substrate does not rotate. cp3)). The film thickness at the upstream side of the flow channel on the nozzle side is large, and the film thickness at the downstream side is thin. However, when the substrate rotates, the upstream side and the downstream side are switched at every rotation, so that the film thickness is averaged (t (CL1), t (CL2), t on the circumference around the rotation axis of the substrate). (CL3)). However, since the isothermal lines are arcuate, the film thickness on the material gas flow paths F1, F2, and F3 increases in this order (t (CL1) <t (CL2) <t (CL3)). As a result, when the isothermal line has an arc shape, the film thickness is not uniform even when the substrate is rotated (see Patent Document 2). When a semiconductor light emitting element is formed by such a conventional method, for example, the film thickness distribution of the crystal growth layer is concentric with a 2-inch substrate size, and the forward current (Vf) distribution and light emission of the element obtained from the same substrate. Generates non-uniformity in wavelength distribution and output distribution.
特許文献2に開示の技術では、その膜厚均一化の解決策として基板の半分よりもノズルから遠い位置で第2のガスを噴射し原料ガスを希釈することで膜厚の分布を低減することを提案している。しかし、ノズルから噴き出した材料ガスフロー(層流)を乱し、良好な2次元結晶成長過程を阻害する。また、第2の噴射口から基板に吹き付けるガスで、吹き付けた部分の基板表面温度が低下することにより、基板上の或る一点に着目すると基板表面温度が周期的に変化するため、結晶性が低下する問題がある。 In the technique disclosed in Patent Document 2, as a solution to make the film thickness uniform, the film thickness distribution is reduced by injecting the second gas at a position farther from the nozzle than the half of the substrate and diluting the source gas. Has proposed. However, the material gas flow (laminar flow) ejected from the nozzle is disturbed to hinder a good two-dimensional crystal growth process. Further, since the substrate surface temperature of the sprayed portion is lowered by the gas blown to the substrate from the second injection port, the substrate surface temperature periodically changes when attention is paid to a certain point on the substrate. There is a problem that decreases.
そこで本発明は、GaN層の凹状膜厚分布を中央部と周辺部で差がほとんど現れない成長結晶層の膜厚均一性を向上させることができ、所定特性の半導体発光素子の収率が高い気相成長装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can improve the film thickness uniformity of the grown crystal layer in which the difference in the concave film thickness distribution of the GaN layer hardly appears between the central portion and the peripheral portion, and the yield of the semiconductor light emitting device having a predetermined characteristic is high. An object is to provide a vapor phase growth apparatus.
本発明の気相成長装置は、基板を保持し、かつ、基板を加熱および回転させるサセプタと、基板の上面に材料ガス流を供給するノズルと、材料ガス流を基板と前記サセプタの全面に向けて押さえるガス押圧装置と、を含み、ノズルは、その内部のガス放射中心から放射状に材料ガス流を基板の全面に沿って噴出することを特徴とする。かかる構成により、材料ガス流を放射状に噴出し、材料ガス分解熱等温度線の屈曲に由来する膜厚分布を相殺し、膜厚均一性を向上できる。 The vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a susceptor that holds a substrate and heats and rotates the substrate, a nozzle that supplies a material gas flow to the upper surface of the substrate, and directs the material gas flow over the entire surface of the substrate and the susceptor. The nozzle presses the material gas flow radially from the center of the gas emission inside thereof along the entire surface of the substrate. With this configuration, the material gas flow is ejected radially, and the film thickness distribution resulting from the bending of the temperature line of the material gas decomposition heat is offset, and the film thickness uniformity can be improved.
従来の気相成長装置では、材料ガス分解熱等温度線が材料ガス進行流方向に向かって凹状に湾曲する結果、材料ガス流に対して直交する基板の中心線上の膜厚は凹状になる(図4参照)。発明者は、実験の結果、材料ガス用のノズル噴出部を例えば扇状内面とし、材料ガスを放射状に基板上に噴出することにより、放射状進行材料ガスに由来する結晶成長の等膜厚線Lt(図7参照)の屈曲する結果、材料ガス流に対して直交する基板の中心線上の膜厚は凸状になることを知見した。かかる現象を応用し、「放射状材料ガス噴出」の効果で「材料ガス分解熱等温度線の緩和効果」の効果を相殺する本発明の気相成長装置によるエピタキシャル層の膜厚均一化を可能としている。 In the conventional vapor phase growth apparatus, as a result of the material gas decomposition heat isotherm being curved concavely toward the material gas traveling flow direction, the film thickness on the center line of the substrate orthogonal to the material gas flow becomes concave ( (See FIG. 4). As a result of the experiment, the inventor made the nozzle ejection portion for the material gas, for example, a fan-shaped inner surface, and ejected the material gas radially onto the substrate, so that the film thickness equidistant line Lt ( As a result of bending (see FIG. 7), it was found that the film thickness on the center line of the substrate orthogonal to the material gas flow becomes convex. Applying this phenomenon, it is possible to make the thickness of the epitaxial layer uniform by the vapor phase growth apparatus of the present invention that offsets the effect of “relaxing effect of material gas decomposition heat isotherm” by the effect of “radial material gas ejection” Yes.
以下に、本発明による一実施形態の装置について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5は、横形の成長炉として構成された実施形態の2フローリアクタの内部構造を示す概略断面図である。同図において、ノズル11と押さえガス噴出器12以外は従来の気相成長装置と同等なので、それらについて先に説明する。ノズル11と押さえガス噴出器12については、ノズル11を扇状内面とし、材料ガスが放射状に噴出する構造とし、押さえガス噴出器12の開口の材料ガス侵入側を、材料ガスの拡がる放射円弧に合わせた形状としたので、後に詳述する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the two-flow reactor of the embodiment configured as a horizontal growth furnace. In the same figure, except for the
2フローリアクタの排気可能な反応容器(図示せず)は、横形の成長炉として構成されたもので、反応容器は大気を遮断できる構造となっている。 A reaction vessel (not shown) that can be evacuated in the two-flow reactor is configured as a horizontal growth furnace, and the reaction vessel has a structure capable of blocking the atmosphere.
反応容器の内部には円板状のサセプタ14がその中心で回転自在に配置され、このサセプタ14上に成長用の基板15がサセプタと共に同一平面となるように載置される(後述の実施例では、基板15を保持するサセプタ14の厚さt3は3mmで、直径φが70mmである)。該サセプタ14上にセットされた基板15にエピタキシャル成長による薄膜が形成される。サセプタ14は、円盤形状をしており中心に回転軸を持ち、10回/min〜30回/minで回転できる。サセプタ14はカーボン材料で作られ、加熱状態で反応炉内のガスを汚染せず、かつ雰囲気ガスにより反応しない材料、たとえば炭化珪素等でコーティングされている。
A disc-shaped
フロー補助板13は、サセプタ14に取り付けられており一緒に、回転する。(後述の実施例では、フロー補助板13の直径φが150mmである)また、加熱器17は、サセプタ下面に取り付けられており、サセプタより若干大きくサセプタを均一な温度に1000℃以上に加熱できる。加熱器17の近傍には、熱電対(図示せず)が設置され、その出力に基づいて温度制御しサセプタ14を設定温度に加熱する制御システム(図示せず)が設けられている。
The flow
遮熱板16は、加熱器17の外周囲に位置し、加熱器の輻射熱でノズル11が加熱されないように遮断する。なお、遮熱板16の外周に水冷ジャケット20を設け、更に断熱性は向上させている。また、水冷ジャケット20の上端はフロー補助板13の直下まで延長されている。但し、フロー補助板13の回転を妨げないように僅かな隙間を設けてある。
The
基板15上に材料ガスを噴射するノズル11は、サセプタ上基板に対し水平もしくは水平から数度傾斜した状態で設置されている。サセプタから離れたノズル11はその噴出開口11cから、材料ガスの層流(フロー)を、基板15の全面に沿ってフロー方向Fすなわち基板15の中心へ向けて吹き付け供給する。具体的に、材料ガスには、窒素(N2)、水素(H2)、アンモニアガス(NH3)、n型ドーパントガス(モノシランガス(SiH4)、ジシランガス(Si2H6))、有機金属ガス(TMGa(トリメチルガリウム)、TEGa(トリエチルガリウム)、TMAl(トリメチルアルミニウム)、TMIn(トリメチルインジウム)、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム))を含む。
The
ガス押圧装置としての押さえガス噴出器12は、基板15の中央部上方に設けられる。押さえガス噴出器12は、その噴出器の開口が基板15からノズル高さ方向Tにて10mm〜30mmの所定高さt1(後述の実施例では、t1=20mmである)になるように、配置されている。
A holding
押さえガス噴出器12は、材料ガスの層流をサセプタ14と基板15の全面に押さえる押さえガスを、基板15全面へ向けて吹き付け供給する。具体的に、押さえガスにはH2、N2またはその混合ガスを用いる。
The holding
基板15を覆う断面面積の押さえガス流束は、基板法線方向から、または、基板法線からやや斜めの角度θ(0°<θ<40°の範囲内、後述の実施例では、θ=15°である)から、材料ガスの下流方向Fに傾斜した状態で吹き付けられる。
The holding gas flux of the cross-sectional area covering the
(ノズル11)
図5、図6に示すように、ノズル11の噴出開口11cの先端位置が、サセプタ14より外側、フロー補助板13上に位置している。たとえば、ノズル11は、その先端の位置を水冷ジャケット17の内周端と同じになるように配置できる(後述の実施例では、基板15中心からノズル11の開口部先端までの距離Leは40mmである)。この位置に配置することで、加熱器17の放射熱によるノズル11の過熱を防止できる。ノズル11に加熱器17の放射熱があたると、ノズル11内部で材料ガスの分解が起こり、ノズル11を詰まらせるからである。また、ノズル11には石英を用いることが好ましい。石英は赤外放射を透過するのでノズル11の過熱を抑えることができるからである。
(Nozzle 11)
As shown in FIGS. 5 and 6, the tip position of the ejection opening 11 c of the
図6に示すように、ノズル11は、材料ガスをガス放射中心Xから放射状にノズル幅方向Wに拡げて噴出する。ノズル11が、このガス放射中心Xが基板15の回転中心からn×R(ただし、nは距離係数、Rは基板15の半径を示す)の距離であって、その距離係数がn=2.5〜5を満たす位置に存在するように、配置されている。基板15中心から材料ガス流の放射中心Xまでの距離Lcは、2.5×R〜5×Rの距離が好ましい。5R以上では等膜厚線Lt(図7参照)の曲率が小さくなり、材料ガス分解熱等温線に由来する膜厚凹湾曲を相殺できなくなる。また、2.5×R未満ではノズル11の製作が困難になる。実験結果より、3×R程度以上が適当である。後述の実施例ではLc=3×R(76.2mm)とした。
As shown in FIG. 6, the
材料ガスの放射角は、ノズルと基板の距離関係から決まる。まず、材料ガスが基板15全面を覆う材料ガス被覆角度θwは(式1)で求まる。
The radiation angle of the material gas is determined by the distance relationship between the nozzle and the substrate. First, the material gas covering angle θw with which the material gas covers the entire surface of the
θw=2×tan−1(R/(n×R))・・・(式1)
ただし、Rは基板15の半径を示し、nは距離係数である(n=2.5〜5)。
θw = 2 × tan −1 (R / (n × R)) (Formula 1)
However, R shows the radius of the board |
材料ガスの放射全角θaは(式2)で求まる。 The total radiation angle θa of the material gas is obtained by (Expression 2).
θa=2×tan−1((Wp/2)/(n×R))・・・(式2)
ただし、Wpはノズル幅方向Wにおける押さえガス流束の断面の幅である。
θa = 2 × tan −1 ((Wp / 2) / (n × R)) (Expression 2)
However, Wp is the width of the cross section of the pressed gas flux in the nozzle width direction W.
後述の実施例では、基板15を覆う放射角度θw=36.9°で、押さえガス幅(Wp=80mm)が最大放射角となるのでθa=は55.4°とした。
In the examples described later, the radiation angle θw = 36.9 ° covering the
ノズル11の噴出開口11cは、ノズル幅方向W、ノズル高さ方向Tにて、基板に平行な幅が高さよりも大きくなるように、例えば、T/W≦0.1になるように形成されている。押さえガスで基板表面に均一に広がるようにするためである。
The
(押さえガス噴出器12)
基板全面上で材料ガス流が層流に保たれるためには、押さえガスが材料ガス流路を覆う形状とする。よって、押さえガス噴出器の開口形状は、吹き出される押さえガス流の基板上の断面形状(図6では略矩形の有効面として開口に対応している)として考えられる。押さえガス噴出器12の噴出開口を円形から概略矩形とすることで、材料ガスノズルから噴出された材料ガスの基板外側への逸れ損失分が減少できる。さらに、図6に示すように押さえガス噴出器の噴出開口を、放射状に噴出する材料ガス流の侵入面側を凹状の円弧12aとしてある。材料ガスの拡がる放射円弧に合わせた凹状円弧の場合、材料ガス流が押さえガス流へ進入する角度が該円弧上でほぼ直角となり、材料ガスは直進できるようになるので、外へ押し出されることが防止される。即ち、等膜厚線Lt(図7参照)の曲率を維持するには、押さえガス噴出口形状も凹状円弧化することが望ましい。図6に示すように、押さえガス噴出器の噴出開口の材料ガス流の侵入面側を凹状円弧12aの曲率中心をノズル11の軸中心線に配置することが好ましく、ノズル11のガス放射中心Xとすることができる。
(Presser gas ejector 12)
In order for the material gas flow to be maintained in a laminar flow over the entire surface of the substrate, the holding gas has a shape covering the material gas flow path. Therefore, the opening shape of the pressing gas ejector can be considered as a cross-sectional shape on the substrate of the pressing gas flow to be blown out (corresponding to the opening as a substantially rectangular effective surface in FIG. 6). By changing the ejection opening of the holding
押さえガス噴出器12は、押さえガスが放射状の材料ガス進行方向と直交するように、押さえガスに対して凹状の円弧12aとした構造の押さえガス噴出口を有する。これにより、放射状に噴出した材料ガスの進行方向と押さえガスの材料ガス侵入面が直角になるので、材料ガス流が放射状を維持したまま押さえガス流中を直進できるようになる。因みに、押さえガス噴出器12の形状が従来通り円形の場合、材料ガスの押さえガスへの侵入角が斜めになり、材料ガスの進行方向が外側に曲げられてしまい、基板15面上の材料ガス濃度が不定な低濃度になり、全体に膜厚が薄くなる。また、後述の実施例では押さえガス拡散器12の吹き出し部の開口をLp=80mm、Wp=80mmとし(Lp:フロー方向Fにおける長さ、Wp:ノズル幅方向Wにおける長さ)、面積を6400mm2とした。押さえガス拡散器の吹き出し部において、材料ガス流に当たる押さえガス全面を凹状にしてもよい。
The holding
(放射状進行材料ガスに由来する結晶成長の等膜厚線Lt)
本実施形態の場合の膜厚分布を検討する。例えば、材料ガス流路上のGaN系結晶膜厚として、図7(A)に示すように扇状ノズル11のガス放射中心Xからの材料ガス流路F1(基板15中心を通過する流路)、F2(放射中心Xからの第1角度で流れる流路)、F3(放射中心Xからの第2角度で流れる流路)を考える。図7(a)、(b)、(c)のグラフは、基板が回転しない場合の材料ガス流路F1、F2、F3上の膜厚分布(黒丸を通る直線)を示す。また、従来のノズルを用いた場合の同材料ガス流路F1、F2、F3上の膜厚分布(白丸を通る直線)を示す。また、図7(d)のグラフは、基板を回転して成長させた場合の基板中心CLを通り流路F1、F2、F3との交点CL1、CL2、CL3の膜厚の変化を示す。
(Constant film thickness line Lt of crystal growth derived from radially progressing material gas)
The film thickness distribution in this embodiment will be examined. For example, as the film thickness of the GaN-based crystal on the material gas channel, as shown in FIG. 7A, the material gas channel F1 from the gas radiation center X of the fan-shaped nozzle 11 (the channel passing through the center of the substrate 15), F2 Consider (flow path flowing at a first angle from the radiation center X) and F3 (flow path flowing at a second angle from the radiation center X). The graphs of FIGS. 7A, 7B, and 7C show film thickness distributions (straight lines passing through black circles) on the material gas flow paths F1, F2, and F3 when the substrate does not rotate. In addition, the film thickness distribution (straight line passing through the white circles) on the same material gas flow paths F1, F2, and F3 when a conventional nozzle is used is shown. Further, the graph of FIG. 7D shows changes in the film thickness of the intersections CL1, CL2, and CL3 with the flow paths F1, F2, and F3 through the substrate center CL when the substrate is rotated and grown.
図4(A)に示すように、従来のノズルで材料ガスを(一方向に)流す場合、流路F1、F2、F3と等温度線との交点はcp1、cp2、cp3の順に下流方向へ大きくズレる。この結果、図4(d)に示すように基板中心線CLとの交点CL1、CL2、CL3の膜厚は、基板中心から円周方向に向かってt(CL1)、t(CL2)、t(CL3)の順に厚くなる。同膜厚変化を図7(d)にプロットすると膜厚曲線tAとなる。 As shown in FIG. 4A, when the material gas flows (in one direction) with the conventional nozzle, the intersections of the flow paths F1, F2, and F3 and the isothermal lines are in the downstream direction in the order of cp1, cp2, and cp3. It is greatly shifted. As a result, as shown in FIG. 4D, the film thicknesses of the intersections CL1, CL2, CL3 with the substrate center line CL are t (CL1), t (CL2), t ( It becomes thicker in the order of CL3). When the film thickness change is plotted in FIG. 7D, a film thickness curve tA is obtained.
次に図7(A)に示す本実施形態のように、材料ガスを放射状に基板(中心)へ噴出する場合、流路F1、F2、F3と等温度線との交点cp1、cp2、cp3は、従来例(図4(A))よりcp2とcp3がcp1側へ近づく(cp3について言えば白丸が黒丸の位置に移動する)。即ち、材料ガスを放射状に噴出する場合、流路F1、F2、F3の等温度線の下流方向へのズレが減少する。この結果、基板PC中心線CLとの交点CL1、CL2、CL3の膜厚は、図7(a)、(b)、(c)に示すように、従来例の白丸から黒丸へシフトする。即ち、基板中心から円周方向への膜厚が厚くなる現象を抑制することができる。これを「材料ガス分解熱等温度線の緩和効果」と呼び、この点を図7(d)にプロットすると膜厚曲線tAbとなる。 Next, as in the present embodiment shown in FIG. 7A, when the material gas is ejected radially to the substrate (center), the intersection points cp1, cp2, and cp3 of the flow paths F1, F2, and F3 and the isothermal lines are as follows. Then, cp2 and cp3 are closer to the cp1 side than the conventional example (FIG. 4A) (the white circle moves to the position of the black circle for cp3). That is, when the material gas is ejected radially, the deviation in the downstream direction of the isothermal lines of the flow paths F1, F2, and F3 is reduced. As a result, as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, the film thicknesses of the intersections CL1, CL2, and CL3 with the substrate PC center line CL shift from the white circle to the black circle in the conventional example. That is, the phenomenon that the film thickness in the circumferential direction from the substrate center increases can be suppressed. This is called the “relaxing effect of the material gas decomposition heat isothermal line”, and when this point is plotted in FIG. 7D, a film thickness curve tAb is obtained.
更に、図7(A)に示す本実施形態のように、材料ガスの流路F1、F2、F3が放射状に噴出することで、基板中心線CL上の膜厚分布が凸状になる現象について説明する。材料ガス流の放射中心をXとし、仮想的に材料ガス分解熱等温度線が放射中心Xを基準とし、cp1を通る円弧状になると考える。この場合、基板上の等膜厚線Ltは、放射中心Xを基準とした円弧状になる。よって、基板中心CL1と等価な膜厚は基板15の端ほど上流側へ移動する。換言すれば、基板中心線CLと材料ガス流路F1、F2、F3の交点CL1、CL2、CL3の膜厚は、この順に薄くなる。これを「凸状膜厚効果」と呼び、この点を図7(d)にプロットすると膜厚曲線tBとなる。
Further, as in the present embodiment shown in FIG. 7A, a phenomenon in which the film thickness distribution on the substrate center line CL becomes convex due to the radial ejection of the material gas flow paths F1, F2, and F3. explain. The radiation center of the material gas flow is assumed to be X, and the material gas decomposition heat isothermal line is assumed to have an arc shape passing through cp1 with the radiation center X as a reference. In this case, the equal film thickness line Lt on the substrate has an arc shape with the radiation center X as a reference. Therefore, the film thickness equivalent to the substrate center CL <b> 1 moves to the upstream side as the end of the
以上の「材料ガス分解熱等温度線の緩和効果」による膜厚曲線tAbと「凸状膜厚効果」による膜厚曲線tBの相殺により、基板中心CLの膜厚曲線はtCとなり均一化する。この相殺効果は、基板中心CL1から放射中心Xまでの距離が2R〜5R(R:基板の半径)で得られる。尚、基板中心線CLの膜厚が均一化すれば、基板回転により材料ガス流中で上流側と下流側が入れ替わるので、結果フラットな膜厚のGaN結晶層が得られる。 By canceling the film thickness curve tAb due to the “relaxation effect of the material gas decomposition heat isothermal line” and the film thickness curve tB due to the “convex film thickness effect”, the film thickness curve at the substrate center CL becomes tC and becomes uniform. This canceling effect is obtained when the distance from the substrate center CL1 to the radiation center X is 2R to 5R (R: radius of the substrate). If the film thickness of the substrate center line CL is made uniform, the upstream side and the downstream side are switched in the material gas flow by rotating the substrate, and as a result, a flat GaN crystal layer is obtained.
上記実施形態の2フローリアクタ装置によりGaN結晶を成長させた。 A GaN crystal was grown by the two-flow reactor apparatus of the above embodiment.
(基板)
成長用の基板には、2インチφのc面サファイア単結晶基板、厚みt=0.43mm、面方位が<10−10>方向へ0.05°傾いた0.05°オフ基板、いわゆる(0001)0.05°off to<10−10>基板を用いた。
(substrate)
As a growth substrate, a 2-inch φ c-plane sapphire single crystal substrate, a thickness t = 0.43 mm, and a 0.05 ° off-substrate whose plane orientation is inclined by 0.05 ° in the <10-10> direction, so-called ( [0001] 0.05 ° off to <10-10> substrate was used.
(扇状ノズル)
図8に実施例に用いた扇状ノズル11の概略斜視図を示す。
(Fan-shaped nozzle)
FIG. 8 is a schematic perspective view of the fan-shaped
扇状ノズル11の噴出開口11cの開口面積は、後述の比較例のノズルと噴出し線速が同じになる断面積とした。効果の比較のために、扇状ノズル11の開口部寸法は、比較例のものと同等にした。よって、ここで比較例のノズル形状も説明する。図9に比較例に用いた扁平ノズル10の概略斜視図を示す。
The opening area of the ejection opening 11c of the fan-shaped
図8、図9において、Wnはノズル幅方向Wにおける長さを、Tnはノズル高さ方向Tにおける長さを示す。 8 and 9, Wn represents a length in the nozzle width direction W, and Tn represents a length in the nozzle height direction T.
比較例に用いた扁平ノズル10の噴出開口11cはノズル幅Wnが80mmで、ノズル高さTnは1mmであった。比較例に用いた扁平ノズル10の噴出開口面積SnはSn=Wn×Tnなので、80mm2であった。
The
実施例の扇状ノズル11の開口部寸法は、以下の式で求めることができる。
tan(θa/2)=(Wp/2)/(3×R−Le)
=0.525
Wp:押さえガスエリア幅(80mm)
Le:基板15中心からノズル11先端までの距離(40mm)
R:基板半径(25.4mm)
よって、扇状ノズル11のノズル幅Wnは以下で求まる。
Wn=2×tan(θa/2)×(3×R−Le)
=2×0.525×(76.2−40)
=38mm
扇状ノズル11のノズル高さTnは、比較例に用いた扁平ノズル10の開口面積を扇状ノズル11のノズル幅Wnで割ると算出できる。
Tn=80/38=2.1mm
よって、実施例では扇状ノズル11の噴出開口11cはノズル幅Wnが38mmで、ノズル高さTnは2.1mmとした。
The opening size of the fan-shaped
tan (θa / 2) = (Wp / 2) / (3 × R−Le)
= 0.525
Wp: Holding gas area width (80mm)
Le: Distance from the center of the
R: substrate radius (25.4 mm)
Therefore, the nozzle width Wn of the fan-shaped
Wn = 2 × tan (θa / 2) × (3 × R−Le)
= 2 × 0.525 × (76.2-40)
= 38mm
The nozzle height Tn of the fan-shaped
Tn = 80/38 = 2.1mm
Therefore, in the embodiment, the ejection opening 11c of the fan-shaped
なお、上述のように、放射中心Xから扇状ノズル11の開口両側縁部まで開く角度θa=55.4°であり、放射角度θw=36.9°(基板15上への供給エリア)であった。
As described above, the angle θa = 55.4 ° opening from the radiation center X to both side edges of the opening of the fan-shaped
(押さえガスの流量)
効果の比較のために、押さえガスの流量は、比較例のものと同等にした。よって、ここで比較例の押さえガスの流量も説明する。
(Pressure gas flow rate)
For comparison of the effect, the flow rate of the holding gas was made equal to that of the comparative example. Therefore, the flow rate of the holding gas of the comparative example will be described here.
比較例の押さえガスでは押さえガス流束としては、円形断面を形成する押さえガス噴出器を用いた。実施例で押さえガス噴出器12をほぼ矩形(放射状の材料ガス流の侵入面側を凹状の円弧部を有する)にした関係上、ガスの噴出面積が増加したので面積増加に見合った分だけ実施例では増量した。この操作により押さえガスの効果を同じにした。具体的には、円形基板(半径r)の場合、面積はπr2=50.3(cm2)であり、矩形の場合はWp×Lpとなるので、矩形断面押さえガス流は、円形断面押さえガス流に対して1.3倍(≒(2r)2/πr2)=64(cm2)に増量した。
In the holding gas of the comparative example, as a holding gas flux, a holding gas ejector having a circular cross section was used. In the embodiment, since the holding
(成長)
基板熱処理工程として、ノズルからH2(水素)を10L/min流し、押さえガスとしてH2(水素)+N2(窒素)を1:1の混合比で39L/min流し、1000℃で10分熱処理した。
(growth)
As a substrate heat treatment process, H 2 (hydrogen) was supplied from a nozzle at a rate of 10 L / min, H 2 (hydrogen) + N 2 (nitrogen) was supplied as a holding gas at a mixing ratio of 1: 1 at 39 L / min, and heat treatment was performed at 1000 ° C. for 10 minutes. did.
緩衝層の形成工程として、ノズルからTMGa(トリメチルガリウム)を20μmol/min、NH3(アンモニア)2L/min、そして総量が10L/minになるようにH2(水素)を加えて流した。押さえガスにはH2(水素)+N2(窒素)を1:1の混合比で39L/min流し、成長温度約550℃で10分成長し、低温GaN層を成長した。 As a buffer layer forming step, TMGa (trimethylgallium) was added from a nozzle at 20 μmol / min, NH 3 (ammonia) 2 L / min, and H 2 (hydrogen) was added and flowed so that the total amount was 10 L / min. As a holding gas, H 2 (hydrogen) + N 2 (nitrogen) was supplied at a mixing ratio of 1: 1 at 39 L / min and grown at a growth temperature of about 550 ° C. for 10 minutes to grow a low-temperature GaN layer.
緩衝層の熱処理工程として、ノズルからH2(水素)を10L/min流し、押さえガスとしてH2(水素)+N2(窒素)を1:1の混合比で39L/min流し、1050℃で10分熱処理し低温GaN層を熱処理した。 As a heat treatment process for the buffer layer, H 2 (hydrogen) was flowed from the nozzle at 10 L / min, and H 2 (hydrogen) + N 2 (nitrogen) was flowed at 39 L / min at a mixing ratio of 1: 1 as a hold-down gas at 10 ° C. The low temperature GaN layer was heat treated by partial heat treatment.
次に、高温GaN層の形成工程として、ノズルよりTMGa(トリメチルガリウム)を40μmol/minとNH3(アンモニア)4L/min、総量が10L/minになるようにH2(水素)を加えて流した。押さえガスにはH2(水素)+N2(窒素)を1:1の混合比で39L/min流した。成長温度約1050℃で2時間成長し、膜厚約7μmのGaN層を形成した。 Next, as a high temperature GaN layer formation step, TMGa (trimethylgallium) is added from a nozzle at 40 μmol / min, NH 3 (ammonia) 4 L / min, and H 2 (hydrogen) is added so that the total amount is 10 L / min. did. As a holding gas, H 2 (hydrogen) + N 2 (nitrogen) was supplied at a mixing ratio of 1: 1 at 39 L / min. Growth was performed at a growth temperature of about 1050 ° C. for 2 hours to form a GaN layer having a thickness of about 7 μm.
(比較例1)
上述の扇状ノズル11、扁平ノズル10の違いと押さえガスの流量の違い以外を実施例1と同一とした2フローリアクタでGaN結晶を成長させた。
(Comparative Example 1)
A GaN crystal was grown in a two-flow reactor which was the same as in Example 1 except for the difference between the fan-shaped
(実施結果:膜厚分布比較)
比較例1と実施例1の2フローリアクタで得たGaN層の膜厚分布の比較を表1に示す。
(Result: Comparison of film thickness distribution)
Table 1 shows a comparison of the film thickness distributions of the GaN layers obtained by the two-flow reactors of Comparative Example 1 and Example 1.
*差異(%)={|(周囲部−中央部)|/(周囲部と中央部のうち薄い側の膜厚)}×100・・・(式1)。
* Difference (%) = {| (peripheral part−central part) | / (thickness on the thinner side of the peripheral part and the central part)} × 100 (Formula 1).
実施例1は、膜厚中心値3.45μmにおいて周囲値3.51μm、差異1.74%であり均一性は非常に高いものであった。面積換算ならば更に分布は狭くなる。 In Example 1, the film thickness center value was 3.45 μm, the ambient value was 3.51 μm, the difference was 1.74%, and the uniformity was very high. If the area is converted, the distribution becomes narrower.
他方、比較例1では膜厚中心値3.23μmにおいて周囲値3.49μm、差異8.0%と周囲が厚くなっていた。なお、分布は同心円状の凹状であった。 On the other hand, in Comparative Example 1, the peripheral value was 3.49 μm at the film thickness center value of 3.23 μm, and the periphery was thick with a difference of 8.0%. The distribution was concentric concave.
上記実施形態の2フローリアクタ装置により半導体層を成長させてMQW構造発光素子すなわち窒化物系半導体発光装置を作製した。 A semiconductor layer was grown by the two-flow reactor device of the above embodiment to produce an MQW structure light emitting element, that is, a nitride semiconductor light emitting device.
緩衝層の熱処理まで、実施例1に同じ故に、説明を省略する。 Since the process up to the heat treatment of the buffer layer is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
n型GaN層の形成工程として、n型GaN層の厚みを4.5μmとし、n型GaN層にするためにSiH4(モノシラン)をSi不純物密度が6×1018(個/cm3)程度になるように添加した以外は、実施例1のGaN層の形成工程と同一のプロセスであった。 As a process for forming the n-type GaN layer, the thickness of the n-type GaN layer is 4.5 μm, and SiH 4 (monosilane) has a Si impurity density of about 6 × 10 18 (pieces / cm 3 ) in order to form the n-type GaN layer. The process was the same as the process for forming the GaN layer of Example 1, except that the addition was performed.
次に、MQW構造の発光層の形成工程を次のように行った。実施例1と同一ノズルからNH3(アンモニア)4L/min、総量が10L/minになるようにN2(窒素)を加えて流しながら成長温度約800℃まで降下させた。押さえガスにはN2(窒素)を30L/min流した。温度に達したら、まず、バリア層(GaN)を成長するためにノズルよりよりTEGa(トリエチルガリウム)を5.5μmol/minとNH3(アンモニア)4L/min、そして総量が10L/minになるようにN2(窒素)を加えて流した。押さえガスにはN2(窒素)を39L/min流した。成長温度800℃で3分間成長し、厚さ18nmのGaN結晶層を形成した。 Next, the formation process of the light emitting layer of MQW structure was performed as follows. From the same nozzle as in Example 1, NH 3 (ammonia) was 4 L / min, and N 2 (nitrogen) was added and flowed so that the total amount was 10 L / min, and the growth temperature was lowered to about 800 ° C. N 2 (nitrogen) was passed through the holding gas at 30 L / min. When the temperature is reached, first, TEGa (triethylgallium) is 5.5 μmol / min, NH 3 (ammonia) 4 L / min, and the total amount is 10 L / min from the nozzle to grow the barrier layer (GaN). N 2 (nitrogen) was added to the solution and allowed to flow. N 2 (nitrogen) was passed through the holding gas at 39 L / min. Growth was performed at a growth temperature of 800 ° C. for 3 minutes to form a GaN crystal layer having a thickness of 18 nm.
次に、バリア層形成後、井戸層(InGaN)を成長するためにノズルよりよりTEGaを5.5μmol/min、TMIn(トリメチルインジウム)を6.5μmol/minとNH3を4L/min、総量が10L/minになるようにN2を加えて流した。押さえガスにはN2を39L/min流した。成長温度800℃で25秒間成長し、厚さ3nmのInGaN結晶層を形成した。 Next, after forming the barrier layer, TEGa is 5.5 μmol / min, TMIn (trimethylindium) is 6.5 μmol / min, NH 3 is 4 L / min, and the total amount is from the nozzle to grow the well layer (InGaN). N 2 was added and flowed so as to be 10 L / min. The holding gas was supplied with N 2 at 39 L / min. Growth was performed at a growth temperature of 800 ° C. for 25 seconds to form an InGaN crystal layer having a thickness of 3 nm.
これらバリア層および井戸層のペアの形成工程を6周期で繰り返し成長し、発光層として、MQW構造を形成した。そして、キャップ層としてバリア層(GaN)を成長させて発光層とした。 These barrier layer and well layer pair forming steps were repeatedly grown in six cycles to form an MQW structure as a light emitting layer. And the barrier layer (GaN) was grown as a cap layer, and it was set as the light emitting layer.
次に、ブロック層の形成工程として、ノズルよりTMGaを3.5μmol/min、TMAl(トリメチルアルミニウム)を0.4μmol/min、NH3を4L/min、総量が10L/minになるようにH2(水素)を加えて流した。押さえガスにはN2を39L/min流した。成長温度950℃で5分間成長し、厚さ20nmのAlGaN結晶層を形成した。 Next, as a block layer forming step, H 2 is adjusted so that TMGa is 3.5 μmol / min, TMAl (trimethylaluminum) is 0.4 μmol / min, NH 3 is 4 L / min, and the total amount is 10 L / min. (Hydrogen) was added and flushed. The holding gas was supplied with N 2 at 39 L / min. The growth was performed at a growth temperature of 950 ° C. for 5 minutes to form an AlGaN crystal layer having a thickness of 20 nm.
次に、p型GaN層の形成工程として、ノズルよりTMGaを12μmol/minとNH3を4L/min、総量が10L/minになるようにH2(水素)を加えて流した。押さえガスにはH2とN2を1:1の混合比で39L/min流した。成長温度約950℃で15分間成長し、膜厚約0.15μmのGaN層を形成した。
なお、p型GaN層にするためにCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)をMg不純物密度が5×1019(個/cm3)程度に添加した。
Next, as a step of forming the p-type GaN layer, H 2 (hydrogen) was added and flowed from a nozzle so that TMGa was 12 μmol / min, NH 3 was 4 L / min, and the total amount was 10 L / min. The holding gas was supplied with 39 L / min of H 2 and N 2 at a mixing ratio of 1: 1. Growth was carried out at a growth temperature of about 950 ° C. for 15 minutes to form a GaN layer having a thickness of about 0.15 μm.
Note that Cp2Mg (cyclopentadienylmagnesium) was added to a Mg impurity density of about 5 × 10 19 (pieces / cm 3 ) in order to form a p-type GaN layer.
(ノズル変形例)
図10は本発明の気相成長装置の変形例、特にノズルの変形例を示すノズル高さ方向Tから平面視した概略部分断面図である。この変形例はノズル以外、図5に示す構成と同一である。
(Nozzle deformation example)
FIG. 10 is a schematic partial sectional view in plan view from the nozzle height direction T showing a modification of the vapor phase growth apparatus of the present invention, in particular, a modification of the nozzle. This modification is the same as the configuration shown in FIG. 5 except for the nozzle.
ノズル11は、材料ガスが流入する流入通路となる流入部11a(一定面積矩形断面)と、これに連通した流出口を有する扇状内面11bを含む。
The
扇状内面11bは、互いに平行に対向してノズル幅方向Wに拡がる扇形壁部11bbと、該扇形壁部をノズル高さ方向Tにて繋ぐガイド壁11bcとからなり、ガス流路を画定している。両側のガイド壁11bcがノズル11の中心軸線に対して所定角度で幅方向Wにて拡がっているので、ガス流路の断面面積は流入部11aから噴出開口11cへ徐々に拡大する。図10に示すように、両側のガイド壁11bcの内面の延長平面が材料ガスの放射中心Xに収束している。流入した材料ガスは扇形壁部11bbとガイド壁11bcにより規制されるので、噴射された材料ガスはノズル高さ方向Tへの拡散が抑制され、噴射幅(ノズル幅方向W)が拡げられる。よって、ノズル11の扇状内面11bは、材料ガス流を、流入部11aのガス放射中心Xから放射状に基板15の全面に沿って噴出できる。
The fan-shaped
また、ノズル11の更なる変形例として、図10の一点鎖線に示すように、仕切り板11dを、扇状内面11bの噴出開口11cから奥の流入部11aに近くに、放射中心Xから放射状に配置して、複数の放射チャネルCHを設けることができる。
Further, as a further modification of the
流入部11aからの材料ガスは、放射状に配置された各放射チャネルCHに流入し、扇状内面11bより噴射される。なお、この際、放射チャネルCHの出口より噴射された材料ガスはガイド壁11bcにより規制されるので、噴射された材料ガスはノズル高さ方向Tへの拡散が抑えられ濃度分布を幅広にすることができ、噴射幅を広くすることに貢献する。
The material gas from the
また、各放射チャネルは流路の中心軸線を始点(放射中心X)として放射状に配置、つまり、各放射チャネルの各軸線の焦点を中心軸線に位置させているので、材料ガスが流入部11aから各放射チャネルに均等に流れ込むことができ。さらに、各放射チャネルは、内幅およびチャネル長を略同一としているので、各放射チャネルを通過する流量が略同一となると共に、各放射チャネル内において夫々均一に整流化され、放射状ガス流全体として濃度分布を均一にすることができる。
In addition, each radiation channel is arranged radially from the center axis of the flow path as the starting point (radiation center X), that is, the focal point of each axis of each radiation channel is located at the center axis, so that the material gas flows from the
(ガス押圧装置の変形例)
上述の、材料ガスの層流をサセプタ14と基板15の全面に押さえる押さえガスを吹き付け供給する押さえガス噴出器に代えて、上部フロー押圧板をガス押圧装置として用いた変形例を説明する。
(Modification of gas pressing device)
A modified example in which the upper flow pressing plate is used as a gas pressing device in place of the pressing gas ejector for supplying and supplying the pressing gas for pressing the laminar flow of the material gas to the entire surface of the
図11は上部フロー押圧板121を説明するための、フロー補助板13、サセプタ14および基板15ならびにノズル11の関係を示す斜視図である。この成長装置の変形例は押さえガス噴出器に代え上部フロー押圧板121とした以外、図5に示す構成と同一であるので、その要部を説明する。上部フロー押圧板121は、噴射される放射状の材料ガス流をすべて覆うように、ノズル11上から基板15の中央部上方にかけてピッチ角度θtで基板15側へ傾斜平面を有する。上部フロー押圧板121は、フロー補助板13、サセプタ14および基板15に接触しないように、それらから離間して基板15からの所定高さに配置されている。
FIG. 11 is a perspective view illustrating the relationship between the flow
材料ガス流の進行する方向に沿ってフロー補助板13、サセプタ14および基板15と上部フロー押圧板121の傾斜面との間隙が狭くなるので、上部フロー押圧板121の傾斜平面が材料ガス流を基板15へ押圧することになる。放射状材料ガスの流層下の基板表面上の淀み層で消費される材料ガス分子の濃度減少に見合った分だけ、上部フロー押圧板121により、材料ガスの層流を基板15へ押圧し材料ガスの層流の厚さを減少させて、材料ガス分子の濃度を維持し、淀み層へ供給、拡散を促進する。
Since the gap between the flow
11 ノズル
12 押さえガス噴出器
13 フロー補助板
14 サセプタ
15 基板
16 遮熱板
20 水冷ジャケット
17 加熱器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ノズルは、その内部のガス放射中心から放射状に前記材料ガス流を前記基板の全面に沿って噴出することを特徴とする気相成長装置。 A susceptor that holds the substrate and heats and rotates the substrate, a nozzle that supplies a material gas flow to the upper surface of the substrate, and a gas pressing device that presses the material gas flow toward the entire surface of the substrate and the susceptor And including
The nozzle is a vapor phase growth apparatus characterized in that the material gas flow is ejected radially along the entire surface of the substrate from a gas radiation center in the nozzle.
前記押さえガス噴出器は、前記押さえガスが放射状の材料ガス進行方向と直交するように、前記押さえガスに対して凹状の円弧とした構造の押さえガス噴出口を有すること、を特徴とする請求項1乃至3の何れか1に記載の気相成長装置。 The gas pressing device is a pressing gas ejector that is provided above the susceptor and supplies a pressing gas that presses the material gas flow onto the susceptor and the upper surface of the substrate.
The presser gas ejector includes a presser gas jet outlet having a structure in which a concave arc is formed with respect to the presser gas so that the presser gas is orthogonal to a radial material gas traveling direction. 4. The vapor phase growth apparatus according to any one of 1 to 3.
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