JP2011244009A - Method of manufacturing ain semiconductor - Google Patents

Method of manufacturing ain semiconductor Download PDF

Info

Publication number
JP2011244009A
JP2011244009A JP2011172959A JP2011172959A JP2011244009A JP 2011244009 A JP2011244009 A JP 2011244009A JP 2011172959 A JP2011172959 A JP 2011172959A JP 2011172959 A JP2011172959 A JP 2011172959A JP 2011244009 A JP2011244009 A JP 2011244009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aln
aluminum chloride
gas
semiconductor
reaction tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011172959A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akinori Koketsu
明伯 纐纈
Yoshinao Kumagai
義直 熊谷
Shigeo Ohira
重男 大平
Hiroshi Sano
弘 佐野
Shinji Imamura
真治 今村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Light Metal Co Ltd
Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Light Metal Co Ltd, Tokyo University of Agriculture and Technology NUC filed Critical Nippon Light Metal Co Ltd
Priority to JP2011172959A priority Critical patent/JP2011244009A/en
Publication of JP2011244009A publication Critical patent/JP2011244009A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an AIN semiconductor capable of easily manufacturing AIN semiconductor, and obtaining an AIN semiconductor for an electronic device which is excellent in crystallinity by controlling growth speed of AIN across a wider range and excluding possibility of entrainment of impurities as much as possible.SOLUTION: In a method of manufacturing an AIN semiconductor for an electronic device, NHgas and aluminum chloride gas, which is a result from sublimation or evaporation with absolute aluminum chloride, of which the total of impurity components other than group III elements is 0.001 wt.% or less, that has been heated are caused to react each other by a hydride vapor-phase deposition, to allow crystal growth of AIN on a substrate.

Description

この発明は、ハイドライド気相成長法を用いて基板上にAlNを結晶成長させるAlN半導体の製造方法、及びAlN半導体を製造するためのAlN半導体製造装置に関する。   The present invention relates to an AlN semiconductor manufacturing method for crystal growth of AlN on a substrate using a hydride vapor phase growth method, and an AlN semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing an AlN semiconductor.

窒化アルミニウム(AlN)は、実用化が見込める半導体のなかで最も広いバンドギャップ(〜6.2eV)を有することから、波長の短い深紫外域での半導体発光素子や各種半導体デバイスとしての応用が期待されている。これまで深紫外域のレーザとしてエキシマレーザやYAGレーザ等が利用されているが、AlNを利用した深紫外レーザダイオードが実現すれば、これらのレーザに比べて高効率化を図ることができ、半導体リソグラフィとしての利用や小型・低価格の汎用精密加工、あるいは医療分野での利用といった広範な用途展開が期待できるほか、記録密度の高い光ストレージ、AlNの高い熱伝導率を活かしたハイパワーの白色LED、高出力・高周波電子デバイス作製のための基板材料など電子デバイス分野でも様々な応用が可能となる。   Aluminum nitride (AlN) has the widest bandgap (up to 6.2 eV) among semiconductors that can be put to practical use, so it is expected to be used as a semiconductor light-emitting element and various semiconductor devices in the short ultraviolet region with a short wavelength. ing. Up to now, excimer lasers and YAG lasers have been used as lasers in the deep ultraviolet region, but if a deep ultraviolet laser diode using AlN is realized, higher efficiency can be achieved compared to these lasers. It can be expected to be used in a wide range of applications such as lithography, small-sized, low-cost general-purpose precision processing, and medical applications, high-density white light storage, and high-power white using the high thermal conductivity of AlN. Various applications are also possible in the field of electronic devices such as LEDs and substrate materials for manufacturing high-power / high-frequency electronic devices.

AlN半導体を結晶成長させる技術としては、窒化アルミニウム原料を成長容器に入れ、この成長容器を高周波誘導加熱等によって加熱して原料部を1900〜2250℃程度の高温に保ちつつ原料の昇華分解を進め、この原料部より低温な箇所に再結合再結晶させてAlN単結晶を育成する昇華法、Al原料を溶かした飽和溶液を冷却しながら、AlN結晶を析出させる溶液成長法(フラックス法)、及びホットウォール(hot wall)方式の石英反応管を用い、この石英反応管の原料部で高純度のAl(固体)とHCl(ガス)を反応させてAlのハロゲン化物(ガス)を生成させ、このAlハロゲン化物を石英反応管の反応部に輸送してNH3ガスと反応させてAlNを気相成長させるハイドライド気相成長(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)法が検討されている(HVPE法については、例えば特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2を参照)。しかしながら、昇華法及びフラックス法では口径の大きな結晶を得ることが難しく、AlN半導体を工業的な製品やデバイスに応用するには不向きである。 As a technology for crystal growth of an AlN semiconductor, an aluminum nitride raw material is placed in a growth vessel, and this growth vessel is heated by high-frequency induction heating or the like to keep the raw material portion at a high temperature of about 1900 to 2250 ° C. A sublimation method in which an AlN single crystal is grown by recombination and recrystallization at a lower temperature than the raw material portion, a solution growth method (flux method) in which an AlN crystal is precipitated while cooling a saturated solution in which the Al raw material is dissolved, and Using a hot wall type quartz reaction tube, high purity Al (solid) and HCl (gas) are reacted in the raw material part of the quartz reaction tube to produce Al halide (gas). There is a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method in which Al halide is transported to the reaction part of a quartz reaction tube and reacted with NH 3 gas to vapor phase grow AlN. (See, for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2 for the HVPE method). However, it is difficult to obtain crystals with a large diameter by the sublimation method and the flux method, and it is not suitable for applying AlN semiconductors to industrial products and devices.

一方で、ハイドライド気相成長法は比較的大口径の結晶が得られ、成長速度も高く厚膜のAlNを得るのに適しているものの、AlとHClとを反応させた際に発生するAlClガスやAlCl2ガスが石英反応管(SiO2)を激しく腐食してしまうため、AlN結晶にSiが不純物として混入してしまうおそれがあり、場合によっては石英反応管を破損させてしまう等の問題を抱える。 On the other hand, although the hydride vapor phase growth method can obtain a relatively large-diameter crystal and has a high growth rate and is suitable for obtaining thick AlN, AlCl gas generated when Al is reacted with HCl. Since the AlCl 2 gas corrodes the quartz reaction tube (SiO 2 ) vigorously, there is a possibility that Si may be mixed into the AlN crystal as an impurity. In some cases, the quartz reaction tube may be damaged. Hold it.

このような状況のもと、本発明者らは、上記特許文献1及び非特許文献1に記載するように、ハイドライド気相成長法によるAlNの結晶成長について、石英反応管内の原料部でのAlとHClとの反応を熱力学的に解析してこれまでの問題を解決するに至った。すなわち、図4に示すように、原料部(原料反応部)において反応温度を700℃以下に制御して石英反応管を腐食するおそれのないAlCl3を優先的に発生させ〔下記式(1)〕、このような塩化アルミニウムガスを反応部(成長反応部)に輸送してNH3ガスと反応させてAlNを気相成長させる〔下記式(2)〕ことに成功している。
原料部:Al(s)+3HCl(g)=AlCl3(g)+3/2H2(g) ・・・ ・・・(1)
反応部:AlCl3(g)+NH3(g)=AlN(s)+3HCl(g) ・・・ ・・・(2)
Under such circumstances, as described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, the present inventors conducted AlN crystal growth by hydride vapor phase epitaxy in the raw material portion in the quartz reaction tube. Thermodynamic analysis of the reaction between HCl and HCl has led to the solution of previous problems. That is, as shown in FIG. 4, the reaction temperature is controlled to 700 ° C. or lower in the raw material part (raw material reaction part) to preferentially generate AlCl 3 that does not corrode the quartz reaction tube [formula (1) ], Such an aluminum chloride gas was transported to the reaction part (growth reaction part) and reacted with NH 3 gas, and AlN was vapor-phase grown [the following formula (2)].
Raw material part: Al (s) + 3HCl (g) = AlCl 3 (g) + 3 / 2H 2 (g) (1)
Reaction section: AlCl 3 (g) + NH 3 (g) = AlN (s) + 3HCl (g) (2)

このハイドライド気相成長法を用いたAlN半導体の製造方法については、更なる検討課題を挙げることができる。AlNの成長速度を広範囲に制御するためには、反応部におけるAlCl3ガスの分圧P0 AlCl3を広範囲に制御する必要がある。ハイドライド気相成長法では上記の式(1)の反応により生成したAlCl3ガスを用いる。このために、反応部におけるAlCl3ガスの分圧P0 AlCl3は、次の式(3)に示されるように、原料部に供給するHClガスの分圧P0 HClとHClガスの供給量FLOWHClと反応部における全流量FLOWTotalとにより決定される。
0 AlCl3=1/3・P0 HCl・FLOWHCl/FLOWTotal ・・・ ・・・(3)
Regarding the manufacturing method of the AlN semiconductor using this hydride vapor phase growth method, the further examination subject can be mentioned. To extensively control the growth rate of AlN is the partial pressure P 0 AlCl3 of AlCl 3 gas is necessary to control a wide range in the reaction section. In the hydride vapor phase growth method, AlCl 3 gas generated by the reaction of the above formula (1) is used. For this, AlCl 3 partial pressure P 0 AlCl3 gas in the reaction section, as shown in the following equation (3), the supply amount FLOW partial pressure P 0 HCl and HCl gas HCl gas supplied to the feed unit It is determined by HCl and the total flow rate FLOW Total in the reaction section.
P 0 AlCl3 = 1/3 · P 0 HCl · FLOW HCl / FLOW Total (3)

しかしながら、P0 HClは使用するHClガスボンベ中のHCl濃度により一義的に決まる。このために、反応部におけるAlCl3ガスの分圧P0 AlCl3の制御はHClガスの供給量FLOWHClで行わなくてはならない。この流量の制御には通常マスフローコントローラと呼ばれる流量制御器が用いられるが、その制御可能な範囲はは使用するマスフローコントローラの制御範囲で決まってしまい、通常はフルスケールの数%以下は制御ができない。そのため、AlNを結晶成長させる上でのAl源の供給が限られた範囲でしか行えないことになり、AlN半導体の制御に制約が生じてしまう。さらには、式(1)での反応はAlCl3の選択的な生成のために700℃以下の低温を用いる必要がある。そのために、高濃度のHCl供給を行うと、式(1)で示される反応が不十分となり未反応のHClガスが式(2)の主反応部に供給されてしまう。この未反応のHClガスが反応部に供給された場合は、式(2)で予想されるように成長速度が遅くなる。 However, P 0 HCl is uniquely determined by the HCl concentration in the HCl gas cylinder used. For this, the control of AlCl 3 partial pressure P of the gas 0 AlCl3 in the reaction unit must be carried out at a feed rate FLOW HCl in HCl gas. A flow rate controller called a mass flow controller is usually used to control this flow rate, but the controllable range is determined by the control range of the mass flow controller to be used, and usually it cannot be controlled below several percent of full scale. . Therefore, the supply of the Al source for growing the crystal of AlN can be performed only within a limited range, which restricts the control of the AlN semiconductor. Furthermore, the reaction in formula (1) requires the use of a low temperature of 700 ° C. or lower for the selective production of AlCl 3 . Therefore, if a high concentration of HCl is supplied, the reaction represented by the formula (1) becomes insufficient and unreacted HCl gas is supplied to the main reaction section of the formula (2). When this unreacted HCl gas is supplied to the reaction section, the growth rate is slowed as expected by equation (2).

また、上記ハイドライド気相成長法では、反応管内に原料部(原料反応部)と反応部(成長反応部)とを設ける必要があることから、反応装置自体が大規模になってしまう点も改良の余地がある。さらに、原料部に備えた金属Alを定期的に補充する必要があり、この際には反応装置を開放することになり、反応装置全体が水分や酸素等で汚染される原因となる。   In addition, the above hydride vapor phase growth method requires that a raw material part (raw material reaction part) and a reaction part (growth reaction part) be provided in the reaction tube, so that the reaction apparatus itself becomes large-scale. There is room for. Furthermore, it is necessary to periodically replenish the metal Al provided in the raw material part. In this case, the reaction apparatus is opened, which causes the entire reaction apparatus to be contaminated with moisture, oxygen, or the like.

ところで、ハイドライド気相成長法を用いたAlN半導体の気相成長においては、AlCl3を直接原料として用いることも考えられるが、これまで入手可能であったAlCl3の純度では、これに含まれる不純物金属によって石英反応管内の汚染を引き起こしてしまって十分に反応が進まなくなる問題や、得られるAlN中にこの不純物金属が混入してしまう問題があった。そのため、これまで、AlCl3を直接原料に用いてAlN半導体を製造したとする報告はされていない。 By the way, in the vapor phase growth of an AlN semiconductor using the hydride vapor phase growth method, it is conceivable to use AlCl 3 directly as a raw material. However, in the purity of AlCl 3 that has been available so far, impurities contained therein There were problems that the contamination in the quartz reaction tube was caused by the metal and the reaction did not proceed sufficiently, and that this impurity metal was mixed into the resulting AlN. For this reason, there has been no report that an AlN semiconductor is manufactured using AlCl 3 directly as a raw material.

特開2003−303,774号公報JP2003-303,774

熊谷義直、纐纈明伯,「ハイドライド気相成長法によるAl系窒化物の高速成長」,社団法人電子情報通信学会 信学技報,ED2004-121、CPM2004-95、LQE2004-59(2004-10),p27−32.Yoshinao Kumagai and Maki Haku, “High-speed growth of Al-based nitrides by hydride vapor phase growth”, IEICE Technical Report, ED2004-121, CPM2004-95, LQE2004-59 (2004-10) , P27-32. Yu-Huai LIU, Tomoaki TANABE, Hideo MIYAKE, Kazumasa HIRAMATSU, Tomohiko SHIBATA, Mutsuhiro TANAKA and Yoshihiko MASA, Japanese Journal of Applied Physics, vol.44, No.17, 2005, pp.L505-L507.Yu-Huai LIU, Tomoaki TANABE, Hideo MIYAKE, Kazumasa HIRAMATSU, Tomohiko SHIBATA, Mutsuhiro TANAKA and Yoshihiko MASA, Japanese Journal of Applied Physics, vol.44, No.17, 2005, pp.L505-L507.

そこで本発明者らは、2インチ径以上の大口径のAlN半導体を製造することができると共に厚膜のAlN半導体を得るのに適した、ハイドライド気相成長法を用いたAlN半導体の製造方法において、従来の方法が抱える種々の検討課題を解決するために鋭意検討した結果、固体の無水塩化アルミニウム(AlCl3)を加熱して昇華又は気化させて得た塩化アルミニウムガスを用いてNH3ガスと直接反応させることによって、上述したような問題を全て解消することができることを見出し、本発明を完成した。 Accordingly, the present inventors can manufacture an AlN semiconductor having a large diameter of 2 inches or more and a method for manufacturing an AlN semiconductor using a hydride vapor phase growth method suitable for obtaining a thick AlN semiconductor. As a result of diligent studies to solve various problems of the conventional methods, NH 3 gas and aluminum chloride gas obtained by heating and sublimating or vaporizing solid anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ) It has been found that all the above-mentioned problems can be solved by direct reaction, and the present invention has been completed.

従って、本発明の目的は、AlN半導体製造の実用化に向けて比較的有利とされるハイドライド気相成長法を用いたAlN半導体の製造方法において、従来の方法より簡便にAlN半導体を製造することができると共に、AlNの成長速度をより広い範囲で制御することが可能であり、尚且つ、不純物の混入のおそれを可及的に排除して、結晶性にも優れたAlN半導体を得ることができるAlN半導体の製造方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、AlN半導体を簡便に製造することができると共に、AlNの成長速度の制御が容易に行うことができ、尚且つ、不純物の混入を可及的に排除できるAlN半導体の製造装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to manufacture an AlN semiconductor more easily than a conventional method in an AlN semiconductor manufacturing method using a hydride vapor phase growth method, which is relatively advantageous for practical application of AlN semiconductor manufacturing. In addition, it is possible to control the growth rate of AlN in a wider range, and to obtain an AlN semiconductor with excellent crystallinity by eliminating the possibility of contamination with impurities as much as possible. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an AlN semiconductor.
Another object of the present invention is to make it possible to easily manufacture an AlN semiconductor, to easily control the growth rate of AlN, and to eliminate contamination of impurities as much as possible. The object is to provide a semiconductor manufacturing apparatus.

すなわち、本発明は、III族元素以外の不純物成分の合計が0.001重量%以下である無水塩化アルミニウムを加熱して昇華又は気化させた塩化アルミニウムガスとNH3ガスとをハイドライド気相成長法により反応させ、基板上にAlNを結晶成長させることを特徴とする電子デバイス用のAlN半導体の製造方法である。 That is, the present invention provides a hydride vapor phase growth method using an aluminum chloride gas and NH 3 gas obtained by heating and sublimating or vaporizing anhydrous aluminum chloride in which the total of impurity components other than the group III element is 0.001% by weight or less. This is a method for producing an AlN semiconductor for electronic devices, characterized in that AlN is crystal-grown on a substrate.

また、本発明は、ハイドライド気相成長法を用いて基板上にAlNを結晶成長させるAlN半導体の製造装置であって、無水塩化アルミニウムを加熱して昇華又は気化させて塩化アルミニウムガスを排出する気化器と反応管装置とからなるAlN半導体製造装置である。   The present invention also relates to an AlN semiconductor manufacturing apparatus for growing AlN on a substrate by using a hydride vapor phase growth method, in which anhydrous aluminum chloride is heated to sublimate or vaporize to vaporize aluminum chloride gas. This is an AlN semiconductor manufacturing apparatus comprising a vessel and a reaction tube apparatus.

本発明においては、Al源として無水塩化アルミニウム(AlCl3)を加熱して昇華又は気化させて得た塩化アルミニウムガスを用い、N源としてはNH3ガスを用いて、下記式(4)に示すようなハイドライド気相成長法による反応により、基板上にAlNを結晶成長させる。
AlCl3(g)+NH3(g)=AlN(s)+3HCl(g) ・・・ ・・・(4)
In the present invention, an aluminum chloride gas obtained by heating and sublimating or vaporizing anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ) is used as the Al source, and NH 3 gas is used as the N source, which is expressed by the following formula (4). AlN is crystal-grown on the substrate by a reaction by such a hydride vapor phase growth method.
AlCl 3 (g) + NH 3 (g) = AlN (s) + 3HCl (g) (4)

このうち、基板上にAlNを結晶成長させる反応部における塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3については、温度Tに保たれた塩化アルミニウムの蒸気圧P00 AlCl3(T)と、この塩化アルミニウムを輸送するキャリアガスの供給量FLOWAlCl3キャリアと、反応部における全流量FLOWTotalとを用いて、以下の式(5)のように表すことができる。
0 AlCl3=P00 AlCl3(T)・FLOWAlCl3キャリア/FLOWTotal・・・ ・・・(5)
Among these, for the partial pressure P 0 AlCl 3 of aluminum chloride gas in the reaction section where AlN crystal grows on the substrate, the vapor pressure P 00 AlCl 3 (T) of aluminum chloride maintained at the temperature T and the aluminum chloride transported The carrier gas supply amount FLOW AlCl3 carrier to be used and the total flow rate FLOW Total in the reaction section can be used to express the following equation (5).
P 0 AlCl3 = P 00 AlCl3 ( T) · FLOW AlCl 3 carriers / FLOW Total ··· ··· (5)

ここで、図1に塩化アルミニウムの蒸気圧曲線を示す。実線が二量体〔(AlCl3)2〕の蒸気圧曲線を表し、破線が単量体〔AlCl3〕の蒸気圧曲線を表す。通常、塩化アルミニウムは440℃以下の気体では二量体となっていると考えられるため、本発明において塩化アルミニウムガスと言う場合には単量体と二量体とのいずれの状態をも含むものとする。そして、本発明においては、無水塩化アルミニウムの加熱温度を調節することにより塩化アルミニウムの蒸気圧P00 AlCl3(T)を変えることができ、塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3を、FLOWAlCl3キャリアのみならずP00 AlCl3(T)の制御によって幅広い範囲で制御することが可能となる。すなわち、無水塩化アルミニウムの加熱温度を調整することにより、AlNの成長速度を広範囲に制御することが可能となる。 Here, the vapor pressure curve of aluminum chloride is shown in FIG. The solid line represents the vapor pressure curve of the dimer [(AlCl 3 ) 2 ], and the broken line represents the vapor pressure curve of the monomer [AlCl 3 ]. Usually, since aluminum chloride is considered to be a dimer in a gas of 440 ° C. or lower, the term “aluminum chloride gas” in the present invention includes both states of a monomer and a dimer. . Then, in the present invention, it is possible to alter the vapor pressure P 00 AlCl3 (T) of aluminum chloride by adjusting the heating temperature of the anhydrous aluminum chloride, the partial pressure P 0 AlCl3 Aluminum chloride gas, FLOW AlCl 3 carrier In addition, it is possible to control in a wide range by controlling P 00 AlCl 3 (T). That is, the growth rate of AlN can be controlled over a wide range by adjusting the heating temperature of anhydrous aluminum chloride.

具体的には、無水塩化アルミニウムの加熱温度を50〜180℃、好ましくは70〜150℃、より好ましくは85〜135℃の範囲で調節するのがよい。無水塩化アルミニウムの加熱温度が50℃より低いと、塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3が低くなりすぎて十分なAlNの成長速度を確保することができず、反対に180℃より高くなると図1より明らかなように、塩化アルミニウムの蒸気圧P00 AlCl3(T)が1atmに達し、塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3の制御が不可能となる。そして、このように無水塩化アルミニウムを加熱する際の加熱温度を調節することによって、塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3は、塩化アルミニウムガスのキャリアガス供給量FLOWAlCl3キャリアにもよるが、1×10-6〜1×10-1atmの範囲で幅広く設定することが可能になり、AlNの結晶成長速度を0.1〜1000μm/hの範囲で制御することが可能となる。 Specifically, the heating temperature of anhydrous aluminum chloride is adjusted to 50 to 180 ° C, preferably 70 to 150 ° C, more preferably 85 to 135 ° C. When the heating temperature of anhydrous aluminum chloride is lower than 50 ° C., the partial pressure P 0 AlCl 3 of the aluminum chloride gas becomes too low to secure a sufficient AlN growth rate, and conversely, when the heating temperature is higher than 180 ° C., FIG. As is clear, the vapor pressure P 00 AlCl 3 (T) of aluminum chloride reaches 1 atm, and the partial pressure P 0 AlCl 3 of the aluminum chloride gas cannot be controlled. By adjusting the heating temperature when heating anhydrous aluminum chloride in this way, the partial pressure P 0 AlCl 3 of the aluminum chloride gas depends on the carrier gas supply amount FLOW AlCl 3 carrier of the aluminum chloride gas, but 1 It becomes possible to set a wide range in the range of × 10 −6 to 1 × 10 −1 atm, and the crystal growth rate of AlN can be controlled in the range of 0.1 to 1000 μm / h.

また、本発明において用いる無水塩化アルミニウム(AlCl3)については、Alと同じIII族の元素以外の不純物成分を可及的に低減した無水塩化アルミニウムであるのがよく、好ましくはIII族元素以外の不純物成分の合計が0.001重量%以下であるのがよい。III族元素としてガリウム(Ga)、ホウ素(B)及びインジウム(In)等を挙げることができるが、これらの元素が無水塩化アルミニウム中に含まれていて、仮にAlNを結晶成長させる際に混入したとしても、AlN半導体と混晶を形成すると考えられることから、特に積極的な排除は要しない。一方、III族元素以外の不純物成分としては、例えば工業的な無水塩化アルミニウムの製造に用いられるアルミニウム原料に由来するナトリウム(Na)、マグネシウム(Mg)、ケイ素(Si)、カリウム(K)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、カルシウム(Ca)等の不純物金属や、水(H2O)や酸素(O)等の不純物を挙げることができる。上記のようなアルミニウム原料由来の不純物金属がAlNに混入すると、AlNの結晶性(結晶の品質)に悪影響を与えると考えられ、得られたAlN半導体を電子デバイスに用いた際にバンドギャップ、透過率等の光学的特性や、導電性、キャリア密度、移動度等の電気的特性等に影響を及ぼすおそれがある。また、水(H2O)や酸素(O)についても同様に排除が必要である。そのため、III族元素以外の不純物成分の合計が0.001重量%以下である無水塩化アルミニウムを用いるのが好ましい。更に好ましくは、無水塩化アルミニウムの純度が99.999重量%以上である高純度無水塩化アルミニウムであるのがよい。ここで、「無水塩化アルミニウムの純度」とは、III族元素を含めた不純物成分の合計を差し引いて求められる無水塩化アルミニウムの純度であって、通常供される分析法において検出可能な不純物濃度以外は全て純分とみなすという意味である。 The anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ) used in the present invention is preferably anhydrous aluminum chloride in which impurity components other than the same group III elements as Al are reduced as much as possible, preferably other than the group III elements. The total of the impurity components is preferably 0.001% by weight or less. Examples of group III elements include gallium (Ga), boron (B), and indium (In). These elements are contained in anhydrous aluminum chloride, and are mixed during the crystal growth of AlN. However, since it is considered that a mixed crystal is formed with the AlN semiconductor, no positive exclusion is required. On the other hand, as impurity components other than Group III elements, for example, sodium (Na), magnesium (Mg), silicon (Si), potassium (K), titanium derived from an aluminum raw material used for industrial anhydrous aluminum chloride production Impurity metals such as (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), calcium (Ca), water Examples thereof include impurities such as (H 2 O) and oxygen (O). When impurity metals derived from aluminum materials as described above are mixed into AlN, it is considered that the crystallinity (crystal quality) of AlN is adversely affected. When the obtained AlN semiconductor is used in an electronic device, the band gap and transmission This may affect optical characteristics such as the rate and electrical characteristics such as conductivity, carrier density, and mobility. Similarly, water (H 2 O) and oxygen (O) must be excluded. Therefore, it is preferable to use anhydrous aluminum chloride in which the total of impurity components other than Group III elements is 0.001% by weight or less. More preferably, the purity of anhydrous aluminum chloride is 99.999% by weight or more. Here, “purity of anhydrous aluminum chloride” refers to the purity of anhydrous aluminum chloride obtained by subtracting the total of impurity components including group III elements, other than the impurity concentration that can be detected by a commonly used analytical method. Means that everything is considered pure.

本発明において、無水塩化アルミニウムを加熱して塩化アルミニウムガスを昇華させ又は気化させる際には気化器を用いるようにするのが好ましい。気化器については有機金属気相成長法(MOVPE)等において一般的に使用されるものを用いることができ、具体的には、少なくとも収容した無水塩化アルミニウムを昇華又は気化させる温度制御可能な加熱手段と、塩化アルミニウムガスを輸送するキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管と、キャリアガスと共に塩化アルミニウムガスを気化器の外部に排出させる排出管とを備えたものであるのがよい。なお、無水塩化アルミニウムは常温では固体の粉末であって、空気中の水分を吸って加水分解を起こし易いことから、気化器に充填する際には無水塩化アルミニウムが大気と触れないようにグローブボックス内で作業する必要がある。尚、無水塩化アルミニウムを気化器に充填する際には予め120℃程度で0.5〜1時間加熱する脱水処理を行うようにするのがよい。   In the present invention, it is preferable to use a vaporizer when heating the anhydrous aluminum chloride to sublimate or vaporize the aluminum chloride gas. As the vaporizer, those generally used in metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) can be used, and specifically, a temperature-controllable heating means for sublimating or vaporizing at least contained anhydrous aluminum chloride. And a carrier gas supply pipe for supplying a carrier gas for transporting the aluminum chloride gas, and a discharge pipe for discharging the aluminum chloride gas together with the carrier gas to the outside of the vaporizer. Anhydrous aluminum chloride is a solid powder at room temperature and easily absorbs moisture in the air to cause hydrolysis, so when filling the vaporizer, keep the anhydrous aluminum chloride away from the atmosphere. Need to work within. In addition, when filling an anhydrous aluminum chloride into a vaporizer, it is good to perform the dehydration process which heats for about 0.5 to 1 hour at about 120 degreeC previously.

気化器で昇華又は気化させた塩化アルミニウムガスについては、N2、He、Ar等の不活性ガス、及びH2からなる群より選ばれた1種又はこれらの組み合わせからなるAlCl3キャリアガスを用いて気化器の外部に排出させ、別途供給されるNH3ガスとハイドライド気相成長法により反応させて基板上にAlNを結晶成長させる。ハイドライド気相成長法は有機金属気相成長(MOVPE)法などの他の気相成長法に比べて目的とする結晶の成長速度が速く、使用する原料に炭素を含まないことから高純度の結晶が得られる特徴がある。ハイドライド気相成長法により塩化アルミニウムガスとNH3ガスとを反応させる温度については、AlNが結晶成長する基板上の温度が1000〜1200℃となるようにするのがよい。 For the aluminum chloride gas sublimated or vaporized by the vaporizer, an inert gas such as N 2 , He, Ar, etc., and an AlCl 3 carrier gas made of one or a combination selected from the group consisting of H 2 are used. Then, it is discharged to the outside of the vaporizer and reacted with NH 3 gas supplied separately by hydride vapor phase growth to grow AlN on the substrate. Hydride vapor phase growth is faster than other vapor phase growth methods such as metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), and the target material does not contain carbon. There is a feature that can be obtained. Regarding the temperature at which the aluminum chloride gas and NH 3 gas are reacted by the hydride vapor phase growth method, the temperature on the substrate on which AlN crystal grows is preferably 1000 to 1200 ° C.

塩化アルミニウムガスとNH3ガスとを反応させる際には反応管を用いて行うのがよく、好ましくは石英製の反応管を用いるのがよい。塩化アルミニウムガスとNH3ガスとを反応させるための温度に加熱する手段については特に制限はなく、ホットウォール(hot wall)方式で反応管自体を加熱しながら所定の温度になるようにしてもよく、コールドウォール(cold wall)方式により基板のみを加熱するようにしてもよい。そして、例えば上記反応管については、塩化アルミニウムガスを供給するための塩化アルミニウムガス供給管と、NH3ガスを供給するためのNH3ガス供給口と、AlNを結晶成長させる基板を保持するための基板保持手段と、反応管内のガスを排出するための排出口とを設けるようにし、特にホットウォール方式を採用する場合には反応管の側面を覆うようにした温度制御可能な加熱手段と共に反応管装置を構成するのがよい。 When reacting the aluminum chloride gas and the NH 3 gas, it is preferable to use a reaction tube, preferably a quartz reaction tube. There is no particular limitation on the means for heating to a temperature for reacting the aluminum chloride gas and NH 3 gas, and the reaction tube itself may be heated to a predetermined temperature by a hot wall method. Alternatively, only the substrate may be heated by a cold wall method. Then, for example, for the above reaction tube, for supplying the aluminum chloride gas and aluminum gas supply pipe chloride, and NH 3 gas supply port for supplying the NH 3 gas, for holding a substrate to crystal growth of AlN The reaction tube is provided with a temperature-controllable heating means provided with a substrate holding means and a discharge port for discharging the gas in the reaction tube, and in particular when a hot wall system is adopted so as to cover the side surface of the reaction tube. The device should be configured.

また、本発明におけるNH3ガスについては半導体製造分野において一般的に使用される半導体グレードのものを使用するのがよい。このNH3ガスを反応管内に供給する際にはN2、He、Ar等の不活性ガス、及びH2からなる群より選ばれた1種又はこれらの組み合わせからなるNH3キャリアガスを用いて導入するようにしてもよい。 In addition, as the NH 3 gas in the present invention, it is preferable to use a semiconductor grade gas generally used in the semiconductor manufacturing field. When this NH 3 gas is supplied into the reaction tube, an inert gas such as N 2 , He, Ar or the like, and an NH 3 carrier gas made of one or a combination selected from the group consisting of H 2 are used. You may make it introduce.

また、本発明において、AlN半導体を結晶成長させる基板(初期基板)については、気相成長法で一般的に使用されるサファイア(Al2O3)、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)基板等を用いることができ、例えばサファイアでは(0001)を、AlN結晶を成長させる結晶成長面として用いることができる。反応管内で塩化アルミニウムガスとNH3ガスとを反応させる際には、NH3ガス供給口より塩化アルミニウムガス供給管の先端がより基板に近い位置になるように配置するのが好ましく、塩化アルミニウムガス供給管の先端と基板の結晶成長面との距離Lが10〜100mmとなるようにするのがよい。また、得られるAlNの成長膜厚の均一化の観点から、好ましくは塩化アルミニウムガス及びNH3ガスの流れに対して基板の結晶成長面を垂直にするのがよい。 In the present invention, for a substrate (initial substrate) on which an AlN semiconductor is crystal-grown, sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), and gallium nitride (GaN) that are generally used in vapor phase growth are used. A substrate or the like can be used. For example, in sapphire, (0001) can be used as a crystal growth surface for growing an AlN crystal. When the aluminum chloride gas and NH 3 gas are reacted in the reaction tube, it is preferable to arrange the tip of the aluminum chloride gas supply tube closer to the substrate than the NH 3 gas supply port. The distance L between the tip of the supply tube and the crystal growth surface of the substrate is preferably 10 to 100 mm. Further, from the viewpoint of making the growth thickness of the AlN film obtained uniform, the crystal growth surface of the substrate is preferably perpendicular to the flow of aluminum chloride gas and NH 3 gas.

本発明によれば、基板上にAlNを結晶成長させてAlN半導体を製造することができるが、このAlN半導体は、必要によりGa、B、In等の元素を任意の比率で混入させて混晶を形成するようにしてもよい。   According to the present invention, an AlN semiconductor can be manufactured by crystal growth of AlN on a substrate. This AlN semiconductor can be mixed crystal by mixing elements such as Ga, B, In and the like at an arbitrary ratio as necessary. May be formed.

本発明によれば、塩化アルミニウムガスとNH3ガスとを直接反応させて基板上にAlN半導体を結晶成長させることができるため、これまでのハイドライド気相成長法によるAlN半導体の製造方法、すなわち、高純度の金属Alを石英反応管の原料部にてHClと反応させてAlのハロゲン化物(ガス)を生成させ、このAlハロゲン化物を石英反応管の反応部に輸送してNH3ガスと反応させてAlNを気相成長させる方法で課題であったAlClガスやAlCl2ガスが石英反応管を腐食させる問題を根本的に解決することができる。また、従来の方法でAlCl3を優先的に発生させるために行っていた石英反応管の原料部での厳密な温度制御が不要となり、この原料部も設ける必要がなくなることから、石英反応管に係る装置自体もより簡易化・小型化することができ、その設計の自由度も増す。更には、無水塩化アルミニウム(AlCl3)の加熱温度を調節することにより塩化アルミニウムガスの蒸気圧P00 AlCl3(T)を変化させることができ、幅広い範囲で塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3を設定することができ、AlNの成長速度の制御がこれまでより簡便に、かつ、幅広い範囲で選択することができるようになる。 According to the present invention, since the AlN semiconductor can be crystal-grown on the substrate by directly reacting the aluminum chloride gas and the NH 3 gas, the AlN semiconductor manufacturing method by the conventional hydride vapor phase growth method, High purity metal Al is reacted with HCl in the raw material part of the quartz reaction tube to produce Al halide (gas), and this Al halide is transported to the reaction part of the quartz reaction tube and reacted with NH 3 gas. Thus, it is possible to fundamentally solve the problem that AlCl gas or AlCl 2 gas corrodes the quartz reaction tube, which has been a problem in the method of vapor phase growth of AlN. In addition, since it is not necessary to strictly control the temperature in the raw material part of the quartz reaction tube, which has been performed in order to preferentially generate AlCl 3 by the conventional method, it is not necessary to provide this raw material part. Such a device itself can be further simplified and miniaturized, and the degree of freedom of design is increased. Furthermore, the vapor pressure P 00 AlCl 3 (T) of the aluminum chloride gas can be changed by adjusting the heating temperature of anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ), and the partial pressure P 0 AlCl 3 of the aluminum chloride gas can be varied over a wide range. Therefore, the control of the growth rate of AlN can be selected more easily and in a wide range.

また、本発明の製造方法により得られるAlN半導体は、石英反応管の腐食に伴うSiの混入が防止されるほか、特に、高純度の無水塩化アルミニウム(AlCl3)を昇華又は気化させて得た塩化アルミニウムガスを使用することにより、デバイス特性に特に悪影響をおよぼすと考えられるMg、Na、K、Ca、Cr、Fe、Zn、C、O、H2O等の不純物の混入を可及的に低減することができ、純度が高く、結晶性に優れたAlN半導体である。 In addition, the AlN semiconductor obtained by the production method of the present invention was obtained by sublimation or vaporization of high-purity anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ), in addition to preventing Si contamination due to corrosion of the quartz reaction tube. By using aluminum chloride gas, contamination of impurities such as Mg, Na, K, Ca, Cr, Fe, Zn, C, O, and H 2 O, which are considered to have a particularly bad influence on device characteristics, is made possible. It is an AlN semiconductor that can be reduced, has high purity, and excellent crystallinity.

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, based on an Example and a comparative example, this invention is demonstrated more concretely.

図2は、本発明のAlN半導体の製造方法に用いるAlN半導体製造装置Xを示す。このAlN半導体製造装置Xは、内径60mm×長さ1000mmの横型石英反応管1とこの石英反応管1の外周側面を取り囲むように設けられた温度制御可能な反応管加熱手段7とからなる反応管装置8に、振り分け装置14を介して容積1500cm3の気化器9が接続されてなる。この石英反応管1は、その一端にNH3ガスを供給するためのNH3ガス供給口2と、その内部まで塩化アルミニウムガスを供給するための塩化アルミニウムガス供給管3と、他端側に反応管内部のガスを排出するための排出口4と、反応管内部でAlNを結晶成長させる基板(初期基板)5を保持する基板保持手段6とを備えてなる。気化器9は、その外周を取り囲むように設けられた温度制御可能な気化器加熱手段10によって図示外の供給口から内部に充填された固体の無水塩化アルミニウム(AlCl3)11を加熱できるようにされており、また、その内部にキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管12と、昇華した塩化アルミニウムガスを気化器9の外部に排出するための排出管13とを備えている。そして、これらキャリアガス供給管12及び排出管13の外部に露出した側の一端には、ガスのON−OFF制御が可能なバルブx1、バルブx2がそれぞれ設けられている。 FIG. 2 shows an AlN semiconductor manufacturing apparatus X used in the AlN semiconductor manufacturing method of the present invention. This AlN semiconductor manufacturing apparatus X is a reaction tube comprising a horizontal quartz reaction tube 1 having an inner diameter of 60 mm and a length of 1000 mm and a temperature-controllable reaction tube heating means 7 provided so as to surround the outer peripheral side surface of the quartz reaction tube 1. A vaporizer 9 having a volume of 1500 cm 3 is connected to the device 8 via a sorting device 14. This quartz reaction tube 1 has an NH 3 gas supply port 2 for supplying NH 3 gas to one end thereof, an aluminum chloride gas supply tube 3 for supplying aluminum chloride gas to the inside thereof, and a reaction on the other end side. A discharge port 4 for discharging the gas inside the tube and a substrate holding means 6 for holding a substrate (initial substrate) 5 for crystal growth of AlN inside the reaction tube are provided. The vaporizer 9 can heat solid anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ) 11 filled therein from a supply port (not shown) by means of a temperature-controllable vaporizer heating means 10 provided so as to surround the outer periphery of the vaporizer 9. In addition, a carrier gas supply pipe 12 for supplying a carrier gas therein and a discharge pipe 13 for discharging the sublimated aluminum chloride gas to the outside of the vaporizer 9 are provided. A valve x 1 and a valve x 2 capable of ON / OFF control of the gas are provided at one end of the carrier gas supply pipe 12 and the discharge pipe 13 exposed to the outside.

反応管装置8と気化器9とをつなぐ振り分け装置14は、開口部A1、A2、B1、B2、及びB3を有した配管システムから構成されている。このうち開口部A2については気化器9のキャリアガス供給管12の先端とジョイント部15aを介して接続されており、開口部A1から流したキャリアガスが気化器9に供給されるようにキャリアガス配管16が設けられている。開口部B1については気化器9の排出管13の先端とジョイント部15bを介して接続されており、気化器9で昇華した塩化アルミニウムガスをキャリアガスと共に塩化アルミニウムガス輸送管17を介して輸送し、開口部B2が反応管装置8の塩化アルミニウムガス供給管3の一端と接続されて石英反応管1の内部に塩化アルミニウムガスが供給される。また、上記キャリアガス配管16は、開口部A1を入って途中で枝分かれして塩化アルミニウムガス輸送管17にバイパスされると共にその終端には開口部B3が備えられた捨て配管18が設けられている。 The distribution device 14 that connects the reaction tube device 8 and the vaporizer 9 is composed of a piping system having openings A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , and B 3 . Among these, the opening A 2 is connected to the tip of the carrier gas supply pipe 12 of the vaporizer 9 via the joint portion 15 a so that the carrier gas flowing from the opening A 1 is supplied to the vaporizer 9. A carrier gas pipe 16 is provided. The opening B 1 is connected to the tip of the discharge pipe 13 of the vaporizer 9 via a joint 15b, and the aluminum chloride gas sublimated in the vaporizer 9 is transported together with the carrier gas via the aluminum chloride gas transport pipe 17. Then, the opening B 2 is connected to one end of the aluminum chloride gas supply pipe 3 of the reaction tube device 8 so that the aluminum chloride gas is supplied into the quartz reaction tube 1. Further, the carrier gas pipe 16 branches in the middle of the opening A 1 and is bypassed to the aluminum chloride gas transport pipe 17, and a waste pipe 18 having an opening B 3 is provided at the end thereof. ing.

また、上記キャリアガス配管16の開口部A2の手前にはバルブx3が、塩化アルミニウムガス輸送管17の開口部B1の手前にはバルブx4が、塩化アルミニウムガス輸送管17の途中であって上記捨て配管18との接続部分より石英反応管1側の位置にはバルブx5が、捨て配管18の途中であってキャリアガス配管16と塩化アルミニウムガス輸送管17とをバイパスする途中にはバルブx6が、及び捨て配管18の終端である開口部B3の手前にはバルブx7が、それぞれ設けられており、これらのバルブはいずれもガスのON−OFF制御が可能である。 In addition, the valve x 3 is in front of the opening A 2 of the carrier gas pipe 16, and the valve x 4 is in the middle of the aluminum chloride gas transport pipe 17 in front of the opening B 1 of the aluminum chloride gas transport pipe 17. The valve x 5 is located at the quartz reaction tube 1 side of the connection with the waste pipe 18 and is in the middle of the waste pipe 18 and bypasses the carrier gas pipe 16 and the aluminum chloride gas transport pipe 17. the valve x6 is, the front of the opening B 3 is the end of and discard pipe 18 valve x 7 is provided respectively, the valves are capable of oN-OFF control of both gases.

そして更に、上記振り分け装置14の塩化アルミニウムガス輸送管17と、気化器9の排出管13の露出部分とには、温度制御可能な配管加熱手段19が備えられており、この配管加熱手段19によってこれらの配管の内部の温度が、気化器8によって昇華した塩化アルミニウムガスの温度よりプラス20℃程度となるように設定される。   Further, the aluminum chloride gas transport pipe 17 of the sorting device 14 and the exposed portion of the discharge pipe 13 of the vaporizer 9 are provided with pipe heating means 19 capable of temperature control. The temperature inside these pipes is set to be about 20 ° C. higher than the temperature of the aluminum chloride gas sublimated by the vaporizer 8.

このようにして構成したAlN半導体製造装置Xの使用方法の一例を示すと、先ず、塩化アルミニウムガスとNH3ガスとの反応を行わない待機状態では、上記バルブx3、x1、x2、及びx4を順次閉じた後、上記バルブx6を開けて開口部A1からキャリアガスを流しながら、バルブx5を開くと同時にバルブx7を閉じて石英反応管1にキャリアガスが流れた状態としておく。実際にAlNを結晶成長させる際には、上記の待機状態からバルブx4、x2、x3、及びx1を順次開いた後、バルブx6を閉じてキャリアガスを気化器9側に供給するようにする。そして、AlNの結晶成長を終了する際には、バルブx6を開き、バルブx3、x1、x2、及びx4を順次閉じてキャリアガスを直接石英反応管1に流し込むようにして、再び待機状態に戻すようにする。ここで、気化器9内に充填した無水塩化アルミニウムの残量が所定の値以下であれば、ジョイント部15a及び15bで気化器9を取り外し、無水塩化アルミニウムを充填して別途用意された新たな気化器9と交換するようにする。新たな気化器9が取り付けられた後には、上記バルブx7を開き、バルブx5を閉じた後、バルブx3及びバルブx4を開いて開口部B3からキャリアガスを排気しながら、気化器9の交換の際に振り分け装置14内に混入したおそれのある空気等を全て取り除くようにする。そして、バルブx3及びx4を閉じてバルブx5を開き、バルブx7を閉じて再び待機状態に戻すようにしておき、AlNの結晶成長を再開する場合には上記と同じ手順を繰り返せばよい。 An example of how to use the thus configured AlN semiconductor manufacturing apparatus X is as follows. First, in the standby state where the reaction between the aluminum chloride gas and the NH 3 gas is not performed, the valves x 3 , x 1 , x 2 , And x 4 are sequentially closed, and then the valve x 6 is opened and the carrier gas is allowed to flow from the opening A1, while the valve x 5 is opened and the valve x 7 is closed and the carrier gas flows into the quartz reaction tube 1. Keep it as In actual crystal growth of AlN, the valves x 4 , x 2 , x 3 , and x 1 are sequentially opened from the standby state, and then the valve x 6 is closed and the carrier gas is supplied to the vaporizer 9 side. To do. When terminating the crystal growth of AlN, the valve x 6 is opened, the valves x 3 , x 1 , x 2 , and x 4 are sequentially closed so that the carrier gas flows directly into the quartz reaction tube 1, Return to the standby state again. Here, if the remaining amount of anhydrous aluminum chloride charged in the vaporizer 9 is less than a predetermined value, the vaporizer 9 is removed at the joint portions 15a and 15b, filled with anhydrous aluminum chloride, and newly prepared separately. Replace with the vaporizer 9. After a new vaporizer 9 is attached, open the valve x 7, after closing the valves x 5, while exhausting the carrier gas from the opening B 3 by opening the valve x 3 and the valve x 4, vaporizing All of the air that may have entered the sorting device 14 during replacement of the container 9 is removed. Then, opening the valve x 5 by closing the valve x 3 and x 4, leave again returned to the standby state by closing the valve x 7, when resuming the crystal growth of AlN is repeating the same procedure as above Good.

このようなAlN半導体製造装置Xを用いてAlNを結晶成長させた。上記基板保持手段6の先端には、直径2インチで厚さ400μmのサファイア基板(0001)5が、塩化アルミニウムガス供給管3の先端から距離L=80mmの位置になるように取り付けられている。このサファイア基板5は、その(0001)がNH3ガス及びAlCl3ガスの流れに対して垂直になるように備え付けられており、この(0001)を結晶成長面としてAlNを結晶成長させる。そして、反応管加熱手段7によってこのサファイア基板5上の温度が1200℃となるように設定されている。なお、このサファイア基板5は、石英反応管1内に設置する前にアンモニア水溶液を用いて5分間のエッチング処理を行っている。 Using such an AlN semiconductor manufacturing apparatus X, AlN was crystal-grown. A sapphire substrate (0001) 5 having a diameter of 2 inches and a thickness of 400 μm is attached to the tip of the substrate holding means 6 so that the distance L from the tip of the aluminum chloride gas supply pipe 3 is 80 mm. The sapphire substrate 5 is provided such that (0001) is perpendicular to the flow of NH 3 gas and AlCl 3 gas, and AlN is crystal-grown using this (0001) as a crystal growth surface. The temperature on the sapphire substrate 5 is set to 1200 ° C. by the reaction tube heating means 7. The sapphire substrate 5 is etched for 5 minutes using an aqueous ammonia solution before being placed in the quartz reaction tube 1.

一方、気化器9には、表1に示す不純物成分を有するフレーク状の無水塩化アルミニウム400gが大気に触れないように図示外のブローブボックスを用いて充填されており、気化器加熱手段10によって気化器9内の無水塩化アルミニウム11が120℃に加熱されている。なお、この無水塩化アルミニウムは、気化器9に充填する前に予め120℃で1時間加熱する脱水処理を行ったものである。また、振り分け装置14の開口部A1からはキャリアガスとしてN2が供給されており、この振り分け装置14と気化器9の各バルブx17を上記で説明した待機状態からAlNの結晶成長を行える状態にして、気化器9内で昇華した塩化アルミニウムガスを含んだN2キャリアガスをキャリアガス供給量FLOWAlCl3キャリア=3800ml/minで石英反応管1内に輸送し、サファイア基板5にAlNを結晶成長させる反応部での塩化アルミニウムガスの分圧P0 AlCl3が5×10-3atmとなるようにした。 On the other hand, the vaporizer 9 is filled with 400 g of flaky anhydrous aluminum chloride having the impurity components shown in Table 1 using a probe box (not shown) so as not to be exposed to the atmosphere, and is vaporized by the vaporizer heating means 10. The anhydrous aluminum chloride 11 in the vessel 9 is heated to 120 ° C. The anhydrous aluminum chloride was obtained by performing a dehydration treatment by heating at 120 ° C. for 1 hour in advance before filling the vaporizer 9. Further, N 2 is supplied as a carrier gas from the opening A1 of the distribution device 14, and the AlN crystal growth is performed from the standby state described above for each of the valves x 1 to 7 of the distribution device 14 and the vaporizer 9. An N 2 carrier gas containing aluminum chloride gas sublimated in the vaporizer 9 is transported into the quartz reaction tube 1 at a carrier gas supply rate of FLOW AlCl 3 carrier = 3800 ml / min. The partial pressure P 0 AlCl 3 of the aluminum chloride gas in the reaction part for crystal growth was adjusted to 5 × 10 −3 atm.

Figure 2011244009
Figure 2011244009

また、石英反応管1のNH3ガス供給口2からは、キャリアガスとしてN2を用いてNH3ガス(太陽日酸株式会社製:スーパーアンモニア)を供給し、このNH3ガスを含んだキャリアガス供給量FLOWNH3キャリアを1500ml/minとして、サファイア基板5にAlNを結晶成長させる反応部でのNH3ガスの分圧P0 NH3を1×10-1atmとなるようにした。このような状況の下、横型石英反応管1内の全圧を1.0atmとして、1時間反応させてサファイア基板5の結晶成長面(0001)にAlNを結晶成長させてAlN半導体を製造した。この反応におけるP0 NH3/P0 AlCl3は20であって、サファイア基板5の結晶成長面に結晶成長したAlNの膜厚は82μm、AlNの成長速度は82μm/hであった。 Further, NH 3 gas (manufactured by Taiyo Nippon Sanso Corporation: Superammonia) is supplied from the NH 3 gas supply port 2 of the quartz reaction tube 1 using N 2 as a carrier gas, and the carrier containing this NH 3 gas is supplied. The gas supply amount FLOW NH 3 carrier was set to 1500 ml / min, and the partial pressure P 0 NH3 of NH 3 gas in the reaction part for crystal growth of AlN on the sapphire substrate 5 was set to 1 × 10 −1 atm. Under such circumstances, the total pressure in the horizontal quartz reaction tube 1 was set to 1.0 atm, and the reaction was carried out for 1 hour to grow AlN on the crystal growth surface (0001) of the sapphire substrate 5 to produce an AlN semiconductor. P 0 NH 3 / P 0 AlCl 3 in this reaction was 20, the film thickness of AlN grown on the crystal growth surface of the sapphire substrate 5 was 82 μm, and the growth rate of AlN was 82 μm / h.

[実施例2〜8]
実施例1で使用したAlN半導体製造装置Xを用いて、気化器8に入れた無水塩化アルミニウムの加熱温度をそれぞれ50℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、及び130℃に設定した以外は、実施例1と同様にしてサファイア基板5上にAlNを結晶成長させた(実施例2〜8)。すなわち、実施例2〜8では反応部におけるNH3ガスの分圧P0 NH3は1×10-1atmであり、塩化アルミニウムガスの反応部における分圧P0 AlCl3は無水塩化アルミニウムの加熱温度を調節することにより塩化アルミニウムの蒸気圧P00 AlCl3(T)を変化させて、下記表2に示した値にした。その結果、各実施例2〜8におけるAlNの結晶成長は表2及び図3に示したとおりであり、また、上記実施例1での結果を含め、無水塩化アルミニウムの加熱温度を調節することによってAlNの成長速度が制御できることが確認された。
[Examples 2 to 8]
Using the AlN semiconductor manufacturing apparatus X used in Example 1, the heating temperatures of anhydrous aluminum chloride in the vaporizer 8 were 50 ° C., 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C., 100 ° C., 110 ° C., 120 ° C., respectively. And AlN were grown on the sapphire substrate 5 in the same manner as in Example 1 except that the temperature was set to 130 ° C. (Examples 2 to 8). That is, in Examples 2 to 8, the partial pressure P 0 NH3 of NH 3 gas in the reaction part is 1 × 10 −1 atm, and the partial pressure P 0 AlCl 3 in the reaction part of aluminum chloride gas is the heating temperature of anhydrous aluminum chloride. By adjusting, the vapor pressure P 00 AlCl 3 (T) of aluminum chloride was changed to the values shown in Table 2 below. As a result, the crystal growth of AlN in each of Examples 2 to 8 is as shown in Table 2 and FIG. 3, and by adjusting the heating temperature of anhydrous aluminum chloride, including the result in Example 1 above. It was confirmed that the growth rate of AlN can be controlled.

Figure 2011244009
Figure 2011244009

[比較例1]
図4は、従来法のハイドライド気相成長法でAlN半導体を製造するための反応管装置20を示す。この従来法に係る反応管装置20は、内径60mm×長さ1500mmの横型石英反応管21と、この横型石英反応管21の長さ方向のおよそ半分の外周面を取り囲むようにしてこの取り囲んだ石英反応管21内の領域を下記所定の温度となるように温度制御して石英反応管21内に原料部を形成せしめる第一加熱手段25aと、上記石英反応管21の残り半分の外周面を取り囲むようにして取り囲んだ石英反応管21内の領域を下記所定の温度となるように加熱制御して反応部を形成せしめる第二加熱手段25bと、横型石英反応管21の一端から設けられてその先端が石英反応管21の反応部に達する位置でNH3ガスを供給するNH3ガス供給管22と、同じく石英反応管21の一端から設けられて石英反応管21の原料部にHClガスを供給するHClガス供給口23と、横型石英反応管21の他端に設けられて石英反応管21内のガスを排出するための排出口24と、石英反応管21の反応部でAlNを結晶成長させる基板(初期基板)27を保持するための基板保持手段26とからなり、この基板保持手段26の先端には、実施例1と同じサファイア(0001)基板27が実施例1と同様に、かつ、NH3ガス供給管22からの距離がL=60mmとなるように取り付けられている。また、石英反応管21の原料部には金属Alを収容するアルミナ製のAlボート28が設置されており、このAlボート28には純度99.9999重量%の金属Al(6NAl)が98g収容されている。
[Comparative Example 1]
FIG. 4 shows a reaction tube apparatus 20 for producing an AlN semiconductor by a conventional hydride vapor phase growth method. The reaction tube device 20 according to the conventional method includes a horizontal quartz reaction tube 21 having an inner diameter of 60 mm and a length of 1500 mm, and the surrounding quartz so as to surround an outer peripheral surface of approximately half of the length of the horizontal quartz reaction tube 21 in the length direction. The first heating means 25a for forming the raw material portion in the quartz reaction tube 21 by controlling the temperature of the region in the reaction tube 21 to the following predetermined temperature, and the outer peripheral surface of the remaining half of the quartz reaction tube 21 are surrounded. The region within the quartz reaction tube 21 surrounded in this way is heated from the end of the horizontal quartz reaction tube 21 and the second heating means 25b for controlling the heating so that the following predetermined temperature is reached. It is supplied but the NH 3 gas supply pipe 22 for supplying the NH 3 gas at a position to reach the reaction part of the quartz reaction tube 21, the HCl gas also provided from one end of the quartz reaction tube 21 to the feed section of the quartz reaction tube 21 An HCl gas supply port 23, a discharge port 24 for discharging the gas in the quartz reaction tube 21 provided at the other end of the horizontal quartz reaction tube 21, and a substrate on which AlN is crystal-grown in the reaction part of the quartz reaction tube 21 The substrate holding means 26 for holding the (initial substrate) 27, and the same sapphire (0001) substrate 27 as that of the first embodiment is formed at the tip of the substrate holding means 26 as in the first embodiment, and NH 3 It is attached so that the distance from the gas supply pipe 22 is L = 60 mm. The raw material part of the quartz reaction tube 21 is provided with an Al boat 28 made of alumina containing metal Al. The Al boat 28 contains 98 g of metal Al (6NAl) having a purity of 99.9999% by weight. ing.

そして、横型石英反応管21内の全圧を1.0atmにして、原料部の温度を550℃にした状態で、HCl供給管13からHClガス(純度99.999重量%)を流量150ml/minで供給した。このHClガスはN2をキャリアガスとして導入した。原料部ではHClガスが金属Alと反応してAlCl3ガスを発生し、このAlCl3ガスは反応部側に輸送される。一方、石英反応管21の反応部では、サファイア基板27の結晶成長面の温度が1180℃に設定されており、原料部で生成した上記AlCl3ガスとNH3供給管22から流量1000ml/minで供給されたNH3ガス(太陽日酸株式会社製:スーパーアンモニア)とが反応して、サファイア基板27上に膜厚60μmのAlNが結晶成長した。なお、原料部におけるHClガスの供給から、サファイア基板27上でAlNの結晶成長を停止させるまでの反応時間は1.5時間であり、AlNの成長速度は40μm/hであった。 Then, HCl gas (purity 99.999 wt%) is supplied from the HCl supply pipe 13 at a flow rate of 150 ml / min with the total pressure in the horizontal quartz reaction tube 21 being 1.0 atm and the temperature of the raw material section being 550 ° C. did. The HCl gas was introduced with N 2 as a carrier gas. In the raw material part, HCl gas reacts with metal Al to generate AlCl 3 gas, and this AlCl 3 gas is transported to the reaction part side. On the other hand, in the reaction part of the quartz reaction tube 21, the temperature of the crystal growth surface of the sapphire substrate 27 is set to 1180 ° C., and the AlCl 3 gas generated in the raw material part and the NH 3 supply pipe 22 are supplied at a flow rate of 1000 ml / min. Reaction with the supplied NH 3 gas (manufactured by Taiyo Nippon Sanso Co., Ltd .: Superammonia) caused AlN having a film thickness of 60 μm to grow on the sapphire substrate 27. The reaction time from the supply of HCl gas in the raw material portion to the stop of AlN crystal growth on the sapphire substrate 27 was 1.5 hours, and the growth rate of AlN was 40 μm / h.

[比較例2]
HClガスの流量を10ml/minにした以外は比較例1と同様にして膜厚3.7μmのAlNを結晶成長させてAlN半導体を製造した。
[Comparative Example 2]
An AlN semiconductor was manufactured by crystal growth of 3.7 μm thick AlN in the same manner as in Comparative Example 1 except that the flow rate of HCl gas was 10 ml / min.

[AlNのX線回折]
上記実施例1でサファイア基板上に成長させたAlN膜について、X線回折で結晶構造を分析した結果を図5に示す。測定にはスペクトリス社製X'pertMRDを使用し、測定条件は45kV、40mAとした。得られた回折ピークは、AlN(0002)のFWHM(半値幅)もチルト角が15arcminと狭く、また(000n)以外の回折ピークがないことから、本発明の製造方法によりAlNエピタキシャル膜が成長できていることが確認できる。
[X-ray diffraction of AlN]
FIG. 5 shows the result of analyzing the crystal structure of the AlN film grown on the sapphire substrate in Example 1 by X-ray diffraction. For the measurement, X'pert MRD manufactured by Spectris was used, and the measurement conditions were 45 kV and 40 mA. As for the obtained diffraction peak, the FWHM (half-value width) of AlN (0002) has a narrow tilt angle of 15 arcmin, and there is no diffraction peak other than (000 n), so that an AlN epitaxial film can be grown by the manufacturing method of the present invention. Can be confirmed.

[AlNの紫外線吸収スペクトル]
実施例1で得られたAlNの紫外線吸収スペクトルを図6に示す。測定には日本分光社製V-7300型紫外可視近赤外分光光度計を使用した。これより、6.1eV付近から急峻な吸収が始まっており、AlNが成長していることが確認できる。
[AlN UV absorption spectrum]
The ultraviolet absorption spectrum of AlN obtained in Example 1 is shown in FIG. A V-7300 type UV-Vis near-infrared spectrophotometer manufactured by JASCO Corporation was used for the measurement. From this, it can be confirmed that steep absorption has started from around 6.1 eV and AlN has grown.

[TOF−SIMSによるAlNの分析]
実施例5で得たAlNと比較例1で得たAlN膜について、飛行時間型二次イオン質量分析計(Time of flight SIMS:TOF-SIMS)を用いてそれぞれのAlN膜中に存在する不純物分析を行った。このTOF−SIMSは、極表面(表面から10nm程度)に存在する微量成分の元素を定性分析することができることから、本発明におけるAlN半導体の製造方法で得たAlNと従来の方法(比較例1)で得たAlNとの不純物混入の程度を比較するのに適している。使用した機器はTRIFT III(Physical Electronics社製)であり、分析条件は次の通りである。一次イオン:Ga+,Cs+、加速電圧:15kV、電流:600pA(DCとして)、スパッタ面積:300μm×300μm、スパッタ時間:1min、分析面積:200μm×200μm、積算時間:3min、及び検出イオン:正イオン、の各条件であり、また、分析はAlNの最表面からCsイオンで1分間スパッタしてから行った。
[Analysis of AlN by TOF-SIMS]
For the AlN obtained in Example 5 and the AlN film obtained in Comparative Example 1, analysis of impurities present in each AlN film using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (Time of flight SIMS: TOF-SIMS) Went. Since this TOF-SIMS can qualitatively analyze trace element elements present on the extreme surface (about 10 nm from the surface), AlN obtained by the AlN semiconductor manufacturing method of the present invention and the conventional method (Comparative Example 1) It is suitable for comparing the degree of impurity contamination with AlN obtained in (1). The equipment used was TRIFT III (manufactured by Physical Electronics), and the analysis conditions were as follows. Primary ions: Ga + , Cs + , acceleration voltage: 15 kV, current: 600 pA (as DC), sputtering area: 300 μm × 300 μm, sputtering time: 1 min, analysis area: 200 μm × 200 μm, integration time: 3 min, and detection ions: The analysis was performed after sputtering for 1 minute with Cs ions from the outermost surface of AlN.

図7〜図11は、Si、Mg、Na、Ca、及びKの各元素の質量付近の正イオン検出拡大スペクトルである。これら図7〜図11のうち、それぞれ上段の(A)は比較例1で得たAlN、下段の(B)は実施例5で得たAlNについての結果を示す。また、これらの元素以外の分析結果を含めたものを表3にまとめて示す。この表3は、Gaイオンでスパッタ及び分析したピーク強度で、各元素のピーク強度とマトリックスのAlの強度で規格化して求めた規格化ピーク強度を示す。尚、表中の「M/Z」は質量数を表す。   7 to 11 are positive ion detection enlarged spectra in the vicinity of the mass of each element of Si, Mg, Na, Ca, and K. FIG. 7 to 11, the upper (A) shows the results for AlN obtained in Comparative Example 1, and the lower (B) shows the results for AlN obtained in Example 5. Table 3 summarizes the results including analysis results other than these elements. Table 3 shows the peak intensities obtained by sputtering and analyzing with Ga ions and normalized by the peak intensity of each element and the intensity of Al in the matrix. In the table, “M / Z” represents a mass number.

図7〜図11及び表3から明らかなように、比較例1で得たAlN膜からはSi、Mg、Na、Ca、及びKが検出されたが、実施例5で得たAlN膜からはこれらの元素はほとんど検出されなかった。また、表4は、Csイオンでスパッタ及び分析した場合のAl及びGaの分析結果を示す。この表4から、実施例5で得られたAlNでは比較例1のAlNよりGaの検出量が1/4であることが分かる。   As apparent from FIGS. 7 to 11 and Table 3, Si, Mg, Na, Ca, and K were detected from the AlN film obtained in Comparative Example 1, but from the AlN film obtained in Example 5. These elements were hardly detected. Table 4 shows the analysis results of Al and Ga when sputtering and analyzing with Cs ions. From Table 4, it can be seen that the detected amount of Ga is 1/4 in the AlN obtained in Example 5 as compared with the AlN in Comparative Example 1.

Figure 2011244009
Figure 2011244009

Figure 2011244009
Figure 2011244009

[D−SIMSによるAlNの分析]
実施例3で得たAlNと比較例2で得たAlNについて、D−SIMS(Dynamic-SIMS)によりそれぞれのAlN膜中に存在する不純物分析を行った。使用した装置はATOMICA社製ATOMICA SIMS4100であり、測定条件は以下の通りとした。一次イオン種:Cs(superscript:+)、一次加速電圧:7kV、ビーム電流:83nA、スキャン幅:150μm、検出イオン:(superscript:12)C(superscript:+)、(superscript:18)O(superscript:+)、(superscript:28)Si(superscript:+)、(superscript:55)AlN(subscript:2)(superscript:+)、(superscript:81)Al(subscript:3)(superscript:+)、の各条件である。図12に実施例3のAlNから得たプロファイルを示し、図13に比較例2のAlNから得たプロファイルを示す。図12及び図13ともに、縦軸は二次イオン信号強度を示し、横軸はAlN膜の表面からの深さを表し、AlN膜の最表面を0μmとした。この横軸については、スパッタ痕の深さを表面粗さ計で計測し、AlN膜の表面から深さ方向にサファイア基板までCsイオンでスパッタした時間をもとに深さに換算したものである。また、分析元素の量比較のため、サファイア基板中の(superscript:18)O強度で規格化を行なっている。両者を比較するとO、C、Siのいずれの強度も実施例3で得たAlNの方が少ないことが分かり、本発明における製造方法の方が従来法よりも優れていることが確認された。
[Analysis of AlN by D-SIMS]
The AlN obtained in Example 3 and the AlN obtained in Comparative Example 2 were analyzed for impurities present in the respective AlN films by D-SIMS (Dynamic-SIMS). The apparatus used was ATOMICA SIMS4100 manufactured by ATOMICA, and the measurement conditions were as follows. Primary ion species: Cs (superscript: +), primary acceleration voltage: 7 kV, beam current: 83 nA, scan width: 150 μm, detected ions: (superscript: 12) C (superscript: +), (superscript: 18) O (superscript : +), (Superscript: 28) Si (superscript: +), (superscript: 55) AlN (subscript: 2) (superscript: +), (superscript: 81) Al (subscript: 3) (superscript: +), Each of the conditions. FIG. 12 shows a profile obtained from AlN of Example 3, and FIG. 13 shows a profile obtained from AlN of Comparative Example 2. 12 and 13, the vertical axis represents the secondary ion signal intensity, the horizontal axis represents the depth from the surface of the AlN film, and the outermost surface of the AlN film was 0 μm. For the horizontal axis, the depth of the sputter trace is measured with a surface roughness meter, and converted into depth based on the time of sputtering with Cs ions from the surface of the AlN film to the sapphire substrate in the depth direction. . Further, for comparison of the amount of the analytical element, normalization is performed with the (superscript: 18) O intensity in the sapphire substrate. When both were compared, it was found that the strengths of O, C, and Si were less in AlN obtained in Example 3, and it was confirmed that the production method in the present invention was superior to the conventional method.

本発明によれば、無水塩化アルミニウム(AlCl3)を昇華させて得た塩化アルミニウムガスとNH3ガスとを直接反応させてAlN半導体を製造することができることから、この反応に用いる石英反応管に係る装置自体を小型化・簡略化することができると共に、AlNの結晶成長の制御も自在にかつ容易に行うことができるため、ハイドライド気相成長法による利点を活かして大口径のAlN半導体を得ることができ、AlN半導体の製造方法として工業上の応用に向けて極めて有効な発明である。 According to the present invention, an AlN semiconductor can be produced by directly reacting an aluminum chloride gas obtained by sublimating anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ) with NH 3 gas. Since the apparatus itself can be reduced in size and simplified, and the crystal growth of AlN can be controlled freely and easily, a large-diameter AlN semiconductor can be obtained by taking advantage of the hydride vapor phase growth method. Therefore, the present invention is an extremely effective invention for industrial application as an AlN semiconductor manufacturing method.

また、本発明により得られるAlN半導体は、不純物の混入が可及的に排除され、特に、デバイス特性に悪影響をおよぼすとされる元素の混入を防止することができるため、汎用精密加工や医療分野等の広範な用途展開が期待できる高効率の深紫外レーザダイオード、記録密度の高い光ストレージ、AlNの高い熱伝導率を活かしたハイパワーの白色LED、高出力・高周波電子デバイス作製のための基板材料等の様々な応用が期待できる。   In addition, since the AlN semiconductor obtained by the present invention eliminates contamination of impurities as much as possible, and can particularly prevent the entry of elements that are adversely affected by device characteristics, it can be used in general precision processing and medical fields. High-efficiency deep ultraviolet laser diodes that can be expected to be used in a wide range of applications, optical storage with high recording density, high-power white LEDs utilizing the high thermal conductivity of AlN, and substrates for manufacturing high-power and high-frequency electronic devices Various applications such as materials can be expected.

図1は、塩化アルミニウムの蒸気圧曲線を示す。FIG. 1 shows the vapor pressure curve of aluminum chloride. 図2は、本発明のAlN半導体製造装置の断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the AlN semiconductor manufacturing apparatus of the present invention. 図3は、無水塩化アルミニウムの加熱温度とAlNの成長速度との関係を示す。FIG. 3 shows the relationship between the heating temperature of anhydrous aluminum chloride and the growth rate of AlN. 図4は、ハイドライド気相成長法によりAlN半導体を製造する従来法の反応管装置の断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of a conventional reaction tube apparatus for producing an AlN semiconductor by hydride vapor phase epitaxy. 図5は、実施例1においてサファイア基板上に成長させたAlNのX線回折の回折パターンである。FIG. 5 is an X-ray diffraction pattern of AlN grown on the sapphire substrate in Example 1. 図6は、実施例1で得られたAlNの紫外線吸収スペクトルを示す。FIG. 6 shows the ultraviolet absorption spectrum of AlN obtained in Example 1. 図7は、TOF−SIMSによる分析によって得られたSiの質量付近の正イオン検出拡大スペクトルである。上段(A)は比較例1で得たAlN、下段(B)は実施例5で得たAlNについて分析した結果である。FIG. 7 is an enlarged spectrum of positive ion detection around the mass of Si obtained by analysis by TOF-SIMS. The upper part (A) is the result of analysis of AlN obtained in Comparative Example 1, and the lower part (B) is the result of analysis of AlN obtained in Example 5. 図8は、TOF−SIMSによる分析によって得られたMgの質量付近の正イオン検出拡大スペクトルである。上段(A)は比較例1で得たAlN、下段(B)は実施例5で得たAlNについて分析した結果である。FIG. 8 is an enlarged spectrum of positive ion detection around the mass of Mg obtained by analysis by TOF-SIMS. The upper part (A) is the result of analysis of AlN obtained in Comparative Example 1, and the lower part (B) is the result of analysis of AlN obtained in Example 5. 図9は、TOF−SIMSによる分析によって得られたNaの質量付近の正イオン検出拡大スペクトルである。上段(A)は比較例1で得たAlN、下段(B)は実施例5で得たAlNについて分析した結果である。FIG. 9 is an enlarged spectrum of positive ion detection near the mass of Na obtained by analysis by TOF-SIMS. The upper part (A) is the result of analysis of AlN obtained in Comparative Example 1, and the lower part (B) is the result of analysis of AlN obtained in Example 5. 図10は、TOF−SIMSによる分析によって得られたCaの質量付近の正イオン検出拡大スペクトルである。上段(A)は比較例1で得たAlN、下段(B)は実施例5で得たAlNについて分析した結果である。FIG. 10 is an enlarged spectrum of positive ion detection around the mass of Ca obtained by analysis by TOF-SIMS. The upper part (A) is the result of analysis of AlN obtained in Comparative Example 1, and the lower part (B) is the result of analysis of AlN obtained in Example 5. 図11は、TOF−SIMSによる分析によって得られたKの質量付近の正イオン検出拡大スペクトルである。上段(A)は比較例1で得たAlN、下段(B)は実施例5で得たAlNについて分析した結果である。FIG. 11 is a positive ion detection enlarged spectrum around the mass of K obtained by analysis by TOF-SIMS. The upper part (A) is the result of analysis of AlN obtained in Comparative Example 1, and the lower part (B) is the result of analysis of AlN obtained in Example 5. 図12は、実施例3で得たAlNのD−SIMSのプロファイルである。FIG. 12 is a D-SIMS profile of AlN obtained in Example 3. 図13は、比較例2で得たAlNのD−SIMSのプロファイルである。FIG. 13 is a D-SIMS profile of AlN obtained in Comparative Example 2.

X:AlN半導体製造装置、1:横型石英反応管、2:NH3ガス供給口、3:塩化アルミニウムガス供給管、4:排出口、5:サファイア基板、6:基板保持手段、7:反応管加熱手段、8:反応管装置、9:気化器、10:気化器加熱手段、11:無水塩化アルミニウム(AlCl3)、12:キャリアガス供給管、13:排出管、14:振り分け装置、15a,15b:ジョイント部、16:キャリアガス配管、17:塩化アルミニウムガス輸送管、18:捨て配管、19:配管加熱手段、20:反応管装置、21:横型石英反応管、22:NH3ガス供給管、23:HClガス供給口、24:排出口、25a:第一加熱手段、25b:第二加熱手段、26:基板保持手段、27:サファイア基板、28:Alボート、A1,A2,B1,B2,B3:開口部、x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7:バルブ。 X: AlN semiconductor manufacturing apparatus, 1: horizontal quartz reaction tube, 2: NH 3 gas supply port, 3: aluminum chloride gas supply tube, 4: discharge port, 5: sapphire substrate, 6: substrate holding means, 7: reaction tube Heating means, 8: reaction tube apparatus, 9: vaporizer, 10: vaporizer heating means, 11: anhydrous aluminum chloride (AlCl 3 ), 12: carrier gas supply pipe, 13: discharge pipe, 14: sorting apparatus, 15a, 15b: joint, 16: carrier gas pipe, 17: aluminum gas transport pipe chloride, 18: discarded piping, 19: piping heating means, 20: reaction tube device, 21: horizontal quartz reaction tube, 22: NH 3 gas supply tube 23: HCl gas supply port, 24: discharge port, 25a: first heating unit, 25b: second heating unit, 26: substrate holding unit, 27: sapphire substrate, 28: Al boat, A 1 , A 2 , B 1, B 2, B 3: opening, x 1, 2, x 3, x 4, x 5, x 6, x 7: Valve.

Claims (4)

III族元素以外の不純物成分の合計が0.001重量%以下である無水塩化アルミニウムを加熱して昇華又は気化させた塩化アルミニウムガスとNH3ガスとをハイドライド気相成長法により反応させ、基板上にAlNを結晶成長させることを特徴とする電子デバイス用のAlN半導体の製造方法。 Anhydrous aluminum chloride whose total amount of impurity components other than Group III elements is 0.001% by weight or less is heated and sublimated or vaporized to react with NH 3 gas by a hydride vapor phase growth method, on the substrate. A method for producing an AlN semiconductor for electronic devices, characterized in that AlN is crystal-grown. 無水塩化アルミニウムの純度が99.999重量%以上である請求項1に記載のAlN半導体の製造方法。   The method for producing an AlN semiconductor according to claim 1, wherein the purity of anhydrous aluminum chloride is 99.999% by weight or more. 無水塩化アルミニウムの加熱温度を50〜180℃の範囲で調節してAlNの成長速度を制御する請求項1又は2に記載のAlN半導体の製造方法。   The method for producing an AlN semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the growth rate of AlN is controlled by adjusting the heating temperature of anhydrous aluminum chloride in a range of 50 to 180 ° C. 予め加熱して脱水処理した無水塩化アルミニウムを気化器に充填して昇華又は気化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のAlN半導体の製造方法。   The method for producing an AlN semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein anhydrous aluminum chloride preliminarily heated and dehydrated is filled in a vaporizer and sublimated or vaporized.
JP2011172959A 2011-08-08 2011-08-08 Method of manufacturing ain semiconductor Pending JP2011244009A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011172959A JP2011244009A (en) 2011-08-08 2011-08-08 Method of manufacturing ain semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011172959A JP2011244009A (en) 2011-08-08 2011-08-08 Method of manufacturing ain semiconductor

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005225054A Division JP5054902B2 (en) 2005-08-03 2005-08-03 Manufacturing method of AlN semiconductor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011244009A true JP2011244009A (en) 2011-12-01

Family

ID=45410263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011172959A Pending JP2011244009A (en) 2011-08-08 2011-08-08 Method of manufacturing ain semiconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011244009A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020114581A (en) * 2019-01-18 2020-07-30 Jx金属株式会社 Sublimation vessel of metal chloride

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62124734A (en) * 1985-11-25 1987-06-06 Denki Kagaku Kogyo Kk Susceptor for vapor growth of semiconductor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62124734A (en) * 1985-11-25 1987-06-06 Denki Kagaku Kogyo Kk Susceptor for vapor growth of semiconductor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020114581A (en) * 2019-01-18 2020-07-30 Jx金属株式会社 Sublimation vessel of metal chloride
JP7240881B2 (en) 2019-01-18 2023-03-16 Jx金属株式会社 metal chloride sublimation vessel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7524376B2 (en) Method and apparatus for aluminum nitride monocrystal boule growth
Seryogin et al. Catalytic hydride vapour phase epitaxy growth of GaN nanowires
US7621999B2 (en) Method and apparatus for AlGan vapor phase growth
EP2071062A1 (en) Process for producing group iii elment nitride crystal, and group iii element nitride crystal
US8470090B2 (en) AlN crystal and method for growing the same, and AlN crystal substrate
WO2005103341A1 (en) Apparatus for production of crystal of group iii element nitride and process for producing crystal of group iii element nitride
JP5054902B2 (en) Manufacturing method of AlN semiconductor
JP5762900B2 (en) Hydride vapor phase epitaxy apparatus and method for producing aluminum group III nitride single crystal
JP4573713B2 (en) Single crystal manufacturing method and single crystal manufacturing apparatus
JP4460236B2 (en) Silicon carbide single crystal wafer
JP2011246749A (en) Aluminum-based group iii nitride production apparatus and method for producing aluminum-based group iii nitride
JP5131262B2 (en) Silicon carbide single crystal and method for producing the same
US20130239878A1 (en) Apparatus and method for production of aluminum nitride single crystal
JP2011244009A (en) Method of manufacturing ain semiconductor
JP5859978B2 (en) Method for producing aluminum group III nitride single crystal
US10329687B2 (en) Method for producing Group III nitride semiconductor including growing Group III nitride semiconductor through flux method
WO1998019964A1 (en) Method for the synthesis of group iii nitride crystals
JP2007145679A (en) Apparatus for and method of producing aluminum nitride single crystal
JP2009221056A (en) Crystal growth method, crystal growth apparatus, and semiconductor device
JP7448925B2 (en) AlN single crystal manufacturing method, AlN single crystal, and AlN single crystal manufacturing apparatus
Avdeev et al. Manufacturing of bulk AlN substrates
WO2023162936A1 (en) Method for producing aln single crystals, aln single crystals, and device for producing aln single crystals
ソンイェリン Growth of GaN and AlN crystals by the flux film coating technique
JP2018177587A (en) Method and apparatus for manufacturing group iii nitride crystal
JP2010150109A (en) Nitride single crystal and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20111107

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20111107

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130409

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130806