JP2015191956A - 結晶成長装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板を回転可能に支持する支持台を反応域に有する反応器と、III族ハロゲン化物ガス供給手段と、窒素源ガス供給手段とを有し;III族ハロゲン化物ガス供給手段は、III族ハロゲン化物ガスを支持台の側上方から支持台の上方へ向けて吹き出すように配設されており、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口と、第1の吹き出し口を取り囲んで配設されバリアガスが流出する第2の吹き出し口とを有し;第1の吹き出し口は、水平方向における最大幅aが鉛直方向における最大幅bよりも大きく且つ支持台の最大幅Dとの比a/Dが0.05以上2以下である形状を有する、結晶成長装置とする。
【選択図】図1
Description
III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域を有する反応器と、
反応域に前記III族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段と、
反応域に前記窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段と
を有する結晶成長装置において、
反応器は、基板を回転可能に支持する支持台を反応域に有し、
III族ハロゲン化物ガス供給手段は、III族ハロゲン化物ガスを支持台の側上方から支持台の上方へ向けて吹き出すように配設されており、
III族ハロゲン化物ガス供給手段は、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口とを有し、該第2の吹き出し口は、第1の吹き出し口を取り囲んで配設されており、
第1の吹き出し口は、Y方向における最大幅が鉛直方向における最大幅よりも大きい形状を有し、該Y方向は、水平方向であって上面視において該第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ線分の中点および支持台上面の回転中心を通る直線と直交する方向であり、当該一方の最外端及び他方の最外端はそれぞれ上面視において、上記回転中心を通る直線が第1の吹き出し口の最も外側の開口部に対して外側から接する接点であり、
第1の吹き出し口のY方向における最大幅aと、支持台の最大幅Dとの比a/Dが、0.05以上2以下であることを特徴とする、結晶成長装置である。
本発明の第1の態様に係る結晶成長装置について説明する。図1は、本発明の一の実施形態に係る結晶成長装置100の模式図である。結晶成長装置100は、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域20を有する反応器10と、反応域20にIII族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段30と、反応域20に窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段40とを有する。
窒素源ガス供給手段40をIII族ハロゲン化物ガス供給手段30よりも上方に配設することにより、支持台22上に均一に窒素源ガスを供給することができる。また、窒素源ガス供給手段40は、III族ハロゲン化物ガス供給手段30よりも上方に配設することが好ましいが、窒素源ガスとしてアンモニアガスを使用する場合には、アンモニアガスは比較的拡散し易いため、窒素源ガス供給手段40をIII族ハロゲン化物ガス供給手段30の下方に配設することもできる。
図2においてY方向は、線分PQの中点M及び支持台22の回転中心Cを通る直線MCと直交する方向である。図2においてY方向は紙面上下方向と同一になっており、図1においてY方向は紙面に垂直な方向と同一になっている。
上記比a/Dの値が0.05〜2であることにより、支持台22上に均一にIII族ハロゲン化物ガスを供給することができる。
III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32とを有する。第1の吹き出し口31は、隔壁31wa、31wbによって画定され且つY方向に離隔された、III族ハロゲン化物ガスが流出する2つの開口部31a、31bを有している。2つの開口部31a、31bは、上面視(Z方向)において重複する部分を有していない。2つの開口部31a、31b、及び隔壁31wa、31wbを外壁30wが取り囲むことにより、外壁30wと隔壁31wa、31wbとの間に、第2の吹き出し口32が第1の吹き出し口31を取り囲むように設けられている。すなわち、第2の吹き出し口32は、第1の吹き出し口31の全周を取り囲むように設けられた一の開口部により構成されている。第1の吹き出し口31は、Y方向における最大幅aが、鉛直方向(Z方向)における最大幅bよりも大きい形状を有している。
開口部31a、31bから排出されたIII族ハロゲン化物ガスは、放射状に広がって排出されるため、上記比(dab/ca及びdab/cb)の値が0.1〜10であることにより、III族ハロゲン化物ガスを効率よく支持台22上に(基板21上に)供給することができる。
そのため、本発明の結晶成長装置は、径の大きな基板上、例えば、20mm以上の最長径を有する基板上へ結晶成長させる場合に好適に用いることができる。また、本発明の結晶成長装置は、支持台22上に複数の基板を配置して、それぞれの基板上へ結晶成長させる場合にも好適に用いることができる。
図8において、第1の吹き出し口31(4)が有する複数の開口部31a(4)、31b(4)、31c(4)のうち隣接する2つの開口部の組(すなわち31a(4)と31b(4)の組、及び、31b(4)と31c(4)の組)のいずれについても、該隣接する2つの開口部が上面視においてY方向に離隔している距離d(すなわちdab、dbc)と、該隣接する2つの開口部のそれぞれのY方向の最大幅c1及びc2との比d/c1及びd/c2の両方(すなわちdab/ca及びdab/cbの両方、並びに、dbc/cb及びdbc/ccの両方。言い換えれば、dab/ca、dab/cb、dbc/cb、dbc/ccの全て)が0.1以上10以下であることが好ましく、その下限はより好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.5以上であり、その上限はより好ましくは5以下、さらに好ましくは3以下である。
なお、第1の吹き出し口31(4)が有する、III族ハロゲン化物ガスが流出する開口部の数は、本発明の効果を損ねないために8以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。
なお図9及び図10においては突出部31pを隔壁31w(5)、31w(6)の内壁の上下両方に設けているが、片方のみに設けてもよい。
本発明の第2の態様に係るIII族窒化物の製造方法について説明する。本発明のIII族窒化物の製造方法は、HVPE法によってIII族窒化物を製造する方法であって、上記本発明の第1の態様に係る結晶成長装置を用いてIII族窒化物単結晶を成長させることを特徴とする。
図1の結晶成長装置100により、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させた。支持台22に保持した最大径48mmの正方形状の基板を10回転/分の速度で回転しながら、III族ハロゲン化物ガス供給手段30から塩化アルミニウムガスを供給し、窒素源ガス供給手段40からアンモニアガスを供給して、20分間成長させた。なお支持台22の平面形状は基板と同一であった(すなわちD=48mm)。III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル形状は、図6において、a=15mm、b=ca=cb=5mm、dab=5mm、a/D=0.31、dab/ca=dab/cb=1である形状とした。成長終了後、基板の中心から4mm毎に成長膜厚を測定し、成長速度を評価した。結果を図12に示す。
III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル形状を、図6においてa=20mm、b=ca=cb=5mm、dab=10mm、a/D=0.42、dab/ca=dab/cb=2である形状とした以外は実施例1と同様にして、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させた。結果を図12に示す。
III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル形状を、図11に示す従来型の形状であってa=c=b=7.5mm、d=0mm、a/D=0.16、d/c=0である形状とした以外は実施例1と同様にして、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させた。結果を図12に示す。
図12に示すように、従来型の形状を有するノズルから塩化アルミニウムガスを供給する形態の結晶成長装置によって窒化アルミニウムを成長させた比較例1に対し、本発明に係る結晶成長装置によって窒化アルミニウムを成長させた実施例1及び2では、基板中心からの距離による成長速度の違いが緩和されていた。
10 反応器
11 外チャンバ
12 内チャンバ
20 反応域
21 基板
22 支持台(サセプタ)
23 回転駆動軸
24 加熱手段
30 III族ハロゲン化物ガス供給手段
30a、30b III族ハロゲン化物ガス供給管
30w 外壁
31 (III族ハロゲン化物ガスが流出する)第1の吹き出し口
31a、31b (III族ハロゲン化物ガス供給手段の)開口部
31w、31wa、31wb 隔壁
31p 突出部
31R1 (III族ハロゲン化物ガス供給手段の開口部の)第1の領域
31R2 (III族ハロゲン化物ガス供給手段の開口部の)第2の領域
31R3 (III族ハロゲン化物ガス供給手段の開口部の)第3の領域
32 (バリアガスが流出する)第2の吹き出し口
40 窒素源ガス供給手段
50 排気口
Claims (12)
- III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域を有する反応器と、
前記反応域に前記III族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段と、
前記反応域に前記窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段と
を有する結晶成長装置において、
前記反応器は、前記基板を回転可能に支持する支持台を前記反応域に有し、
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段は、前記III族ハロゲン化物ガスを前記支持台の側上方から前記支持台の上方へ向けて吹き出すように配設されており、
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段は、前記III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口とを有し、該第2の吹き出し口は、前記第1の吹き出し口を取り囲んで配設されており、
前記第1の吹き出し口は、Y方向における最大幅が鉛直方向における最大幅よりも大きい形状を有し、前記Y方向は、水平方向であって上面視において該第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ線分の中点および前記支持台上面の回転中心を通る直線と直交する方向であり、前記一方の最外端及び他方の最外端はそれぞれ上面視において、前記回転中心を通る直線が前記第1の吹き出し口の最も外側の開口部に対して外側から接する接点であり、
前記第1の吹き出し口の前記Y方向における最大幅aと、前記支持台の最大幅Dとの比a/Dが、0.05以上2以下である、結晶成長装置。 - 前記第1の吹き出し口が、1以上の隔壁によって前記Y方向に離隔された複数の開口部を有する、
請求項1に記載の結晶成長装置。 - 前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部が、上面視において重複する部分を有しない、
請求項2に記載の結晶成長装置。 - 前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部のうち隣接する2つの開口部の組のいずれについても、該2つの開口部が上面視において水平方向に離隔している距離dと、該2つの開口部のそれぞれの水平方向の最大幅c1及びc2との比d/c1及びd/c2の両方が0.1以上10以下である、
請求項2又は3に記載の結晶成長装置。 - 前記III族ハロゲン化物ガス供給手段が単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管を有し、
前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部のいずれにも、前記単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じて前記III族ハロゲン化物ガスが導かれる、
請求項2〜4のいずれかに記載の結晶成長装置。 - 前記III族ハロゲン化物ガス供給手段が、第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管と第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管とを含む複数のIII族ハロゲン化物ガス供給管を有し、
前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部は、前記第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じて前記III族ハロゲン化物ガスが導かれる第1の開口部と、第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じて前記III族ハロゲン化物ガスが導かれる第2の開口部とを少なくとも有する、
請求項2〜4のいずれかに記載の結晶成長装置。 - 前記第2の吹き出し口が、前記第1の吹き出し口の全周を取り囲むように設けられた一の開口部により構成されている、
請求項1〜6のいずれかに記載の結晶成長装置。 - 前記第2の吹き出し口が、前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部のそれぞれを取り囲むように離隔して設けられた複数の開口部により構成されている、
請求項2〜6のいずれかに記載の結晶成長装置。 - 前記第1の吹き出し口が、前記III族ハロゲン化物ガスの流路を狭めるように設けられた突出部を、少なくとも前記第1の吹き出し口の開口部において有し、
前記第1の吹き出し口の開口部が、第1の領域と、該第1の領域から前記Y方向に離隔した第2の領域と、前記第1の領域及び前記第2の領域を連結し且つ前記第1の領域及び前記第2の領域よりも鉛直方向の幅が狭い第3の領域とを含む、
請求項1に記載の結晶成長装置。 - 前記窒素源ガス供給手段は、前記支持台の側上方かつ前記第1の吹き出し口及び前記第2の吹き出し口の上方から前記支持台の上方へ向けて前記窒素源ガスを吹き出すように配設されている、請求項1〜9のいずれかに記載の結晶成長装置。
- 前記III族ハロゲン化物ガスが、ハロゲン化アルミニウムガスであり、
前記バリアガスが窒素ガス又はアルゴンガスを含み、
前記窒素源ガスがアンモニアガスであり、
前記III族窒化物単結晶が、窒化アルミニウム単結晶である、
請求項1〜10のいずれかに記載の結晶成長装置。 - III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより、加熱された基板上にIII族窒化物単結晶を成長させる、III族窒化物の製造方法であって、
請求項1〜11のいずれかに記載の結晶成長装置を用いてIII族窒化物単結晶を製造することを特徴とする、III族窒化物の製造方法。
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