JP2016096177A - Hydride vapor-phase growth apparatus and film deposition method - Google Patents

Hydride vapor-phase growth apparatus and film deposition method Download PDF

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JP2016096177A
JP2016096177A JP2014229714A JP2014229714A JP2016096177A JP 2016096177 A JP2016096177 A JP 2016096177A JP 2014229714 A JP2014229714 A JP 2014229714A JP 2014229714 A JP2014229714 A JP 2014229714A JP 2016096177 A JP2016096177 A JP 2016096177A
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phase growth
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正志 水田
Masashi Mizuta
正志 水田
哲也 松原
Tetsuya Matsubara
哲也 松原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydride vapor-phase growth apparatus which enables the formation of various compound semiconductor films.SOLUTION: A vapor-phase growth apparatus 1 is a hydride vapor-phase growth apparatus, which comprises: a film-forming chamber 4; a first material gas introduction part 250; a second material gas introduction part 280; gas heating means 27; at least one low-temperature gas introduction part 340; substrate heating means 53; and a control part 10. The first material gas introduction part 250 serves to introduce a first material gas including a halogen element into the film-forming chamber 4. The second material gas introduction part 280 serves to introduce a second material gas into the film-forming chamber 4, the second material gas reacting with the first material gas to form a compound semiconductor film on at least one substrate S disposed in the film-forming chamber 4. The gas heating means 27 heats the first material gas introduction part 250 and the second material gas introduction part 280. The low-temperature gas introduction part 340 serves to introduce a low-temperature gas into the film-forming chamber 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はハイドライド気相成長装置および成膜方法に関する。   The present invention relates to a hydride vapor phase growth apparatus and a film forming method.

p型III-V族化合物半導体の成膜方法には、有機金属気相成長法(MOCVD法)があった。MOCVD法では、p型のドーピング元素を含む有機金属ガスを原料ガスに合わせて供給することで、III-V族化合物半導体膜にp型不純物を添加する。
しかし、MOCVD法では、膜の成長速度が遅かった。
As a method for forming a p-type III-V compound semiconductor, there has been a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). In the MOCVD method, a p-type impurity is added to the III-V compound semiconductor film by supplying an organometallic gas containing a p-type doping element in accordance with the source gas.
However, in the MOCVD method, the film growth rate was slow.

一方、MOCVD法に比べて高速にIII-V族化合物半導体の成膜ができる方法として、ハイドライド気相成長法(HVPE法)がある。特許文献1には、HVPE法により、速い成長速度で半導体テンプレートのアンドープGaN層、およびSiドープGaN層を成膜できることが記載されている。   On the other hand, there is a hydride vapor phase epitaxy (HVPE method) as a method capable of forming a III-V group compound semiconductor at a higher speed than the MOCVD method. Patent Document 1 describes that an undoped GaN layer and a Si-doped GaN layer of a semiconductor template can be formed at a high growth rate by the HVPE method.

特開2013−225648号公報JP 2013-225648 A

しかし、特許文献1の様な気相成長装置では、p型ドーピングを行うことはできなかった。特許文献1においても、p型の層の形成はMOCVD法で行われている。発明者が鋭意検討したところ、ドーピングガスである有機金属ガスが基板に到達する前に分解したり、有機金属化合物が配管に析出したりしてしまい、p型不純物が成膜した半導体層に添加されないことが分かった。また、同様に、熱分解温度が低い有機金属ガスを用いて化合物半導体膜を成膜することはできなかった。   However, the vapor phase growth apparatus as in Patent Document 1 cannot perform p-type doping. Also in Patent Document 1, the formation of the p-type layer is performed by the MOCVD method. As a result of extensive studies by the inventor, the organometallic gas, which is a doping gas, decomposes before reaching the substrate, or the organometallic compound is deposited on the pipe, so that p-type impurities are added to the deposited semiconductor layer. It turns out not to be. Similarly, a compound semiconductor film cannot be formed using an organometallic gas having a low thermal decomposition temperature.

本発明は、多様な化合物半導体膜の成膜が可能なハイドライド気相成長装置を提供するものである。   The present invention provides a hydride vapor phase growth apparatus capable of forming various compound semiconductor films.

本発明によれば、
成膜室と、
前記成膜室にハロゲン元素を含む第1原料ガスを導入する第1原料ガス導入部と、
前記第1原料ガスと反応して前記成膜室内に配置された少なくとも1枚の基板上に化合物半導体膜を形成する第2原料ガスを、前記成膜室に導入する第2原料ガス導入部と、
前記第1原料ガス導入部および前記第2原料ガス導入部を加熱するガス加熱手段と、
前記第1原料ガス導入部から導入される前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガス導入部から導入される前記第2原料ガスのいずれよりも低い温度の低温ガスを前記成膜室に導入する少なくとも1つの低温ガス導入部と、
前記基板を加熱する基板加熱手段と、
前記第1原料ガス導入部から導入される前記第1原料ガス、前記第2原料ガス導入部から導入される前記第2原料ガス、および前記低温ガス導入部から導入される前記低温ガスの供給流量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1原料ガス、前記第2原料ガスおよび前記低温ガスを同時に前記成膜室に導入するよう、前記第1原料ガス導入部、前記第2原料ガス導入部および前記低温ガス導入部を制御するハイドライド気相成長装置
が提供される。
According to the present invention,
A deposition chamber;
A first source gas introduction part for introducing a first source gas containing a halogen element into the film formation chamber;
A second source gas introduction unit that introduces into the film formation chamber a second source gas that forms a compound semiconductor film on at least one substrate disposed in the film formation chamber by reacting with the first source gas; ,
Gas heating means for heating the first source gas inlet and the second source gas inlet;
A low temperature gas having a temperature lower than any of the first source gas introduced from the first source gas introduction unit and the second source gas introduced from the second source gas introduction unit is introduced into the film forming chamber. At least one cold gas inlet;
Substrate heating means for heating the substrate;
Supply flow rate of the first source gas introduced from the first source gas introduction unit, the second source gas introduced from the second source gas introduction unit, and the low temperature gas introduced from the low temperature gas introduction unit And a control unit for controlling
The control unit is configured to introduce the first source gas, the second source gas, and the low temperature gas into the film formation chamber at the same time, so that the first source gas introduction unit, the second source gas introduction unit, and the low temperature gas are introduced. A hydride vapor phase growth apparatus for controlling the introduction portion is provided.

本発明によれば、
成膜室内に少なくとも1枚の基板を配置する工程と、
前記基板を加熱する工程と、
ハロゲン元素を含む第1原料ガス、前記第1原料ガスと反応して前記基板上に化合物半導体膜を形成する第2原料ガス、および少なくとも1つの低温ガスを、同時に前記成膜室内に供給して、加熱された前記基板上に化合物半導体膜を成膜する工程とを含み、
前記成膜する工程において、
前記第1原料ガスおよび少なくとも一部の前記第2原料ガスを加熱して前記基板上に供給し、
前記低温ガスは、加熱された前記第1原料ガスおよび加熱された前記第2原料ガスのいずれよりも温度が低い化合物半導体膜の成膜方法
が提供される。
According to the present invention,
Placing at least one substrate in the deposition chamber;
Heating the substrate;
A first source gas containing a halogen element, a second source gas that reacts with the first source gas to form a compound semiconductor film on the substrate, and at least one low-temperature gas are simultaneously supplied into the deposition chamber. Forming a compound semiconductor film on the heated substrate,
In the film forming step,
Heating and supplying the first source gas and at least a portion of the second source gas onto the substrate;
The low temperature gas is provided with a method for forming a compound semiconductor film having a temperature lower than that of either the heated first source gas or the heated second source gas.

本発明によれば、多様な化合物半導体膜の成膜が可能なハイドライド気相成長装置を提供することができる。   According to the present invention, a hydride vapor phase growth apparatus capable of forming various compound semiconductor films can be provided.

第1の実施形態に係る気相成長装置の構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of the vapor phase growth apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る気相成長装置の構造を詳しく示す図である。It is a figure which shows in detail the structure of the vapor phase growth apparatus which concerns on 1st Embodiment. 気相成長装置における主要部の配置関係を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the principal part in a vapor phase growth apparatus. 第1の実施形態に係る気相成長装置の第1供給部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st supply part of the vapor phase growth apparatus which concerns on 1st Embodiment. 有機金属ガス生成部の構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of an organometallic gas production | generation part. 第1の実施形態に係る成膜方法を用いたp型III-V族化合物半導体の自立基板の製造方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the self-supporting board | substrate of the p-type III-V compound semiconductor using the film-forming method which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る気相成長装置の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the vapor phase growth apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体素子の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor element which concerns on 3rd Embodiment. DCS供給流量を変えて成長させたGaNのキャリア密度を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the carrier density of the GaN grown by changing DCS supply flow rate. HVPE法でのGaNの成長速度の原料ガス供給流量依存性を示す図である。It is a figure which shows the source gas supply flow rate dependence of the growth rate of GaN in HVPE method. HVPE法により成長させたGaNの断面の電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the electron microscope image of the cross section of the GaN grown by HVPE method.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

なお、以下に示す説明において、気相成長装置1の制御部10、第1供給口温度制御部、および第2供給口温度制御部は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。気相成長装置1の制御部10、第1供給口温度制御部、および第2供給口温度制御部は、任意のコンピュータのCPU、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。   In the following description, the control unit 10, the first supply port temperature control unit, and the second supply port temperature control unit of the vapor phase growth apparatus 1 indicate functional unit blocks instead of hardware units. ing. The control unit 10, the first supply port temperature control unit, and the second supply port temperature control unit of the vapor phase growth apparatus 1 are an arbitrary computer CPU, memory, and a program that implements the components shown in FIG. It is realized by any combination of hardware and software, mainly a storage medium such as a hard disk for storing the program, and a network connection interface. There are various modifications of the implementation method and apparatus.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る気相成長装置1の構造の例を示す図である。
本実施形態に係る気相成長装置1は、ハイドライド気相成長装置であり、成膜室4、第1原料ガス導入部250、第2原料ガス導入部280、ガス加熱手段27、少なくとも1つの低温ガス導入部340、基板加熱手段53、および制御部10を備える。第1原料ガス導入部250は、成膜室4にハロゲン元素を含む第1原料ガスを導入する。第2原料ガス導入部280は、第1原料ガスと反応して成膜室4内に配置された少なくとも1枚の基板S上に化合物半導体膜を形成する第2原料ガスを、成膜室4に導入する。ガス加熱手段27は、第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280を加熱する。第1低温ガス導入部340は、低温ガスを成膜室4に導入する。ここで、低温ガスは、第1原料ガス導入部250から導入される第1原料ガスおよび第2原料ガス導入部280から導入される第2原料ガスのいずれよりも温度が低い。基板加熱手段53は基板Sを加熱する。制御部10は、第1原料ガス導入部250から導入される第1原料ガス、第2原料ガス導入部280から導入される第2原料ガス、および第1低温ガス導入部340から導入される低温ガスの供給流量を制御する。制御部10は、第1原料ガス、第2原料ガスおよび低温ガスを同時に成膜室4に導入するよう、第1原料ガス導入部250、第2原料ガス導入部280、および第1低温ガス導入部340を制御する。以下に詳しく説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of a vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment.
The vapor phase growth apparatus 1 according to the present embodiment is a hydride vapor phase growth apparatus, and includes a film forming chamber 4, a first source gas introduction unit 250, a second source gas introduction unit 280, a gas heating unit 27, and at least one low temperature. A gas introduction unit 340, a substrate heating unit 53, and a control unit 10 are provided. The first source gas introduction unit 250 introduces a first source gas containing a halogen element into the film forming chamber 4. The second source gas introduction unit 280 generates a second source gas that reacts with the first source gas to form a compound semiconductor film on at least one substrate S disposed in the deposition chamber 4. To introduce. The gas heating means 27 heats the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280. The first low temperature gas introduction unit 340 introduces a low temperature gas into the film forming chamber 4. Here, the temperature of the low temperature gas is lower than both the first source gas introduced from the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduced from the second source gas introduction unit 280. The substrate heating unit 53 heats the substrate S. The control unit 10 includes a first source gas introduced from the first source gas introduction unit 250, a second source gas introduced from the second source gas introduction unit 280, and a low temperature introduced from the first low temperature gas introduction unit 340. Control the gas supply flow rate. The control unit 10 introduces the first source gas introduction unit 250, the second source gas introduction unit 280, and the first low temperature gas introduction so that the first source gas, the second source gas, and the low temperature gas are simultaneously introduced into the film forming chamber 4. The unit 340 is controlled. This will be described in detail below.

成膜室4の内部には少なくとも1枚の基板Sが配置され、基板S上で複数の原料ガスおよび低温ガスが反応して化合物半導体膜を形成する。気相成長装置1は第1供給部2を備える。第1供給部2は第1原料ガス導入部250、第2原料ガス導入部280、ガス加熱手段27を備え、高温のガスを成膜室4に供給する。第1原料ガス導入部250と第2原料ガス導入部280からそれぞれ供給されるガスは、少なくともそれらの供給口に至るまで互いに混合されることなく、成膜室4内に供給される。第1原料ガス導入部250は配管25および第1原料ガスバルブ252を備え、高温の第1原料ガスを供給する。第2原料ガス導入部280は配管28および第2原料ガスバルブ282を備え、高温の第2原料ガスを成膜室4に供給する。なお、以下において、第1供給部2の供給口とはすなわち第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口をいう。   At least one substrate S is disposed inside the film formation chamber 4, and a plurality of source gases and low temperature gases react on the substrate S to form a compound semiconductor film. The vapor phase growth apparatus 1 includes a first supply unit 2. The first supply unit 2 includes a first source gas introduction unit 250, a second source gas introduction unit 280, and a gas heating unit 27, and supplies a high temperature gas to the film forming chamber 4. The gases respectively supplied from the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280 are supplied into the film forming chamber 4 without being mixed with each other until at least the supply ports thereof. The first source gas introduction unit 250 includes a pipe 25 and a first source gas valve 252 and supplies a high temperature first source gas. The second source gas introduction unit 280 includes a pipe 28 and a second source gas valve 282, and supplies a high temperature second source gas to the film forming chamber 4. Hereinafter, the supply port of the first supply unit 2 refers to the supply port of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280.

また、気相成長装置1は第2供給部3を備える。第2供給部3は、低温のガスを成膜室4に供給する。本実施形態に係る第2供給部3は、第1低温ガス導入部340に加えて、第2低温ガス導入部330を備える。第1低温ガス導入部340および第2低温ガス導入部330からそれぞれ供給されるガスは、少なくともそれらの供給口に至るまで互いに混合されることなく、成膜室4内に供給される。第1低温ガス導入部340は配管34および第1低温ガスバルブ342を備える。第2低温ガス導入部330は配管33および第2低温ガスバルブ332を備える。なお、以下において、第2供給部3の供給口とはすなわち第2低温ガス導入部330および第1低温ガス導入部340の供給口をいう。   Further, the vapor phase growth apparatus 1 includes a second supply unit 3. The second supply unit 3 supplies a low temperature gas to the film forming chamber 4. The second supply unit 3 according to the present embodiment includes a second low temperature gas introduction unit 330 in addition to the first low temperature gas introduction unit 340. The gases respectively supplied from the first low-temperature gas introduction unit 340 and the second low-temperature gas introduction unit 330 are supplied into the film forming chamber 4 without being mixed with each other until at least the supply ports thereof. The first low temperature gas introduction unit 340 includes a pipe 34 and a first low temperature gas valve 342. The second low temperature gas introduction unit 330 includes a pipe 33 and a second low temperature gas valve 332. Hereinafter, the supply port of the second supply unit 3 refers to the supply port of the second low temperature gas introduction unit 330 and the first low temperature gas introduction unit 340.

制御部10は、第1原料ガス導入部250、第2原料ガス導入部280、第1低温ガス導入部340および第2低温ガス導入部330を制御する。具体的には、制御部10は各ガス供給流量がユーザーにより入力された設定条件、またはあらかじめ記憶された設定条件となるよう、第1原料ガスバルブ252、第2原料ガスバルブ282、第1低温ガスバルブ342、および第2低温ガスバルブ332を調整し、各ガスの供給の有無および供給流量を制御する。なお、各ガスバルブにはマスフローコントローラが備えられ、制御部10の制御に基づき瞬時にガス供給の調整が行われるよう構成できる。   The control unit 10 controls the first source gas introduction unit 250, the second source gas introduction unit 280, the first low temperature gas introduction unit 340, and the second low temperature gas introduction unit 330. Specifically, the control unit 10 sets the first source gas valve 252, the second source gas valve 282, and the first low temperature gas valve 342 so that each gas supply flow rate becomes a set condition input by the user or a preset stored condition. And the second low-temperature gas valve 332 are adjusted to control the supply / non-supply of each gas and the supply flow rate. Each gas valve is provided with a mass flow controller and can be configured so that the gas supply is instantaneously adjusted based on the control of the control unit 10.

制御部10の制御により、第1原料ガス、第2原料ガス、および低温ガスは同時に成膜室4に導入される。ただし、低温ガスを導入せず、加熱した第1原料ガスおよび第2原料ガスを成膜室4に導入して気相成長装置1を用いることがあっても良い。   Under the control of the control unit 10, the first source gas, the second source gas, and the low temperature gas are simultaneously introduced into the film forming chamber 4. However, the vapor phase growth apparatus 1 may be used by introducing the heated first source gas and second source gas into the film forming chamber 4 without introducing the low temperature gas.

図2は、本実施形態に係る気相成長装置1の構造を詳しく示す図である。ただし、制御部10やバルブなどは省略している。図3は、気相成長装置1における主要部の配置関係を示す図である。ここで図3では、気相成長装置1に取り付けられた基板Sを平面視する方向から見た、第1供給部2、第2供給部3、および搬送手段5の配置関係を示す。図2は図3のA−A'における断面図である。   FIG. 2 is a diagram showing in detail the structure of the vapor phase growth apparatus 1 according to the present embodiment. However, the control unit 10 and valves are omitted. FIG. 3 is a diagram showing an arrangement relationship of main parts in the vapor phase growth apparatus 1. Here, FIG. 3 shows an arrangement relationship of the first supply unit 2, the second supply unit 3, and the transport unit 5 as viewed from the direction in plan view of the substrate S attached to the vapor phase growth apparatus 1. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

気相成長装置1は、成膜室4、第1供給部2、第2供給部3に加え、搬送手段5、および排気手段6を備える。搬送手段5は、成膜室4内で基板Sを搬送する。排気手段6は、成膜室4内のガスを排気して真空化する。   The vapor phase growth apparatus 1 includes a transport unit 5 and an exhaust unit 6 in addition to the film formation chamber 4, the first supply unit 2, and the second supply unit 3. The transport unit 5 transports the substrate S in the film forming chamber 4. The exhaust means 6 exhausts the gas in the film forming chamber 4 and evacuates it.

搬送手段5は、回転軸Lを軸として回転するサセプタ51を備える。第1供給部2の供給口は、サセプタ51の上面近傍に設けられ、サセプタ51の上面に対向している。搬送手段5は、サセプタ51上に配置された基板Sを、第1供給部2の供給口に対向させる第1配置と、第2供給部3の供給口に対向させる第2配置と、第1供給部2の供給口および第2供給部3の供給口のどちらにも対向させない第3配置との間で搬送する。第1〜第3配置を順に繰り返し搬送される間に、基板S上には、化合物半導体膜が成膜される。   The transport means 5 includes a susceptor 51 that rotates about the rotation axis L. The supply port of the first supply unit 2 is provided near the upper surface of the susceptor 51 and faces the upper surface of the susceptor 51. The transport means 5 includes a first arrangement in which the substrate S arranged on the susceptor 51 is opposed to the supply port of the first supply unit 2, a second arrangement in which the substrate S is opposed to the supply port of the second supply unit 3, It conveys between the supply port of the supply part 2 and the 3rd arrangement | positioning which is not made to oppose neither the supply port of the 2nd supply part 3. FIG. A compound semiconductor film is formed on the substrate S while the first to third arrangements are sequentially conveyed.

なお、成膜室4内もしくは成膜室4の内壁に設けられ、成膜室4内にガスを供給する開口を「供給口」と呼び、成膜室4内もしくは成膜室4の内壁に設けられ、成膜室4内からガスを排気する開口を「排気口」と呼んで区別する。   An opening provided in the film forming chamber 4 or on the inner wall of the film forming chamber 4 and supplying gas into the film forming chamber 4 is referred to as a “supply port”, and is formed in the film forming chamber 4 or the inner wall of the film forming chamber 4. An opening that is provided and exhausts gas from the film forming chamber 4 is called an “exhaust port” to be distinguished.

成膜室4は、たとえば、ステンレス等のチャンバーで構成されている。この成膜室4内に基板Sが配置され、基板S上に化合物半導体の膜が形成される。基板Sとしては特に限定されないが、たとえば、サファイア基板、SiC基板、ZnO基板、シリコン基板のいずれかを使用できる。また、テンプレート基板を用いることもできる。基板Sのサイズは、特に限定されないが、たとえば2〜6インチである。化合物半導体膜がIII-V族化合物半導体膜である場合、III族元素はたとえばGa、Al、In、Bのうちのいずれか1種以上である。III-V族化合物半導体膜におけるV族元素はたとえばN、As、Pのうちのいずれか1種以上である。III-V族化合物半導体は、たとえばGaN、AlN、InN、BN、GaAlN、InGaN、GaBN、AlBN、InBN、GaNAs、InNAs、AlNAs、BNAsのいずれか、およびこれらの混晶である。また、化合物半導体膜はn型不純物またはp型不純物が添加されたものでありうる。   The film forming chamber 4 is composed of a chamber made of stainless steel, for example. The substrate S is disposed in the film formation chamber 4, and a compound semiconductor film is formed on the substrate S. Although it does not specifically limit as the board | substrate S, For example, any of a sapphire substrate, a SiC substrate, a ZnO substrate, and a silicon substrate can be used. A template substrate can also be used. The size of the substrate S is not particularly limited, but is, for example, 2 to 6 inches. When the compound semiconductor film is a III-V group compound semiconductor film, the group III element is at least one of Ga, Al, In, and B, for example. The group V element in the group III-V compound semiconductor film is, for example, one or more of N, As, and P. The group III-V compound semiconductor is, for example, any one of GaN, AlN, InN, BN, GaAlN, InGaN, GaBN, AlBN, InBN, GaNAs, InNAs, AlNAs, BNAs, and mixed crystals thereof. Further, the compound semiconductor film may be an n-type impurity or a p-type impurity added.

中でも、窒化物半導体は、V族元素に窒素を用いたIII-V族化合物半導体であり、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)およびそれらの混晶が代表である。窒化物半導体は、(1)安定な結晶構造がウルツ鉱型である、(2)融点が極めて高い(GaNで2000℃以上、常圧では融解しない)、(3)堅牢かつ化学的に安定である、(4)バンド構造が直接遷移型である、(5)エネルギーバンドギャップはInNで0.6eV、AlNで6.2eVであり、混晶によって広範囲に変化させられる、(6)熱伝導率が大きい、(7)電子飽和速度が大きい、および(8)大きな圧電定数を持つ等の特徴を有する。   Among these, nitride semiconductors are III-V compound semiconductors using nitrogen as a group V element, and gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), and mixed crystals thereof are representative. . Nitride semiconductors have (1) a stable crystal structure of wurtzite type, (2) extremely high melting point (over 2000 ° C. with GaN, does not melt at normal pressure), (3) robust and chemically stable. (4) The band structure is a direct transition type. (5) The energy band gap is 0.6 eV for InN and 6.2 eV for AlN, and can be varied widely by mixed crystals. (6) Thermal conductivity (7) has a high electron saturation speed, and (8) has a large piezoelectric constant.

なお、以下の実施形態では、窒素をV族元素とし、GaをIII族元素とし、GaN(窒化ガリウム)膜を形成する例について説明する。ただし、この例に限定されるものではない。HVPE法において、III族原料ガス(第1原料ガス)としてGaClを、V族原料ガス(第2原料ガス)としてNHを用いる場合、V/III流量比を1〜50として以下の様な反応により、GaN膜を得ることができる。
GaCl+NH→GaN+H+HCl
In the following embodiments, an example will be described in which nitrogen is a group V element, Ga is a group III element, and a GaN (gallium nitride) film is formed. However, it is not limited to this example. In the HVPE method, when GaCl is used as a group III source gas (first source gas) and NH 3 is used as a group V source gas (second source gas), the following reaction is performed with a V / III flow ratio of 1-50. Thus, a GaN film can be obtained.
GaCl + NH 3 → GaN + H 2 + HCl

次に、第1供給部2の構造について以下に詳述する。
図4は、本実施形態に係る気相成長装置1の第1供給部2の構造を示す図である。図1および図2では第1供給部2の構造を簡略化して描いている。
第1供給部2は、第1原料ガスを基板Sに向けて供給する第1供給口214と、第2原料ガスを基板Sに向けて供給する第2供給口215とを備える。そして第1供給部2は、第1原料ガスおよび第2原料ガスを互いに混合させずに、第1供給口214および第2供給口215にそれぞれ導く。
Next, the structure of the 1st supply part 2 is explained in full detail below.
FIG. 4 is a diagram showing the structure of the first supply unit 2 of the vapor phase growth apparatus 1 according to this embodiment. In FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the 1st supply part 2 is simplified and drawn.
The first supply unit 2 includes a first supply port 214 that supplies the first source gas toward the substrate S, and a second supply port 215 that supplies the second source gas toward the substrate S. The first supply unit 2 guides the first source gas and the second source gas to the first supply port 214 and the second supply port 215, respectively, without mixing each other.

第1原料ガスはハロゲン元素とIII族元素とを含有するガスであり、たとえばGaClガスである。第1原料ガスは、III族元素のハロゲン化ガスであることが好ましい。第2原料ガスはV族元素を含有する反応性ガスであり、たとえばアンモニアガス(NH)である。HVPE法による成膜を行う際、第1原料ガスと第2原料ガスとが同時に成膜室4内に供給され、基板S上に化合物半導体膜が形成される。なお、第1原料ガスおよび第2原料ガスはそれぞれ、キャリアガスとあわせて供給されうる。キャリアガスはたとえば水素ガス(H)である。 The first source gas is a gas containing a halogen element and a group III element, for example, GaCl gas. The first source gas is preferably a halogenated gas of a group III element. The second source gas is a reactive gas containing a group V element, for example, ammonia gas (NH 3 ). When film formation by the HVPE method is performed, the first source gas and the second source gas are simultaneously supplied into the film formation chamber 4, and a compound semiconductor film is formed on the substrate S. The first source gas and the second source gas can be supplied together with the carrier gas. The carrier gas is, for example, hydrogen gas (H 2 ).

第1供給部2は、第1供給管21と、この第1供給管21の外側に設けられたガス加熱手段27と、ガス加熱手段27の外側に設けられた遮熱手段22とを備える。第1供給管21は、3本の管、すなわち外管211、第1内管212、および第2内管213を含み、三重管構造として構成されている。第1内管212は、外管211よりも内径が小さく、外管211内に挿入されている。第2内管213は、第1内管212よりも内径が小さく、第1内管212内に挿入されている。   The first supply unit 2 includes a first supply pipe 21, a gas heating means 27 provided outside the first supply pipe 21, and a heat shield means 22 provided outside the gas heating means 27. The first supply pipe 21 includes three pipes, that is, an outer pipe 211, a first inner pipe 212, and a second inner pipe 213, and is configured as a triple pipe structure. The first inner tube 212 has a smaller inner diameter than the outer tube 211 and is inserted into the outer tube 211. The second inner tube 213 has a smaller inner diameter than the first inner tube 212 and is inserted into the first inner tube 212.

第1供給管21は、その端部で第1供給口214、第2供給口215および非反応ガス供給口216を構成している。ここで、非反応ガス供給口216からは、第1原料ガスとも第2原料ガスとも反応しない、非反応ガスが成膜室4内に供給される。非反応ガスはたとえば水素ガス(H)である。第2原料ガスは、外管211の内側かつ第1内管212の外側の空間を通り、第2供給口215から成膜室4内に供給される。非反応ガスは第1内管212の内側かつ第2内管213の外側の空間を通り、非反応ガス供給口216から成膜室4内に供給される。そして、第1原料ガスは第2内管213の内側で生成され、第1供給口214から成膜室4内に供給される。 The first supply pipe 21 constitutes a first supply port 214, a second supply port 215, and a non-reactive gas supply port 216 at its ends. Here, a non-reactive gas that does not react with either the first source gas or the second source gas is supplied into the film forming chamber 4 from the non-reactive gas supply port 216. The non-reactive gas is, for example, hydrogen gas (H 2 ). The second source gas passes through the space inside the outer tube 211 and outside the first inner tube 212 and is supplied into the film forming chamber 4 from the second supply port 215. The non-reactive gas passes through the space inside the first inner pipe 212 and outside the second inner pipe 213, and is supplied into the film forming chamber 4 from the non-reactive gas supply port 216. The first source gas is generated inside the second inner pipe 213 and supplied into the film forming chamber 4 from the first supply port 214.

本実施形態に係る第1供給部2では、第1供給口214と第2供給口215の間に非反応ガス供給口216が設けられており、非反応ガスが供給されている。そして、これらの供給口は、サセプタ51で搬送される基板Sのすぐ上に位置するため、第1原料ガスと第2原料ガスとが混ざり合うことなく基板S上へ供給される。このように、本実施形態に係る気相成長装置1は、第1原料ガスと、第2原料ガスとが、基板Sの近傍で初めて混合されるよう構成されているため、供給管内で反応が生じて膜が析出するようなことがなく、基板S上への良好な膜形成ができる。第1供給部2の供給口の温度が下がらないようにするためにも、当該供給口をサセプタ51上面の近くに配置することが好ましい。なお、第1供給口214、第2供給口215、および非反応ガス供給口216を合わせて第1供給部2の供給口と呼ぶ。   In the first supply unit 2 according to this embodiment, a non-reactive gas supply port 216 is provided between the first supply port 214 and the second supply port 215, and a non-reactive gas is supplied. Since these supply ports are located immediately above the substrate S transported by the susceptor 51, the first source gas and the second source gas are supplied onto the substrate S without being mixed. As described above, the vapor phase growth apparatus 1 according to the present embodiment is configured such that the first source gas and the second source gas are mixed for the first time in the vicinity of the substrate S, so that the reaction occurs in the supply pipe. Thus, no film is deposited and a good film can be formed on the substrate S. In order to prevent the temperature of the supply port of the first supply unit 2 from dropping, it is preferable that the supply port is disposed near the upper surface of the susceptor 51. The first supply port 214, the second supply port 215, and the non-reactive gas supply port 216 are collectively referred to as the supply port of the first supply unit 2.

ここで、第1原料ガスを生成するための構成について説明する。第2内管213の内側には第1原料ガスを生成するための原料ソース、たとえば、III族元素を含む原料20を収容した原料容器(たとえば石英ボート)24が配置されている。ここで、原料20はたとえばGaである。原料容器24には、配管25および配管26が接続されており、第1原料ガスを生成するためのガスが配管25により原料容器24内に供給される。ここで、第1原料ガスを生成するためのガスはハロゲン元素を含むガスであり、たとえば塩化水素ガス(HCl)である。原料容器24内に供給された第1原料ガスを生成するためのガスが原料20と反応して第1原料ガスが生成される。原料20がGaであり、第1原料ガスを生成するためのガスがHClである場合、第1原料ガスとしてGaClが生成される。生成された第1原料ガスは配管26から排出され、第1供給口214から成膜室4内へ供給される。なお、上述した制御部10は、第1原料ガスを生成するためのガスの供給流量を制御することにより、第1原料ガスの供給流量を制御している。   Here, a configuration for generating the first source gas will be described. Inside the second inner pipe 213, a raw material source for generating a first raw material gas, for example, a raw material container (for example, a quartz boat) 24 containing a raw material 20 containing a group III element is disposed. Here, the raw material 20 is, for example, Ga. A pipe 25 and a pipe 26 are connected to the raw material container 24, and a gas for generating the first raw material gas is supplied into the raw material container 24 through the pipe 25. Here, the gas for generating the first source gas is a gas containing a halogen element, for example, hydrogen chloride gas (HCl). A gas for generating the first source gas supplied into the source container 24 reacts with the source 20 to generate a first source gas. When the source material 20 is Ga and the gas for generating the first source gas is HCl, GaCl is generated as the first source gas. The generated first source gas is discharged from the pipe 26 and supplied into the film forming chamber 4 from the first supply port 214. The control unit 10 described above controls the supply flow rate of the first raw material gas by controlling the supply flow rate of the gas for generating the first raw material gas.

第1供給管21の周囲、特に原料容器24の周囲となる部分には、第1供給管21の内部を加熱するためのガス加熱手段27、たとえばヒータが設けられている。このガス加熱手段27で第1供給管21の内部を加熱することで、第1原料ガスが効率良く生成される。また、第1供給管21を通る第1原料ガス、第2原料ガス、非反応ガスが加熱され、たとえば700℃以上となる。   A gas heating means 27 for heating the inside of the first supply pipe 21, for example, a heater, is provided around the first supply pipe 21, particularly a portion around the raw material container 24. By heating the inside of the first supply pipe 21 with the gas heating means 27, the first source gas is efficiently generated. In addition, the first source gas, the second source gas, and the non-reactive gas passing through the first supply pipe 21 are heated to, for example, 700 ° C. or higher.

さらに、ガス加熱手段27の周囲(外周)には、遮熱手段22が設けられている。本実施形態に係る遮熱手段22は、第1供給管21の周囲、特にガス加熱手段27の周囲を囲むように設けられた金属部材223と、この金属部材223の周囲に配置された冷却手段224とを含んで構成される。金属部材223はたとえば3重管構造を有する。そして金属部材223の周囲には冷却手段224を構成する管が配置され、この管の内部を冷却用の流体が通り、ガス加熱手段27で発生した熱が第1供給部2の外部に伝わるのを防ぐ。なお、図4では金属部材223および冷却手段224の内部構造は省略して描いている。流体はたとえば水である。このように、ガス加熱手段27で発生した熱が第1供給部2の外部に伝わるのを防ぐことにより、気相成長装置1における第1供給部2の外部の構成部位に熱の影響が生じることがなく、基板Sへの安定した成膜ができると共に、気相成長装置1の設計自由度が上がる。   Furthermore, a heat shield means 22 is provided around the gas heating means 27 (outer periphery). The heat shielding means 22 according to the present embodiment includes a metal member 223 provided so as to surround the first supply pipe 21, particularly the gas heating means 27, and a cooling means disposed around the metal member 223. 224. The metal member 223 has a triple tube structure, for example. A pipe constituting the cooling means 224 is disposed around the metal member 223, and the cooling fluid passes through the inside of the pipe, and the heat generated by the gas heating means 27 is transmitted to the outside of the first supply unit 2. prevent. In FIG. 4, the internal structure of the metal member 223 and the cooling means 224 is omitted. The fluid is for example water. As described above, by preventing the heat generated by the gas heating means 27 from being transmitted to the outside of the first supply unit 2, an influence of the heat is generated on the components outside the first supply unit 2 in the vapor phase growth apparatus 1. In addition, stable film formation on the substrate S can be performed, and the design freedom of the vapor phase growth apparatus 1 is increased.

なお、第1原料ガスを外管211の内側かつ第1内管212の外側を通して導入し、第2原料ガスを第2内管213の内側を通して導入する構成としても良い。その場合、原料容器24、配管25、配管26は外管211の内側かつ第1内管212の外側の空間に配置する。   The first source gas may be introduced through the inner side of the outer pipe 211 and the outer side of the first inner pipe 212, and the second source gas may be introduced through the inner side of the second inner pipe 213. In that case, the raw material container 24, the pipe 25, and the pipe 26 are arranged in a space inside the outer pipe 211 and outside the first inner pipe 212.

次に図2に戻り、第2供給部3の構造を詳細に説明する。第2供給部3は、成膜室4内で低温ガスを供給するためのガス供給部である。上述の様に、第2供給部3は、第2低温ガス導入部330および第1低温ガス導入部340を備え、基板Sに対向するシャワーヘッド32をさらに備える。   Next, returning to FIG. 2, the structure of the second supply unit 3 will be described in detail. The second supply unit 3 is a gas supply unit for supplying a low temperature gas in the film forming chamber 4. As described above, the second supply unit 3 includes the second low temperature gas introduction unit 330 and the first low temperature gas introduction unit 340, and further includes the shower head 32 that faces the substrate S.

ここで、低温ガスとして、第1原料ガスおよび第2原料ガスのいずれにも含まれない元素を少なくとも1つ含むガスを導入することができる。また、低温ガスとしては、有機金属ガスを含むガスを導入することができる。有機金属ガスはたとえばシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、およびイソブチルゲルマニウム、ジクロロシラン(SiHCl)、ジシラン、モノシラン、テトラエトキシシラン、トリメチルシラン、トリメチルアルミニウム、およびトリメチルインジウム、トリメチルヒ素からなる群より選ばれた1つ以上のガスである。 Here, as the low temperature gas, a gas containing at least one element that is not included in any of the first source gas and the second source gas can be introduced. Further, as the low temperature gas, a gas containing an organometallic gas can be introduced. Organometallic gases include, for example, cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg), dimethyl zinc, diethyl zinc, and isobutyl germanium, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), disilane, monosilane, tetraethoxysilane, trimethylsilane, trimethylaluminum, and One or more gases selected from the group consisting of trimethylindium and trimethylarsenic.

また、有機金属ガスは、p型不純物元素を含むガスとすることができる。そうすれば、成膜する化合物半導体膜にp型不純物を添加することができる。p型不純物元素はたとえばMg、Zn、またはGe等である。また、有機金属ガスは、n型不純物元素を含むガスとすることができる。そうすれば、成膜する化合物半導体膜にn型不純物を添加することができる。n型不純物元素はたとえばSiまたはGe等である。なお、Geは成膜する化合物半導体の組成や成膜条件によって、n型不純物にもp型不純物にもなり得る。また、有機金属ガスは、Al、AsまたはInを含むガスとすることができる。そうすれば、AlGaNやInGaN、GaAsといった化合物半導体を成膜できる。   The organometallic gas may be a gas containing a p-type impurity element. Then, p-type impurities can be added to the compound semiconductor film to be formed. The p-type impurity element is, for example, Mg, Zn, Ge, or the like. The organometallic gas may be a gas containing an n-type impurity element. Then, an n-type impurity can be added to the compound semiconductor film to be formed. The n-type impurity element is, for example, Si or Ge. Ge can be an n-type impurity or a p-type impurity depending on the composition of the compound semiconductor to be deposited and the deposition conditions. The organometallic gas can be a gas containing Al, As, or In. Then, a compound semiconductor such as AlGaN, InGaN, or GaAs can be formed.

低温ガスは、1種類のみを成膜室4に導入しても良いし、複数の低温ガス導入部を用いて2種類以上を同時に成膜室4に導入しても良い。このように、成膜工程において、低温ガスを第1原料ガスおよび第2原料ガスと同時に基板Sに供給することにより、基板S上に多様な化合物半導体膜を成膜できる。なお、低温ガスは、非反応性ガスであるキャリアガスを含んで供給されてもよい。また、第2供給部3からは、低温ガスとしてキャリアガスのみが供給されることがあってもよい。また、低温ガスとして第2原料ガスを含むガスを供給しても良い。   Only one kind of low temperature gas may be introduced into the film formation chamber 4, or two or more types of low temperature gas may be simultaneously introduced into the film formation chamber 4 using a plurality of low temperature gas introduction units. As described above, in the film forming process, various compound semiconductor films can be formed on the substrate S by supplying the low temperature gas to the substrate S simultaneously with the first source gas and the second source gas. Note that the low temperature gas may be supplied including a carrier gas which is a non-reactive gas. Further, only the carrier gas may be supplied from the second supply unit 3 as the low temperature gas. Further, a gas containing the second source gas may be supplied as the low temperature gas.

配管34および配管33の端部にはシャワーヘッド32が設けられている。シャワーヘッド32は、配管34に繋がる複数の孔311および配管33に繋がる複数の孔312を有する。すなわち、配管34を通るガスと、配管33を通るガスとは、シャワーヘッド32の異なる孔を介して成膜室4内に供給される。そして、これらの供給口、すなわち孔311および孔312は、サセプタ51で搬送される基板Sのすぐ上に位置する。たとえば低温ガスとして有機金属ガスが配管34を通り、複数の孔311から成膜室4内に供給される。一方、たとえば低温ガスとして第2原料ガスと同じ種類のガスが配管33を通り、複数の孔312から成膜室4内に供給される。なお、有機金属ガスが配管33から供給され、第2原料ガスと同じ種類のガスが配管33から供給されても良い。また、第2供給部3は、低温ガスを供給する一系統の配管のみを備える構成であっても良いし、三系統以上の配管を備えても良い。なお、有機金属ガスはキャリアガスと合わせて供給されうる。   A shower head 32 is provided at the ends of the pipe 34 and the pipe 33. The shower head 32 has a plurality of holes 311 connected to the pipe 34 and a plurality of holes 312 connected to the pipe 33. That is, the gas passing through the pipe 34 and the gas passing through the pipe 33 are supplied into the film forming chamber 4 through different holes of the shower head 32. These supply ports, that is, the hole 311 and the hole 312 are located immediately above the substrate S transported by the susceptor 51. For example, an organometallic gas as a low-temperature gas passes through the pipe 34 and is supplied into the film forming chamber 4 from the plurality of holes 311. On the other hand, for example, the same kind of gas as the second raw material gas passes through the pipe 33 as a low temperature gas and is supplied into the film forming chamber 4 from the plurality of holes 312. The organometallic gas may be supplied from the pipe 33 and the same type of gas as the second source gas may be supplied from the pipe 33. Moreover, the 2nd supply part 3 may be the structure provided with only one line of piping which supplies a low temperature gas, and may be provided with three or more lines of piping. The organometallic gas can be supplied together with the carrier gas.

なお、本実施形態に係る第2供給部3は、第1供給部2とは異なり、供給管内のガスを加熱する機構を備えていない。熱分解温度が低い低温ガスを安定して基板Sに供給するために、成膜室4に導入される低温ガスの温度は300℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましい。なお、第2供給部3は、オイル循環等により適切な温度に保たれるようにしてもよい。   Note that, unlike the first supply unit 2, the second supply unit 3 according to the present embodiment does not include a mechanism for heating the gas in the supply pipe. In order to stably supply a low-temperature gas having a low thermal decomposition temperature to the substrate S, the temperature of the low-temperature gas introduced into the film formation chamber 4 is preferably 300 ° C. or less, and more preferably 200 ° C. or less. . The second supply unit 3 may be maintained at an appropriate temperature by oil circulation or the like.

低温ガスとして有機金属ガスを導入する場合、気相成長装置1は、有機金属ガス生成部をさらに備えることができる。
図5は、有機金属ガス生成部90の構造の例を示す図である。有機金属ガスを生成する有機金属ガス生成部90は、有機金属化合物を含む液体98を保持するシリンダ92と、液体98中にキャリアガスを導入する複数のバブリング管94とを備える。バブリング管94によりキャリアガスを液体98中に通すことにより、液体98中の有機金属化合物が気化し、有機金属ガスがキャリアガスと共に有機金属ガス排出管96から排出される。少なくともひとつの低温ガス導入部、たとえば第1低温ガス導入部340の配管34は、有機金属ガス生成部90の有機金属ガス排出管96に接続されている。有機金属ガス生成部90で生成され、排出された有機金属ガスが、配管34を通り、成膜室4に導入される。複数のバブリング管94により同時にバブリングを行うことで、多量の有機金属ガスを生成し、成長速度が速い場合にも十分な量の有機金属ガスを供給することができる。なお、有機金属ガス生成部90は、液体98中にキャリアガスを導入する供給口を複数有する1つのバブリング管94を備える構成としても良い。
When introducing the organometallic gas as the low temperature gas, the vapor phase growth apparatus 1 can further include an organometallic gas generating unit.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the structure of the organometallic gas generation unit 90. The organometallic gas generating unit 90 that generates the organometallic gas includes a cylinder 92 that holds a liquid 98 containing an organometallic compound, and a plurality of bubbling pipes 94 that introduce a carrier gas into the liquid 98. By passing the carrier gas through the liquid 98 through the bubbling pipe 94, the organometallic compound in the liquid 98 is vaporized, and the organometallic gas is discharged from the organometallic gas discharge pipe 96 together with the carrier gas. The pipe 34 of at least one low temperature gas introduction unit, for example, the first low temperature gas introduction unit 340 is connected to the organic metal gas discharge pipe 96 of the organic metal gas generation unit 90. The organometallic gas produced and discharged by the organometallic gas production unit 90 is introduced into the film forming chamber 4 through the pipe 34. By simultaneously bubbling with a plurality of bubbling pipes 94, a large amount of organometallic gas can be generated, and a sufficient amount of organometallic gas can be supplied even when the growth rate is high. The organometallic gas generation unit 90 may include a single bubbling pipe 94 having a plurality of supply ports for introducing a carrier gas into the liquid 98.

図2に戻り、本実施形態に係る搬送手段5について詳述する。搬送手段5は、少なくとも、第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口に対向する第1領域(第1配置)と、第1低温ガス導入部340および第2低温ガス導入部330の供給口に対向する第2領域(第2配置)との間で基板Sを搬送する。   Returning to FIG. 2, the conveying means 5 according to the present embodiment will be described in detail. The transport means 5 includes at least a first region (first arrangement) facing the supply ports of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280, a first low temperature gas introduction unit 340, and a second low temperature gas. The substrate S is transported between the second region (second arrangement) facing the supply port of the introduction unit 330.

搬送手段5は基板Sを保持するサセプタ51と、サセプタ51を回転駆動する駆動手段52とを備える。サセプタ51は円盤形状をしており、回転軸Lは、サセプタ51の中心を通り、サセプタ51の上面に垂直である。サセプタ51の一方の面(以後、「上面」と呼ぶ。図2における上側である。)に基板Sを保持するための凹部を有している(図示せず)。駆動手段52は、サセプタ51の上面と反対側の面(以後、「下面」と呼ぶ)側に接続されている。搬送手段5は、基板Sがサセプタ51の凹部に保持されるとき、基板Sの成膜しようとする主面が第1供給部2および第2供給部3の側に向くよう構成されている。言い換えると、搬送手段5は、基板Sの主面と第1供給部2および第2供給部3からのガスの供給方向とが直交するように構成されている。   The transport unit 5 includes a susceptor 51 that holds the substrate S and a driving unit 52 that rotationally drives the susceptor 51. The susceptor 51 has a disk shape, and the rotation axis L passes through the center of the susceptor 51 and is perpendicular to the upper surface of the susceptor 51. One surface of the susceptor 51 (hereinafter referred to as the “upper surface”, which is the upper side in FIG. 2) has a recess for holding the substrate S (not shown). The driving means 52 is connected to the surface opposite to the upper surface of the susceptor 51 (hereinafter referred to as “lower surface”). The transport means 5 is configured such that when the substrate S is held in the recess of the susceptor 51, the main surface on which the substrate S is to be formed faces the first supply unit 2 and the second supply unit 3. In other words, the transport unit 5 is configured such that the main surface of the substrate S and the gas supply directions from the first supply unit 2 and the second supply unit 3 are orthogonal to each other.

なお、本実施形態に係るサセプタ51には、基板Sを保持するための凹部が複数設けられており、複数の基板Sが保持される。たとえば、これら複数の基板Sは、図3の様に回転軸Lを中心とした同一円上に配置される。サセプタ51は例としてSiCコートしたグラファイト製サセプタであり、たとえば2インチ基板を12枚または3インチ基板を6枚搭載可能なものである。   The susceptor 51 according to this embodiment is provided with a plurality of recesses for holding the substrate S, and the plurality of substrates S are held. For example, the plurality of substrates S are arranged on the same circle around the rotation axis L as shown in FIG. The susceptor 51 is, for example, a SiC-coated graphite susceptor, and can mount 12 2-inch substrates or 6 3-inch substrates, for example.

駆動手段52は、サセプタ51を下面側から支持する軸部521と、この軸部521に接続されたモータ522とを備える。モータ522が動作することで、軸部521が回転軸Lを軸として回転する。   The driving means 52 includes a shaft portion 521 that supports the susceptor 51 from the lower surface side, and a motor 522 connected to the shaft portion 521. As the motor 522 operates, the shaft portion 521 rotates about the rotation axis L.

サセプタ51の下面側には、基板加熱手段53(たとえば抵抗加熱の4ゾーンヒータ)が配置されている。この基板加熱手段53は、成膜時に基板Sを加熱する。たとえば3インチ径の基板Sをサセプタ51上で1050℃に加熱する場合、±1℃の温度で制御可能である。   On the lower surface side of the susceptor 51, a substrate heating means 53 (for example, a resistance heating 4-zone heater) is disposed. The substrate heating unit 53 heats the substrate S during film formation. For example, when the substrate S having a diameter of 3 inches is heated to 1050 ° C. on the susceptor 51, it can be controlled at a temperature of ± 1 ° C.

排気手段6の排気口は、サセプタ51上の基板Sを平面視する方向から見て、サセプタ51の外縁に沿って設けられている。排気手段6の排気口は、サセプタ51の外周部の下面側で、成膜室4の底面に設けられている。   The exhaust port of the exhaust means 6 is provided along the outer edge of the susceptor 51 when viewed from the direction in which the substrate S on the susceptor 51 is viewed in plan. The exhaust port of the exhaust unit 6 is provided on the bottom surface of the film forming chamber 4 on the lower surface side of the outer peripheral portion of the susceptor 51.

図3に示したように、第1供給部2および第2供給部3は、サセプタ51を回転駆動することで基板Sが描く円周上に位置している。すなわち、第1供給部2の供給口および第2供給部3の供給口は、サセプタ51を回転駆動することで基板Sが描く円周上に位置している。   As shown in FIG. 3, the first supply unit 2 and the second supply unit 3 are positioned on the circumference drawn by the substrate S by rotationally driving the susceptor 51. That is, the supply port of the first supply unit 2 and the supply port of the second supply unit 3 are positioned on the circumference drawn by the substrate S by rotating the susceptor 51.

ここで、駆動手段52によりサセプタ51は自転する。そのことにより、サセプタ51に保持された基板Sは、回転軸Lを中心としたひとつの円周上を移動し、回転軸Lを軸として公転することとなる。上述したように、基板Sの公転により、基板Sは「第1配置」「第2配置」「第3配置」の配置を順に、繰り返しとることとなる。   Here, the susceptor 51 rotates by the driving means 52. As a result, the substrate S held by the susceptor 51 moves on one circumference around the rotation axis L and revolves around the rotation axis L. As described above, the revolution of the substrate S causes the substrate S to repeat the arrangement of “first arrangement”, “second arrangement”, and “third arrangement” in order.

このように基板Sを移動させながら成膜を行い、基板Sに原料ガスが供給される時間すなわち第1配置または第2配置をとる時間と、供給されない時間すなわち第3配置をとる時間とを設けることにより、反応種が基板上に到達した後にその表面上をマイグレートする時間が存在する。このことで、結晶品質に優れ、安定した膜質が得られる。   Film formation is performed while moving the substrate S as described above, and a time for supplying the source gas to the substrate S, that is, a time for taking the first arrangement or the second arrangement, and a time for not supplying it, that is, a time for taking the third arrangement are provided. Thus, there is time to migrate on the surface after the reactive species reaches the substrate. As a result, a stable film quality with excellent crystal quality can be obtained.

本実施形態に係る気相成長装置1では、成膜中にサセプタ51を回転させることにより、基板S上に効率良く成膜することができる。以下に理由を説明する。成膜中には、基板S周辺の温度よりも、第1供給部2の供給口付近、もしくは第2供給部3の供給口付近の温度の方が低く、基板S側からこれらの供給口側に向かって上昇するようなガスの流れが生じることがある。このようなガスの流れが強い場合、各供給口から基板Sへ供給されるガスの流れを妨げることとなる。ここで、成膜中に、サセプタ51を回転させて、サセプタ51上のガスに遠心力を与えることで、基板Sから供給口側に向かって上昇するようなガスの流れを弱めることができる。これにより、基板Sに効率良く成膜することができる。   In the vapor phase growth apparatus 1 according to the present embodiment, the film can be efficiently formed on the substrate S by rotating the susceptor 51 during film formation. The reason will be described below. During film formation, the temperature in the vicinity of the supply port of the first supply unit 2 or in the vicinity of the supply port of the second supply unit 3 is lower than the temperature in the vicinity of the substrate S. A gas flow that rises towards the When such a gas flow is strong, the flow of the gas supplied from each supply port to the substrate S is hindered. Here, by rotating the susceptor 51 and applying a centrifugal force to the gas on the susceptor 51 during film formation, the flow of gas rising from the substrate S toward the supply port can be weakened. Thereby, a film can be efficiently formed on the substrate S.

サセプタ51の回転速さは、1rpm以上であることが好ましい。また、サセプタ51の回転速さは、回転機構を簡素に構築できる点から、また基板Sから第1供給管21の供給口側に向かって上昇するようなガスの流れを適切に抑制する観点から、たとえば2000rpm以下であることが好ましく、100rpm以下であることがより好ましい。このような回転速さにすることにより、遠心力が十分に生じず、基板S上のガス分布にムラができ、ひいては基板Sの面内において形成される膜の厚さが不均一となるのを防ぐことができる。また、回転が速すぎないことにより、原料ガスを基板S上に十分にとどまらせ、膜を十分な速さで形成させることができる。   The rotational speed of the susceptor 51 is preferably 1 rpm or more. Further, the rotational speed of the susceptor 51 is from the viewpoint that the rotation mechanism can be simply constructed, and from the viewpoint of appropriately suppressing the gas flow rising from the substrate S toward the supply port side of the first supply pipe 21. For example, it is preferably 2000 rpm or less, and more preferably 100 rpm or less. By using such a rotational speed, the centrifugal force is not sufficiently generated, the gas distribution on the substrate S is uneven, and the thickness of the film formed in the plane of the substrate S is not uniform. Can be prevented. In addition, since the rotation is not too fast, the source gas can sufficiently stay on the substrate S, and the film can be formed at a sufficient speed.

また、本実施形態に係る気相成長装置1の成膜室4には、供給管7が接続されている。供給管7は、その先端部が成膜室4内に挿入されており、その先端部が回転軸L上でサセプタ51の上部まで延在している。この供給管7は、成膜中、第3配置にある基板Sに対して、V族元素を含む補助ガスを放射状に供給する。成膜室4内で供給管7の延在方向の端面は閉じられており、供給管7の先端付近の側面に、複数の供給口(不図示)が円周方向に離間して設けられている。ここで、補助ガスは、第2原料ガスに含まれるV族元素を含んでいれば良く、たとえば、アンモニアガス、窒素ガス、ヒドラジンガスのいずれか1種以上のガスが挙げられる。なかでも、反応性が適当であるという観点から、アンモニアガスが好ましい。   A supply pipe 7 is connected to the film forming chamber 4 of the vapor phase growth apparatus 1 according to this embodiment. The supply pipe 7 has a distal end inserted into the film forming chamber 4, and the distal end extends on the rotation axis L to the top of the susceptor 51. The supply pipe 7 radially supplies auxiliary gas containing a group V element to the substrate S in the third arrangement during film formation. In the film forming chamber 4, the end surface in the extending direction of the supply pipe 7 is closed, and a plurality of supply ports (not shown) are provided in the circumferential direction on the side surface near the tip of the supply pipe 7. Yes. Here, the auxiliary gas only needs to contain a group V element contained in the second source gas, and examples thereof include any one or more of ammonia gas, nitrogen gas, and hydrazine gas. Among these, ammonia gas is preferable from the viewpoint of appropriate reactivity.

ここで、供給管7からの補助ガスの供給流量(単位時間あたりのV族原子供給量)は、第2供給口215からの第2原料ガスの供給流量(単位時間あたりのV族原子供給量)よりも少ない。たとえば、供給管7からの補助ガスの供給流量は、第2供給口215からの第2原料ガスの供給流量の100分の1以上2分の1以下である。   Here, the supply flow rate of the auxiliary gas from the supply pipe 7 (V group atom supply amount per unit time) is the supply flow rate of the second source gas from the second supply port 215 (V group atom supply amount per unit time). Less). For example, the supply flow rate of the auxiliary gas from the supply pipe 7 is 1/100 to 1/2 the supply flow rate of the second source gas from the second supply port 215.

このように、供給管7からV族元素を含むガスが供給されるため、第3配置に位置する基板Sの表面のV族原子濃度は、第1配置および第2配置に位置する基板Sの表面のV族原子濃度よりも低くなるものの、ゼロとはならない。このため、基板S表面のV族原子に一定の圧力を付与することができ、基板Sの表面からV族原子が離脱してしまうことを防止できる。一方で、基板S表面のV族原子濃度が低くなることで、III族原子にかかる圧力が低くなり、III族原子が表面拡散し、成長面に形成されているキンクやステップに到達する。このようにして結晶が成長することで、下地層の結晶性を引き継いだ良好な結晶膜を得ることができる。   As described above, since the gas containing the group V element is supplied from the supply pipe 7, the group V atom concentration on the surface of the substrate S located in the third arrangement is that of the substrate S located in the first arrangement and the second arrangement. Although it becomes lower than the surface group V atom concentration, it does not become zero. For this reason, it is possible to apply a certain pressure to the group V atoms on the surface of the substrate S, and to prevent the group V atoms from separating from the surface of the substrate S. On the other hand, when the group V atom concentration on the surface of the substrate S is lowered, the pressure applied to the group III atom is lowered, the group III atom is diffused on the surface, and reaches the kink or step formed on the growth surface. By growing crystals in this manner, a good crystal film that inherits the crystallinity of the underlayer can be obtained.

なお、気相成長装置1では、第1供給部2からの第1原料ガスおよび第2原料ガスの供給を止め、第2供給部3から、有機金属を含む原料ガスおよび当該ガスと反応して基板上に膜を形成する原料ガスを導入することで、MOCVD法による成膜を行うこともできる。さらには、2つの成長方法を順に連続して用いることができる。   In the vapor phase growth apparatus 1, the supply of the first source gas and the second source gas from the first supply unit 2 is stopped, and the source gas containing the organic metal and the gas are reacted from the second supply unit 3. By introducing a source gas for forming a film on the substrate, film formation by MOCVD can be performed. Furthermore, two growth methods can be used in sequence.

なお、気相成長装置1では、第1原料ガスの供給管とは別の管から、加熱されたHClなどの第1原料ガスを生成するためのガスを供給することができ、内部の堆積物をクリーニングすることができる。そのため、サセプタ51や成膜室4内に結晶が堆積し、剥離を起こして基板S上に付着するという問題を避けるための、専用の洗浄装置やチャンバーを解放してのメンテナンス作業が大幅に簡便化される。ひいては、基板上にゴミが付着して生じる歩留まり低下を容易に抑制することができる。   In the vapor phase growth apparatus 1, a gas for generating a first source gas such as heated HCl can be supplied from a pipe different from the first source gas supply pipe. Can be cleaned. Therefore, maintenance work by releasing a dedicated cleaning device and chamber is greatly simplified in order to avoid the problem that crystals are deposited in the susceptor 51 and the film forming chamber 4 and peel off and adhere to the substrate S. It becomes. As a result, it is possible to easily suppress a decrease in yield caused by dust adhering to the substrate.

本実施形態に係る気相成長装置1を用いた成膜方法について以下に説明する。
本実施形態に係る成膜方法は、成膜室4内に少なくとも1枚の基板Sを配置する工程、基板Sを加熱する工程、および基板S上に化合物半導体膜を成膜する工程を含む。成膜する工程では、第1原料ガス、第2原料ガス、少なくともひとつの低温ガスを、同時に成膜室4内に供給して、加熱された基板S上に化合物半導体膜を成膜する。また、成膜する工程において、第1原料ガスおよび少なくとも一部の第2原料ガスを加熱して基板S上に供給する。供給する低温ガスは、加熱された第1原料ガスおよび加熱された第2原料ガスのいずれよりも温度が低い。
A film forming method using the vapor phase growth apparatus 1 according to this embodiment will be described below.
The film forming method according to the present embodiment includes a step of disposing at least one substrate S in the film forming chamber 4, a step of heating the substrate S, and a step of forming a compound semiconductor film on the substrate S. In the film forming step, the first source gas, the second source gas, and at least one low temperature gas are simultaneously supplied into the film forming chamber 4 to form a compound semiconductor film on the heated substrate S. In the film forming step, the first source gas and at least a part of the second source gas are heated and supplied onto the substrate S. The supplied low temperature gas has a temperature lower than both the heated first source gas and the heated second source gas.

まず、複数の基板Sをサセプタ51上に設置する。次に、基板加熱手段53により基板Sを下面側から加熱するとともに、成膜室4内(成膜空間)に第2原料ガスと同じガス(たとえばアンモニアガス)を供給し、成膜室4内を第2原料ガス雰囲気とする。基板Sの温度は、たとえば1000℃以上とすることが好ましく、1040℃以上とすることがより好ましい。なお、成膜室4内は、V族を含むガス雰囲気(たとえば窒素ガス雰囲気)であってもよい。これらのガスはいずれの供給口から供給しても良い。   First, a plurality of substrates S are installed on the susceptor 51. Next, the substrate S is heated from the lower surface side by the substrate heating means 53 and the same gas (for example, ammonia gas) as the second source gas is supplied into the film forming chamber 4 (film forming space). Is the second source gas atmosphere. The temperature of the substrate S is preferably 1000 ° C. or higher, for example, and more preferably 1040 ° C. or higher. Note that the inside of the film forming chamber 4 may be a gas atmosphere containing a group V (for example, a nitrogen gas atmosphere). These gases may be supplied from any supply port.

また、原料容器24内の原料20の温度が所定の温度、たとえば800〜850℃となるまで、第1供給管21内をガス加熱手段27で加熱する。その後、配管25により、キャリアガスおよび第1原料ガスを生成するためのガスを原料容器24内に供給し、第1原料ガスを生成するためのガスと原料容器24内の原料20とを反応させ、第1原料ガスを生成する。ここで例として、キャリアガスは水素ガスであり、第1原料ガスを生成するためのガスはHClガスであり、原料20はGaであり、第1原料ガスはGaClガスである。生成された第1原料ガスは、配管26を介して原料容器24から排出され、第2内管213の内側を通り、第1供給口214から成膜室4内に供給される。   Moreover, the inside of the 1st supply pipe | tube 21 is heated with the gas heating means 27 until the temperature of the raw material 20 in the raw material container 24 turns into predetermined temperature, for example, 800-850 degreeC. Thereafter, a gas for generating the carrier gas and the first raw material gas is supplied into the raw material container 24 through the pipe 25, and the gas for generating the first raw material gas and the raw material 20 in the raw material container 24 are reacted. The first source gas is generated. For example, the carrier gas is hydrogen gas, the gas for generating the first source gas is HCl gas, the source 20 is Ga, and the first source gas is GaCl gas. The generated first source gas is discharged from the source container 24 through the pipe 26, passes through the inside of the second inner pipe 213, and is supplied into the film forming chamber 4 from the first supply port 214.

また、外管211の内側かつ第1内管212の外側を通して、第2原料ガスを第2供給口215から成膜室4内に供給する。このとき、第1内管212の内側かつ第2内管213の外側を通して、非反応ガスを非反応ガス供給口216から成膜室4内に供給し、第1供給管21の供給口付近での第1原料ガスと第2原料ガスとの接触を抑制する。   Further, the second source gas is supplied from the second supply port 215 into the film forming chamber 4 through the inside of the outer tube 211 and the outside of the first inner tube 212. At this time, the non-reactive gas is supplied from the non-reactive gas supply port 216 into the film forming chamber 4 through the inside of the first inner tube 212 and the outside of the second inner tube 213, and near the supply port of the first supply tube 21. The contact between the first source gas and the second source gas is suppressed.

また、第2供給部3の供給口である孔311からは、低温の有機金属ガスおよびキャリアガスを供給する。第2供給部3の供給口である孔312からは、第2原料ガスを供給する。このことにより、膜の成長速度を速くした場合にも、十分な量の第2原料ガスを成膜室4内に供給することができる。なお、第2供給部3から供給される第2原料ガスは、第1供給部2から供給される第2原料ガスよりも低温である。   Further, low-temperature organometallic gas and carrier gas are supplied from the hole 311 which is the supply port of the second supply unit 3. The second source gas is supplied from the hole 312 which is the supply port of the second supply unit 3. Thus, even when the film growth rate is increased, a sufficient amount of the second source gas can be supplied into the film forming chamber 4. Note that the second source gas supplied from the second supply unit 3 is at a lower temperature than the second source gas supplied from the first supply unit 2.

ここで、HVPE法による成膜中、成膜室4内のサセプタ51を駆動手段52により回転駆動する。また、成膜中、排気手段6により成膜室4内の圧力をたとえば100torr以上700torr以下とする。   Here, during film formation by the HVPE method, the susceptor 51 in the film formation chamber 4 is rotationally driven by the driving means 52. Further, during the film formation, the pressure in the film formation chamber 4 is set to, for example, 100 to 700 torr by the exhaust means 6.

第1供給口214から供給された第1原料ガス、および第2供給口215から供給された第2原料ガスは、第1配置をとった基板S上に供給される。また、孔311から供給された有機金属ガス、および孔312から供給された第2原料ガスは、第2配置をとった基板S上に供給される。それらのガスが反応して、基板Sの主面上に化合物半導体膜が形成される。例として、第1原料ガスがGaCl、第2原料ガスがNH、有機金属ガスがCpMgである場合、化合物半導体膜としてp型GaN膜が形成される。基板Sがサセプタ51の回転によって繰り返し第1配置および第2配置をとることで、基板S上の膜が成長して膜厚が大きくなっていく。 The first source gas supplied from the first supply port 214 and the second source gas supplied from the second supply port 215 are supplied onto the substrate S having the first arrangement. Further, the organometallic gas supplied from the hole 311 and the second source gas supplied from the hole 312 are supplied onto the substrate S having the second arrangement. These gases react to form a compound semiconductor film on the main surface of the substrate S. As an example, when the first source gas is GaCl, the second source gas is NH 3 , and the organometallic gas is Cp 2 Mg, a p-type GaN film is formed as the compound semiconductor film. When the substrate S repeatedly takes the first arrangement and the second arrangement by the rotation of the susceptor 51, the film on the substrate S grows and the film thickness increases.

ここで、成膜室4内への第1原料ガスの供給流量は0.01L/min以上1L/min以下とすることができる。成膜室4内への第2原料ガスの供給流量の総量は、0.01L/min以上20L/min以下とすることができる。有機金属ガスの供給流量は0.001L/min以上1L/min以下とすることができる。   Here, the supply flow rate of the first source gas into the film forming chamber 4 can be 0.01 L / min or more and 1 L / min or less. The total amount of the supply flow rate of the second source gas into the film forming chamber 4 can be 0.01 L / min or more and 20 L / min or less. The supply flow rate of the organometallic gas can be 0.001 L / min or more and 1 L / min or less.

本実施形態に係る成膜工程では、上述の様に加熱した第1原料ガスおよび加熱した第2原料ガスと、低温の有機金属ガスとを、交互に基板S上に供給する。そのため、サセプタの回転速さを調整するなどして、周期的なドーピング構造などを容易に形成する事ができる。また、シャワーヘッド32を用いて有機金属ガスを供給するため、基板Sの面内の組成の均一性を良好にすることができる。また、第1供給部2の供給口と第2供給部3の供給口とを互いに十分離して設けることができるため、基板Sに供給する第1原料ガスおよび第2原料ガスの温度を高温に保ったり、有機金属ガスを低温に保ったりすることが容易である。   In the film forming process according to the present embodiment, the heated first source gas, the heated second source gas, and the low-temperature organometallic gas are alternately supplied onto the substrate S as described above. Therefore, a periodic doping structure or the like can be easily formed by adjusting the rotation speed of the susceptor. Moreover, since the organometallic gas is supplied using the shower head 32, the uniformity of the composition within the surface of the substrate S can be improved. In addition, since the supply port of the first supply unit 2 and the supply port of the second supply unit 3 can be provided sufficiently separated from each other, the temperature of the first source gas and the second source gas supplied to the substrate S is increased. It is easy to keep the organic metal gas at a low temperature.

上述の様に、気相成長装置1においては、基板Sは第1供給部2の外に設けられており、第1原料ガスおよび第2原料ガスを加熱するガス加熱手段27とは異なる基板加熱手段53により加熱される。そして、第1供給部2には、ガス加熱手段27が設けられている一方、第2供給部3には加熱手段が設けられていない。このような構成により、第1供給部2から供給される第1原料ガスおよび第2原料ガスのいずれの温度よりも、第2供給部3から供給される有機金属ガスの温度が低い。たとえば、第1供給部2から供給される第1原料ガスおよび第2原料ガスの温度をいずれも700℃以上とし、第2供給部3から供給される有機金属ガスの温度を200℃以下とすることができる。そうすることで、HVPE法による高速な成膜が可能であると共に、熱分解温度の低い有機金属ガスを利用して多様な化合物半導体膜を成膜できる。また、第1原料ガス、第2原料ガス、および有機金属ガスの種類や供給流量のバランスを調整することにより、ドーピング条件や組成を容易に、精度良く制御することができる。   As described above, in the vapor phase growth apparatus 1, the substrate S is provided outside the first supply unit 2, and is different from the gas heating means 27 for heating the first source gas and the second source gas. Heated by means 53. The first supply unit 2 is provided with gas heating means 27, while the second supply unit 3 is not provided with heating means. With such a configuration, the temperature of the organometallic gas supplied from the second supply unit 3 is lower than the temperatures of the first source gas and the second source gas supplied from the first supply unit 2. For example, the temperatures of the first source gas and the second source gas supplied from the first supply unit 2 are both 700 ° C. or higher, and the temperature of the organometallic gas supplied from the second supply unit 3 is 200 ° C. or lower. be able to. By doing so, high-speed film formation by the HVPE method is possible, and various compound semiconductor films can be formed using an organometallic gas having a low thermal decomposition temperature. In addition, the doping conditions and composition can be easily and accurately controlled by adjusting the balance of the types and supply flow rates of the first source gas, the second source gas, and the organometallic gas.

第1供給部2から供給された高温の第1原料ガスおよび第2原料ガスは、基板S上で反応して化合物半導体膜を形成する。そこにさらに第2供給部3から供給された低温の有機金属ガスが反応して、たとえばp型不純物や他の元素が添加される。また、第2供給部3や供給管7からさらに第2原料ガスが供給される場合、その供給された低温の第2原料ガスも反応して成膜に寄与する。   The high-temperature first source gas and second source gas supplied from the first supply unit 2 react on the substrate S to form a compound semiconductor film. Further, the low-temperature organometallic gas supplied from the second supply unit 3 reacts therewith, and, for example, p-type impurities and other elements are added. When the second source gas is further supplied from the second supply unit 3 or the supply pipe 7, the supplied low temperature second source gas also reacts and contributes to film formation.

なお、気相成長装置1は、変形例として、第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口の温度を制御する第1供給口温度制御部と、第2低温ガス導入部330および第1低温ガス導入部340の供給口の温度を制御する第2供給口温度制御部とをさらに備える構成としても良い。そうすることにより、第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口の温度と、第2低温ガス導入部330および第1低温ガス導入部340の供給口の温度とを、互いに独立に制御できる。よって、基板Sに導入するガスの温度をより安定させることができ、高品質の化合物半導体膜をより歩留まり良く成膜できる。たとえば、基板加熱手段53からの輻射熱があっても第2供給部3の供給口の温度上昇を抑えることができる。   As a modification, the vapor phase growth apparatus 1 includes a first supply port temperature control unit that controls the temperatures of the supply ports of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280, and a second low temperature gas introduction. It is good also as a structure further provided with the 2nd supply port temperature control part which controls the temperature of the supply port of the part 330 and the 1st low temperature gas introducing | transducing part 340. By doing so, the temperatures of the supply ports of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280, and the temperatures of the supply ports of the second low temperature gas introduction unit 330 and the first low temperature gas introduction unit 340, Can be controlled independently of each other. Therefore, the temperature of the gas introduced into the substrate S can be further stabilized, and a high-quality compound semiconductor film can be formed with higher yield. For example, even if there is radiant heat from the substrate heating means 53, the temperature rise of the supply port of the second supply unit 3 can be suppressed.

上記の変形例では、各供給口には供給口の温度をモニターする温度センサが備えられている。さらに、第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口には加熱手段が、第2低温ガス導入部330および第1低温ガス導入部340の供給口には冷却手段が備えられている。そして、第1供給口温度制御部は、モニターされた第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口の温度に基づき加熱手段を制御して、当該供給口を規定の温度にする。一方、第2供給口温度制御部は、モニターされた第2低温ガス導入部330および第1低温ガス導入部340の供給口の温度に基づき、冷却手段を制御して、当該供給口を規定の温度にする。   In the above modification, each supply port is provided with a temperature sensor that monitors the temperature of the supply port. Furthermore, heating means are provided at the supply ports of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280, and cooling units are provided at the supply ports of the second low temperature gas introduction unit 330 and the first low temperature gas introduction unit 340. It has been. Then, the first supply port temperature control unit controls the heating means based on the monitored temperatures of the supply ports of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280 so that the supply port has a specified temperature. To. Meanwhile, the second supply port temperature control unit controls the cooling means based on the monitored temperatures of the supply ports of the second low-temperature gas introduction unit 330 and the first low-temperature gas introduction unit 340 to define the supply port. Bring to temperature.

成膜工程では、HVPE法により成膜を行うため、たとえば膜の成長速度を5μm/h以上とすることができる。そしてひいては、厚膜を形成することが出来る。   In the film forming step, since film formation is performed by the HVPE method, for example, the film growth rate can be set to 5 μm / h or more. As a result, a thick film can be formed.

以上のようにして、HVPE法による所望の厚さの成膜が完了した後、第1原料ガス、第2原料ガス、および有機金属ガスの供給を停止する。   As described above, after the film formation with a desired thickness by the HVPE method is completed, the supply of the first source gas, the second source gas, and the organometallic gas is stopped.

次いで、p型不純物としてMgを添加する場合など、アクセプタの活性化処理が必要な場合には、成膜したp型化合物半導体膜を加熱処理する。加熱処理は、成膜室4内をNガス雰囲気とし、サセプタ51上で基板加熱手段53により行っても良いし、成膜室4から基板Sを取り出した後に別の加熱手段により行っても良い。加熱処理は、たとえば、Nガス雰囲気中で700℃以上1000℃以下の温度で5分間以上30分間以下保持することにより行うことができる。活性化工程後のp型化合物半導体膜の室温(25℃)でのキャリア密度は、たとえば5.0×1016cm−3以上とすることができる。移動度はたとえば1cm/Vs以上とすることができる。なお、これらの値はホール効果測定で求めることができる。 Next, when an acceptor activation process is necessary, such as when adding Mg as a p-type impurity, the formed p-type compound semiconductor film is heat-treated. The heat treatment may be performed in an N 2 gas atmosphere in the film formation chamber 4 by the substrate heating unit 53 on the susceptor 51, or may be performed by another heating unit after the substrate S is taken out from the film formation chamber 4. good. The heat treatment can be performed, for example, by holding at a temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. for 5 minutes to 30 minutes in an N 2 gas atmosphere. The carrier density at room temperature (25 ° C.) of the p-type compound semiconductor film after the activation step can be set to 5.0 × 10 16 cm −3 or more, for example. The mobility can be, for example, 1 cm 2 / Vs or higher. These values can be obtained by Hall effect measurement.

なお、上記では有機金属ガスを低温ガスとして供給する例について説明したが、これに限定されない。低温ガスとしては、熱分解温度が低いガス、たとえば熱分解温度が200℃以下であるガスを効果的に用いることができる。また、その他のガスにおいても、成分の分解や変質を抑制させつつ、基板に供給することができるため、品質の良い化合物半導体膜を成膜できる。   In addition, although the example which supplies organometallic gas as low temperature gas was demonstrated above, it is not limited to this. As the low temperature gas, a gas having a low pyrolysis temperature, for example, a gas having a pyrolysis temperature of 200 ° C. or lower can be effectively used. In addition, since other gases can be supplied to the substrate while suppressing decomposition and alteration of components, a high-quality compound semiconductor film can be formed.

図6は、本実施形態に係る成膜方法を用いたp型III-V族化合物半導体の自立基板の製造方法について説明するための図である。自立基板は独立して取り扱うことができる程度の厚みを有する基板である。当該自立基板の製造方法は、下地基板820を準備する工程、p型III-V族化合物半導体層830を形成するp型層形成工程、p型III-V族化合物半導体層830を加熱処理する活性化工程、およびp型III-V族化合物半導体層830から下地基板820を剥離する剥離工程を含む。p型層形成工程では、上述した成膜方法で下地基板820上にp型III-V族化合物半導体層830を形成する。以下に詳しく説明する。   FIG. 6 is a diagram for explaining a method for manufacturing a p-type III-V group compound semiconductor free-standing substrate using the film forming method according to the present embodiment. A free-standing substrate is a substrate having a thickness that can be handled independently. The self-standing substrate manufacturing method includes a step of preparing a base substrate 820, a p-type layer forming step of forming a p-type III-V compound semiconductor layer 830, and an activity of heat-treating the p-type III-V compound semiconductor layer 830. And a peeling step of peeling the base substrate 820 from the p-type III-V compound semiconductor layer 830. In the p-type layer formation step, the p-type III-V group compound semiconductor layer 830 is formed on the base substrate 820 by the film forming method described above. This will be described in detail below.

まず、図6(a)のように下地基板820を準備する。下地基板820はたとえばテンプレート基板であり、市販のものを用いることができる。下地基板820を気相成長装置1のサセプタ51上に配置する。そして、上述した成膜方法の成膜工程および活性化工程と同様にして、図6(b)のように、下地基板820上にp型III-V族化合物半導体層830を成膜し、その後活性化を行う。このとき、p型III-V族化合物半導体層830の厚さはハンドリングの容易さの観点から、50μm以上とすることが好ましく、300μm以上とすることがより好ましい。   First, a base substrate 820 is prepared as shown in FIG. The base substrate 820 is, for example, a template substrate, and a commercially available substrate can be used. The base substrate 820 is disposed on the susceptor 51 of the vapor phase growth apparatus 1. Then, a p-type III-V group compound semiconductor layer 830 is formed on the base substrate 820 as shown in FIG. 6B in the same manner as the film formation step and the activation step of the film formation method described above, and then Activate. At this time, the thickness of the p-type III-V compound semiconductor layer 830 is preferably 50 μm or more, and more preferably 300 μm or more, from the viewpoint of ease of handling.

活性化工程の後、下地基板820とp型III-V族化合物半導体層830との積層体を冷却する。次いで、p型III-V族化合物半導体層830から下地基板820を剥離して、図6(c)のようにp型III-V族化合物半導体層830からなる自立基板を得る。この剥離工程は、公知の方法で行うことができる。   After the activation step, the stacked body of the base substrate 820 and the p-type III-V group compound semiconductor layer 830 is cooled. Next, the base substrate 820 is peeled from the p-type group III-V compound semiconductor layer 830 to obtain a free-standing substrate composed of the p-type group III-V compound semiconductor layer 830 as shown in FIG. This peeling step can be performed by a known method.

本実施形態に係る成膜方法によれば、HVPE法によって高速にp型III-V族化合物半導体層を形成出来るため、p型III-V族化合物半導体の自立基板を効率良く製造することができる。   According to the film forming method of the present embodiment, the p-type III-V compound semiconductor layer can be formed at high speed by the HVPE method, so that a p-type III-V compound semiconductor free-standing substrate can be efficiently manufactured. .

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態に係るハイドライド気相成長装置によれば、高速に、多様な化合物半導体膜の成膜が可能となる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
According to the hydride vapor phase growth apparatus according to the present embodiment, various compound semiconductor films can be formed at high speed.

たとえば窒化物半導体デバイスの活性層となるエピタキシャル層の成長方法にはMOCVD法やHVPE法、分身線エピタキシー(MBE)法などがあるが、現状ではMOCVD法がほぼ主流となっている。MOCVD法は、複雑な層構造を持った各種光デバイスや電子デバイスが製造可能であり、特に量子井戸構造など極薄膜の精密な積層制御には高い性能を有するが、膜の成長速度が遅く、厚膜GaNを作成するのにはあまり適していない。   For example, methods for growing an epitaxial layer serving as an active layer of a nitride semiconductor device include an MOCVD method, an HVPE method, and a parting line epitaxy (MBE) method. At present, the MOCVD method is almost mainstream. The MOCVD method can manufacture various optical devices and electronic devices having a complicated layer structure, and has high performance for precise stack control of an ultrathin film such as a quantum well structure in particular, but the film growth rate is slow. It is not very suitable for producing thick GaN.

一方、HVPE法では、III族原料として用いるGa金属は、MOCVD法における有機金属原料に比べて遙かに安価で、また、原料の高純度化も容易である。MOCVD法と異なり、供給原料の過飽和度を高くしても気相中での均一核形成やアダクト反応が起きないため、成長速度は原料供給に比例して数百μm/h程度まで容易に実現可能である。また、熱平衡に近い成長方法のため、必要とするV族原料供給量もMOCVD法の場合の10分の1から100分の1であり、低コストである。このように高い成長速度を持つHVPE法は、高品質厚膜層を形成するのに適した方法である。   On the other hand, in the HVPE method, the Ga metal used as the group III material is much cheaper than the organometallic material in the MOCVD method, and the purity of the material can be easily increased. Unlike the MOCVD method, even if the supersaturation of the feedstock is increased, uniform nucleation and adduct reactions do not occur in the gas phase, so the growth rate can be easily achieved to a few hundred μm / h in proportion to the feed of the feedstock. Is possible. In addition, since the growth method is close to thermal equilibrium, the required supply amount of the group V raw material is 1/10 to 1/100 that of the MOCVD method, which is low in cost. The HVPE method having such a high growth rate is a method suitable for forming a high quality thick film layer.

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る気相成長装置1は、以下に説明する点を除いて、第1の実施形態に係る気相成長装置1と同様の構成である。
図7は、本実施形態に係る気相成長装置1の構造の一例を示す図である。なお、制御部10やバルブ等は省略している。
(Second Embodiment)
The vapor phase growth apparatus 1 according to the second embodiment has the same configuration as the vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment except for the points described below.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the structure of the vapor phase growth apparatus 1 according to this embodiment. The control unit 10 and valves are omitted.

本実施形態に係る気相成長装置1では、第1の実施形態に係る気相成長装置1の第1低温ガス導入部340および第2低温ガス導入部330の代わりに、低温ガス導入部として低温ガス供給管9を備える。低温ガス供給管9は、第1原料ガス導入部250および第2原料ガス導入部280の供給口に対向した基板Sに対し、低温ガスを供給するよう設けられ、L字型の配管を有する。   In the vapor phase growth apparatus 1 according to the present embodiment, a low temperature gas introduction unit is used as a low temperature gas introduction unit instead of the first low temperature gas introduction unit 340 and the second low temperature gas introduction unit 330 of the vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment. A gas supply pipe 9 is provided. The low-temperature gas supply pipe 9 is provided so as to supply a low-temperature gas to the substrate S facing the supply ports of the first source gas introduction unit 250 and the second source gas introduction unit 280, and has an L-shaped pipe.

このような構成では、第1原料ガス導入部250の供給口、第2原料ガス導入部280の供給口、および低温ガス供給管9の供給口が、少なくとも1つの基板Sに同時に対向してガスを供給できる。   In such a configuration, the supply port of the first source gas introduction unit 250, the supply port of the second source gas introduction unit 280, and the supply port of the low-temperature gas supply pipe 9 are simultaneously opposed to at least one substrate S to gas. Can supply.

低温ガス供給管9は、成膜室4の側壁面から内部に、基板Sに平行に挿入されている。そして、その先端は基板Sの上部において、供給口が基板Sに対向するよう曲がっている。すなわちL字型になっている。低温ガスは、低温ガス供給管9を通り、基板S上に供給される。低温ガス供給管9には、図示しない断熱手段および冷却手段の少なくとも一方が設けられており、低温ガス供給管9から導入される低温ガスは、第1原料ガス導入部250から導入される第1原料ガスおよび第2原料ガス導入部280から導入される第2原料ガスのいずれよりも低温に保たれている。より好ましくは、導入される低温ガスは200℃以下に保たれている。このことにより、低温ガスとして熱分解温度の低い有機金属ガスを利用して膜にp型不純物を含有させるなど、多様な化合物半導体膜を成膜できる。   The low temperature gas supply pipe 9 is inserted in parallel to the substrate S from the side wall surface of the film forming chamber 4 to the inside. The tip is bent so that the supply port faces the substrate S at the top of the substrate S. That is, it is L-shaped. The low temperature gas is supplied onto the substrate S through the low temperature gas supply pipe 9. The low-temperature gas supply pipe 9 is provided with at least one of a heat insulating means and a cooling means (not shown), and the low-temperature gas introduced from the low-temperature gas supply pipe 9 is a first gas introduced from the first source gas introduction section 250. It is kept at a lower temperature than both the source gas and the second source gas introduced from the second source gas introduction unit 280. More preferably, the introduced low temperature gas is kept at 200 ° C. or lower. As a result, various compound semiconductor films can be formed, for example, by using an organometallic gas having a low thermal decomposition temperature as a low-temperature gas to contain a p-type impurity in the film.

なお、低温ガス供給管9は成膜室4の側壁面に限らず、上面や底面から挿入されていても良い。上面から低温ガス供給管9を挿入する場合、ガス加熱手段27および遮熱手段22の外側に、低温ガス供給管9を設けることで、低温ガスを第1供給部2から供給される第1原料ガスおよび第2原料ガスのいずれよりも低温に保つことができる。   The low temperature gas supply pipe 9 is not limited to the side wall surface of the film forming chamber 4 and may be inserted from the upper surface or the bottom surface. When the low temperature gas supply pipe 9 is inserted from the upper surface, the low temperature gas supply pipe 9 is provided outside the gas heating means 27 and the heat shield means 22 so that the low temperature gas is supplied from the first supply unit 2. It can be kept at a lower temperature than both the gas and the second source gas.

なお、図7では、サセプタ51上に基板Sが1枚のみ配置され、回転軸Lについて自転する例を示している。しかし、この例に限定されるものではなく、軸部521およびモータ522を省略して、基板Sを静止させておく構成にしてもよい。   FIG. 7 shows an example in which only one substrate S is disposed on the susceptor 51 and rotates about the rotation axis L. However, the present invention is not limited to this example, and the shaft portion 521 and the motor 522 may be omitted and the substrate S may be kept stationary.

なお、本図では、サセプタ51上に基板Sが1枚のみ配置された例を示しているが、第1の実施形態に係る気相成長装置と同様に、複数の基板Sをサセプタ51上に配置し、順に第1供給部2の供給口に対向する構成としても良い。   In this figure, an example in which only one substrate S is arranged on the susceptor 51 is shown, but a plurality of substrates S are placed on the susceptor 51 as in the vapor phase growth apparatus according to the first embodiment. It is good also as a structure which arrange | positions and opposes the supply port of the 1st supply part 2 in order.

なお、低温ガス供給管9は、ひとつに限らず、複数設けることができる。複数の低温ガス供給管9を設けることにより、複数の有機金属ガスを同時に基板S上に導入することができる。   Note that the number of the low temperature gas supply pipes 9 is not limited to one, and a plurality of low temperature gas supply pipes 9 can be provided. By providing a plurality of low temperature gas supply pipes 9, a plurality of organometallic gases can be simultaneously introduced onto the substrate S.

(変形例)
本実施形態の成膜方法に用いる気相成長装置の変形例について以下に説明する。本変形例に係る気相成長装置では、低温ガス供給管9を備える代わりに、第1供給部2が更なる多重構造を有している。具体的には、ガス加熱手段27および遮熱手段22をその内部に含む外管をさらに備え、その外管の内側かつ遮熱手段22の外側を通して成膜室4内に低温ガスを供給する。そのことにより、供給される低温ガスを、ガス加熱手段27で加熱された第1原料ガスおよび第2原料ガスのいずれよりも低温に保つことができる。
(Modification)
A modification of the vapor phase growth apparatus used in the film forming method of this embodiment will be described below. In the vapor phase growth apparatus according to this modification, the first supply unit 2 has a further multiple structure instead of including the low temperature gas supply pipe 9. Specifically, an outer tube including the gas heating unit 27 and the heat shield unit 22 is further provided, and a low temperature gas is supplied into the film forming chamber 4 through the inside of the outer tube and the outside of the heat block unit 22. As a result, the supplied low temperature gas can be kept at a lower temperature than both the first source gas and the second source gas heated by the gas heating means 27.

第2の実施形態においては第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、第1原料ガス、第2原料ガス、および低温ガスを同時に基板S上に供給するため、厚さ方向により均一に低温ガスを供給して膜を形成することができる。   In the second embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, since the first source gas, the second source gas, and the low temperature gas are simultaneously supplied onto the substrate S, the low temperature gas can be supplied uniformly in the thickness direction to form a film.

(第3の実施形態)
以下では、第3の実施形態として、半導体素子の製造方法を例に、気相成長装置1を用いた成膜方法について説明する。本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、第1の実施形態、または第2の実施形態に係る気相成長装置1を用いて、化合物半導体膜を成膜する。
(Third embodiment)
In the following, as a third embodiment, a film forming method using the vapor phase growth apparatus 1 will be described by taking a semiconductor element manufacturing method as an example. In the semiconductor element manufacturing method according to this embodiment, the compound semiconductor film is formed using the vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment or the second embodiment.

本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、基板を準備する工程、p型層形成工程、および活性化工程を含む。p型層形成工程では、第1の実施形態および第2の実施形態において説明した様に、第1原料ガスおよび少なくとも一部の第2原料ガスを加熱して成膜空間に供給し、加熱した第1原料ガスおよび加熱した第2原料ガスのいずれよりも低温の有機金属ガスを成膜空間に供給して、基板上に化合物半導体層を形成する。活性化工程では、化合物半導体膜を加熱処理する。   The semiconductor element manufacturing method according to this embodiment includes a step of preparing a substrate, a p-type layer forming step, and an activation step. In the p-type layer forming step, as described in the first embodiment and the second embodiment, the first source gas and at least a part of the second source gas are heated and supplied to the deposition space, and heated. An organometallic gas having a temperature lower than that of either the first source gas or the heated second source gas is supplied to the deposition space to form a compound semiconductor layer on the substrate. In the activation step, the compound semiconductor film is heat-treated.

図8は、本実施形態に係る半導体素子8の構造を示す図である。本実施形態では、一例としてGaN層を含む発光素子である半導体素子8の製造方法について説明するが、半導体素子の構造はこれに限定されるものではない。
まず、基板81として、サファイア層810にアンドープGaN層812が積層されたテンプレート基板を準備する。準備した基板81を、第1の実施形態に係る気相成長装置1のサセプタ51に取り付け、基板加熱手段53により加熱する。次いで、第1の実施形態で説明したのと同様の成膜方法で、基板81のアンドープGaN層812上にn型GaN層82、n型AlGaN層83、多層量子井戸構造85、p型AlGaN層86、p型GaN層87を順に成膜して積層体を得る。多層量子井戸構造85は、数nmの厚さのInGaN層とGaN層を交互に繰り返し積層したものである。半導体素子8において、多層量子井戸構造85が活性層、n型GaN層82およびp型GaN層87がコンタクト層、n型AlGaN層83およびp型AlGaN層86がクラッド層である。
FIG. 8 is a view showing the structure of the semiconductor element 8 according to this embodiment. In the present embodiment, a method for manufacturing the semiconductor element 8 which is a light emitting element including a GaN layer will be described as an example, but the structure of the semiconductor element is not limited to this.
First, as a substrate 81, a template substrate in which an undoped GaN layer 812 is stacked on a sapphire layer 810 is prepared. The prepared substrate 81 is attached to the susceptor 51 of the vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment and heated by the substrate heating means 53. Next, an n-type GaN layer 82, an n-type AlGaN layer 83, a multilayer quantum well structure 85, a p-type AlGaN layer are formed on the undoped GaN layer 812 of the substrate 81 by the same film formation method as described in the first embodiment. 86 and p-type GaN layer 87 are sequentially formed to obtain a laminate. The multilayer quantum well structure 85 is a structure in which an InGaN layer and a GaN layer having a thickness of several nm are alternately and repeatedly stacked. In the semiconductor element 8, the multilayer quantum well structure 85 is an active layer, the n-type GaN layer 82 and the p-type GaN layer 87 are contact layers, and the n-type AlGaN layer 83 and the p-type AlGaN layer 86 are cladding layers.

各層の成膜においては、第1供給部2から、第1原料ガスとしてGaClガスを、第2原料ガスとしてNHガスを成膜室4内に供給する。一方、第2供給部3からは、低温ガスとして以下のガスを供給する。
アンドープGaN層812および多層量子井戸構造85のGaN層の成膜時:NH
n型GaN層82の成膜時:NHおよびジクロロシラン
n型AlGaN層83の成膜時:トリメチルアルミニウムおよびジクロロシラン
多層量子井戸構造85のInGaN層の成膜時:NHおよびトリメチルインジウム
p型AlGaN層86の成膜時:トリメチルアルミニウムおよびCpMg
p型GaN層87の成膜時:NHおよびCpMg
なお、2種類のガスを供給する場合には、一方のガスを孔311から供給し、他方のガスを孔312から供給する。
In forming each layer, the first supply unit 2 supplies GaCl gas as the first source gas and NH 3 gas as the second source gas into the film formation chamber 4. On the other hand, the following gas is supplied from the second supply unit 3 as a low temperature gas.
During the formation of the undoped GaN layer 812 and the GaN layer of the multilayer quantum well structure 85: NH 3
During deposition of n-type GaN layer 82: During deposition of NH 3 and dichlorosilane n-type AlGaN layer 83: During deposition of InGaN layer of trimethylaluminum and dichlorosilane multilayer quantum well structure 85: NH 3 and trimethylindium p-type During deposition of the AlGaN layer 86: trimethylaluminum and Cp 2 Mg
During the formation of the p-type GaN layer 87: NH 3 and Cp 2 Mg
When supplying two kinds of gases, one gas is supplied from the hole 311 and the other gas is supplied from the hole 312.

上記において、ジクロロシランは、n型不純物を含む有機金属ガスである。ジクロロシランを用いることで、n型不純物としてSiを含むn型半導体層を成膜することができる。n型不純物を含む有機金属ガスとしては、ジクロロシランの他に、ジシラン、モノシラン、テトラエトキシシラン、トリメチルシラン等を用いることができる。
また、上記において、トリメチルアルミニウムは、Al元素を含む有機金属ガスであり、AlGaN層の成膜に用いる。
また、上記において、トリメチルインジウムは、In元素を含む有機金属ガスであり、InGaN層の成膜に用いる。
なお、これらのガスに限らず、有機金属ガスを用いて多様な化合物半導体を成膜できる。
In the above, dichlorosilane is an organometallic gas containing n-type impurities. By using dichlorosilane, an n-type semiconductor layer containing Si as an n-type impurity can be formed. As the organometallic gas containing an n-type impurity, disilane, monosilane, tetraethoxysilane, trimethylsilane, or the like can be used in addition to dichlorosilane.
In the above, trimethylaluminum is an organometallic gas containing an Al element and is used for forming an AlGaN layer.
In the above, trimethylindium is an organometallic gas containing an In element and is used for forming an InGaN layer.
Note that not only these gases but also various compound semiconductors can be formed using an organometallic gas.

このように一貫してHVPE法による成膜をすることができる。そのため、温度の昇降や基板搬送などの時間と手間を省くことができる。従って、半導体装置を高い生産性で製造することができる。   Thus, film formation by the HVPE method can be consistently performed. Therefore, it is possible to save time and labor for raising and lowering the temperature and transporting the substrate. Therefore, the semiconductor device can be manufactured with high productivity.

得られた積層体を取り出し、n型GaN層82の一部を露出させた後に、活性化工程として加熱処理を行う。その後、露出したn型GaN層82およびp型GaN層87に接するように電極890および電極892を形成して半導体素子8を得る。   After taking out the obtained laminated body and exposing a part of the n-type GaN layer 82, heat treatment is performed as an activation process. Thereafter, an electrode 890 and an electrode 892 are formed so as to be in contact with the exposed n-type GaN layer 82 and the p-type GaN layer 87, whereby the semiconductor element 8 is obtained.

本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、基板81を準備する工程と、p型化合物半導体層(p型AlGaN層86およびp型GaN層87)の形成工程との間に、多層量子井戸構造85を形成する工程をさらに含む。本実施形態においては、HVPE法で高速にp型層を形成出来るため、多層量子井戸構造85が形成された基板81を長時間高温状態に置く必要が無い。そのため、熱で多層量子井戸構造85の構造が乱れたりすることを抑制でき、半導体素子8を高品質に、高い生産性で製造することができる。また、p型層を厚く形成することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, a multilayer quantum well structure is provided between the step of preparing the substrate 81 and the step of forming the p-type compound semiconductor layer (p-type AlGaN layer 86 and p-type GaN layer 87). The method further includes the step of forming 85. In this embodiment, since the p-type layer can be formed at high speed by the HVPE method, it is not necessary to place the substrate 81 on which the multilayer quantum well structure 85 is formed in a high temperature state for a long time. Therefore, it can suppress that the structure of the multilayer quantum well structure 85 is disturbed by heat, and the semiconductor element 8 can be manufactured with high quality and high productivity. Also, the p-type layer can be formed thick.

なお、上記では膜形成を全てHVPE法により行う例について説明したが、これに限定されず、多層量子井戸構造など、一部の層をHVPE法の代わりにMOCVD法を用いて形成しても良い。   In the above description, an example in which film formation is performed by the HVPE method has been described. However, the present invention is not limited to this, and some layers such as a multilayer quantum well structure may be formed by using the MOCVD method instead of the HVPE method. .

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
第3の実施形態においては第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、HVPE法で高速にp型層を形成出来るため、多層量子井戸構造などの超構造が形成された基板を長時間高温状態に置く必要が無い。そのため、熱で超構造が乱れたりすることを抑制でき、半導体素子を高品質に、高い生産性で製造することができる。また、p型層を厚く形成することができる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
In the third embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, since the p-type layer can be formed at high speed by the HVPE method in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, it is necessary to place the substrate on which a superstructure such as a multilayer quantum well structure is placed in a high temperature state for a long time. No. Therefore, it is possible to prevent the superstructure from being disturbed by heat, and it is possible to manufacture a semiconductor element with high quality and high productivity. Also, the p-type layer can be formed thick.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

次に、本発明の実施例および参考例について説明する。   Next, examples and reference examples of the present invention will be described.

(実施例1)
第1の実施形態で説明したような気相成長装置を用いて、HVPE法によりテンプレート基板上へGaN膜を成膜した。
Example 1
Using the vapor phase growth apparatus described in the first embodiment, a GaN film was formed on the template substrate by the HVPE method.

まず、テンプレート基板をサセプタ上に配置し、成膜空間(成膜室4)内を真空にするよう排気した。次いで、第1供給口214から加熱したGaClガスを0.3L/min、第2供給口215から加熱したNHガスを3L/min、非反応ガス供給口216から加熱したHガスを2L/min、供給管7からNHガスを0.5L/minそれぞれ供給し、15分間で10μmの厚さのアンドープGaN膜を成膜した。なおこのとき、孔311、および孔312からはHガスを供給した。 First, the template substrate was placed on a susceptor, and the film formation space (film formation chamber 4) was evacuated to a vacuum. Subsequently, GaCl gas heated from the first supply port 214 is 0.3 L / min, NH 3 gas heated from the second supply port 215 is 3 L / min, and H 2 gas heated from the non-reactive gas supply port 216 is 2 L / min. Min and NH 3 gas were supplied from the supply pipe 7 at 0.5 L / min, respectively, and an undoped GaN film having a thickness of 10 μm was formed in 15 minutes. At this time, H 2 gas was supplied from the hole 311 and the hole 312.

次いで、第1供給口214から加熱したGaClガスを0.075L/min、第2供給口215から加熱したNHガスを3L/min、非反応ガス供給口216から加熱したHガスを2L/min、供給管7からNHガスを0.5L/min、孔311からCpMgガスを0.5L/min、孔312からNHガスを10L/min供給するよう切り替え、15分間で2μmの厚さのp型GaN膜を成膜した。すなわち膜の成長速度は8μm/hであった。 Next, the GaCl gas heated from the first supply port 214 is 0.075 L / min, the NH 3 gas heated from the second supply port 215 is 3 L / min, and the H 2 gas heated from the non-reactive gas supply port 216 is 2 L / min. min, NH 3 gas is supplied from the supply pipe 7 to 0.5 L / min, Cp 2 Mg gas is supplied from the hole 311 to 0.5 L / min, and NH 3 gas is supplied from the hole 312 to 10 L / min. A p-type GaN film having a thickness was formed. That is, the film growth rate was 8 μm / h.

なお、第1供給部2および第2供給部3から供給するGaClガス、NHガス、およびCpMgガスには、キャリアガスであるHガスをさらに合わせて供給した。成膜中の成膜室4内は500torrとし、基板温度はアンドープGaN膜の成膜時に1060℃、p型GaN膜の成膜時に1160℃とした。また、サセプタの回転速さは30rpmとした。第1供給部2から供給するガスの温度は、供給口において700℃以上とし、第2供給部3から供給するガスの温度は、供給口において200℃以下とした。 Note that the carrier gas H 2 gas was further supplied to the GaCl gas, NH 3 gas, and Cp 2 Mg gas supplied from the first supply unit 2 and the second supply unit 3. The inside of the film formation chamber 4 during film formation was 500 torr, and the substrate temperature was 1060 ° C. during the formation of the undoped GaN film and 1160 ° C. during the formation of the p-type GaN film. The rotational speed of the susceptor was 30 rpm. The temperature of the gas supplied from the first supply unit 2 was set to 700 ° C. or more at the supply port, and the temperature of the gas supplied from the second supply unit 3 was set to 200 ° C. or less at the supply port.

次いで、成膜室4内をN雰囲気にし、800℃で10分間、活性化アニールを行って、p型GaN膜を成膜した基板を得た。 Next, the inside of the film formation chamber 4 was placed in an N 2 atmosphere, and activation annealing was performed at 800 ° C. for 10 minutes to obtain a substrate on which a p-type GaN film was formed.

上記のp型GaN膜を成膜した基板に対し、ホール測定を行ったところ、キャリア密度(ホール密度)は8.45×1016cm−3であり、ホール移動度は8.27cm/Vsであった。このように、低温ガス導入部を有するハイドライド気相成長装置を用いて、高速にp型III-V族化合物半導体膜の成膜ができることを確認した。なお、CpMgの供給流量を増やすことで、より高濃度でp型不純物を添加することも可能である。 When hole measurement was performed on the substrate on which the p-type GaN film was formed, the carrier density (hole density) was 8.45 × 10 16 cm −3 and the hole mobility was 8.27 cm 2 / Vs. Met. As described above, it was confirmed that a p-type III-V compound semiconductor film can be formed at high speed using a hydride vapor phase growth apparatus having a low-temperature gas introduction part. Note that the p-type impurity can be added at a higher concentration by increasing the supply flow rate of Cp 2 Mg.

(実施例2)
第1の実施形態で説明したのと同様の気相成長装置を用いてHVPE成長中のn型ドーピングについて調べた。n型のドーピングには、SiHCl(DCS)を用い、気相成長装置の第2供給部から供給した。成長条件は、HCl供給流量(すなわちGaClの供給流量)を0.3L/min、NH供給流量を3.0L/min、成長温度を1050℃、成膜室の圧力を500torrとした。
図9は、DCS供給流量を変えて成長させたGaNのキャリア密度(電子密度)を調べた結果を示す図である。0.4〜3×1018cm−3の間でキャリア密度が制御できることが確認できた。
(Example 2)
Using a vapor phase growth apparatus similar to that described in the first embodiment, n-type doping during HVPE growth was examined. For the n-type doping, SiH 2 Cl 2 (DCS) was used and supplied from the second supply unit of the vapor phase growth apparatus. The growth conditions were such that the HCl supply flow rate (that is, GaCl supply flow rate) was 0.3 L / min, the NH 3 supply flow rate was 3.0 L / min, the growth temperature was 1050 ° C., and the pressure in the film formation chamber was 500 torr.
FIG. 9 is a diagram showing the results of examining the carrier density (electron density) of GaN grown by changing the DCS supply flow rate. It was confirmed that the carrier density can be controlled between 0.4 to 3 × 10 18 cm −3 .

実施例1および実施例2から、低温ガス導入部を備えるハイドライド気相成長装置を用いることで、熱分解温度の低い有機金属ガスを利用することが可能となり、HVPE法で多様な化合物半導体膜の成膜ができることが確かめられた。   From Example 1 and Example 2, it becomes possible to use an organometallic gas having a low thermal decomposition temperature by using a hydride vapor phase growth apparatus including a low-temperature gas introduction unit, and various compound semiconductor films can be formed by the HVPE method. It was confirmed that the film could be formed.

(参考例1)
HVPE法の特徴である高速成長を確認するため、第1の実施形態で説明したのと同様の気相成長装置を用いて、GaClおよびNHを供給して成膜を行った。ただし、第1供給部2からGaClおよびNHを供給し、低温ガスを供給するよう制御する制御部は設けなかった。
図10は、HVPE法でのGaNの成長速度の原料ガス供給流量依存性を示す図である。
一般的なMOCVD法では成長速度はIII族原料のみによって律速されるが、熱平衡成長であるHVPE法では、III族原料とV族原料の両方に依存する。本図から、III族原料供給流量がV族原料に比べて少ない場合は、成長速度はIII族原料供給流量に比例し、成長速度に飽和傾向が見られてからV族原料を増加させると成長速度は更に増加することが確かめられた。HCl流量(すなわちGaCl流量)を0.5L/min、NH供給流量を6.0L/min、成長温度を1050℃、成膜室の圧力を500torr、サセプタ回転数を5rpmとしたとき、成長速度は90μm/hであった。
(Reference Example 1)
In order to confirm high-speed growth, which is a feature of the HVPE method, film formation was performed by supplying GaCl and NH 3 using the same vapor phase growth apparatus as described in the first embodiment. However, the first supply GaCl and NH 3 from the supply unit 2, is not provided a control unit for controlling to supply cold gas.
FIG. 10 is a diagram showing the dependency of the growth rate of GaN on the source gas supply flow rate in the HVPE method.
In a general MOCVD method, the growth rate is limited only by the group III material, but in the HVPE method which is thermal equilibrium growth, it depends on both the group III material and the group V material. From this figure, when the Group III material supply flow rate is smaller than that of the Group V material, the growth rate is proportional to the Group III material supply flow rate. It was confirmed that the speed increased further. Growth rate when HCl flow rate (ie GaCl flow rate) is 0.5 L / min, NH 3 supply flow rate is 6.0 L / min, growth temperature is 1050 ° C., deposition chamber pressure is 500 torr and susceptor rotation speed is 5 rpm. Was 90 μm / h.

(参考例2)
HVPE法はMOCVD法に比べて酸化膜上の選択成長性に優れていることが知られており、それを確認するため、第1の実施形態で説明したのと同様の気相成長装置を用いてSiO膜上のGaNの選択成長を行った。ただし、第1供給部2からGaClおよびNHを供給し、低温ガスを供給するよう制御する制御部は設けなかった。成長に用いた基板は、サファイア基板上に形成したGaN表面にSiOを堆積し、開口幅3.5μm、ピッチ7μmの構造を形成したものである。成長条件は、HCl供給流量を0.5L/min、NH供給流量を3.0L/min、成長温度を1050℃、成膜室の圧力を500torr、サセプタ回転数を10rpmとした。
図11は、HVPE法により成長させたGaNの断面の電子顕微鏡(SEM)像である。(1−101)面を△状のファセット構造が開口部から形成され、成長が進んで隣接したファセット構造が合体し、さらに成長が進み表面が平坦に成長していることから、選択成長性に優れるというHVPE成長法の特徴が良く生かされていることが確認できた。
(Reference Example 2)
The HVPE method is known to be superior in selective growth on an oxide film compared to the MOCVD method, and in order to confirm this, the same vapor phase growth apparatus as described in the first embodiment is used. Then, selective growth of GaN on the SiO 2 film was performed. However, the first supply GaCl and NH 3 from the supply unit 2, is not provided a control unit for controlling to supply cold gas. The substrate used for the growth is one in which SiO 2 is deposited on the GaN surface formed on the sapphire substrate to form a structure with an opening width of 3.5 μm and a pitch of 7 μm. The growth conditions were an HCl supply flow rate of 0.5 L / min, an NH 3 supply flow rate of 3.0 L / min, a growth temperature of 1050 ° C., a film formation chamber pressure of 500 torr, and a susceptor rotation speed of 10 rpm.
FIG. 11 is an electron microscope (SEM) image of a cross section of GaN grown by the HVPE method. Since the (1-101) plane has a Δ-shaped facet structure formed from the opening, the growth progresses and the adjacent facet structures merge, and the growth progresses and the surface grows flat. It was confirmed that the characteristics of the excellent HVPE growth method were utilized well.

1 気相成長装置
10 制御部
2 第1供給部
20 原料
21 第1供給管
211 外管
212 第1内管
213 第2内管
214 第1供給口
215 第2供給口
216 非反応ガス供給口
22 遮熱手段
223 金属部材
224 冷却手段
24 原料容器
25 配管
250 第1原料ガス導入部
252 第1原料ガスバルブ
26 配管
27 ガス加熱手段
28 配管
280 第2原料ガス導入部
282 第2原料ガスバルブ
3 第2供給部
311 孔
312 孔
32 シャワーヘッド
33 配管
330 第2低温ガス導入部
332 第2低温ガスバルブ
34 配管
340 第1低温ガス導入部
342 第1低温ガスバルブ
4 成膜室
5 搬送手段
51 サセプタ
52 駆動手段
521 軸部
522 モータ
53 基板加熱手段
6 排気手段
7 供給管
8 半導体素子
81 基板
810 サファイア層
812 アンドープGaN層
82 n型GaN層
83 n型AlGaN層
85 多層量子井戸構造
86 p型AlGaN層
87 p型GaN層
890 電極
892 電極
9 低温ガス供給管
90 有機金属ガス生成部
92 シリンダ
94 バブリング管
96 有機金属ガス排出管
98 液体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vapor growth apparatus 10 Control part 2 1st supply part 20 Raw material 21 1st supply pipe 211 Outer pipe 212 1st inner pipe 213 2nd inner pipe 214 1st supply port 215 2nd supply port 216 Non-reactive gas supply port 22 Heat shield means 223 Metal member 224 Cooling means 24 Raw material container 25 Piping 250 First raw material gas introduction part 252 First raw material gas valve 26 Pipe 27 Gas heating means 28 Pipe 280 Second raw material gas introduction part 282 Second raw material gas valve 3 Second supply Portion 311 Hole 312 Hole 32 Shower head 33 Pipe 330 Second low temperature gas introduction part 332 Second low temperature gas valve 34 Pipe 340 First low temperature gas introduction part 342 First low temperature gas valve 4 Film formation chamber 5 Transfer means 51 Susceptor 52 Drive means 521 Shaft 522 Motor 53 Substrate heating means 6 Exhaust means 7 Supply pipe 8 Semiconductor element 81 Substrate 810 Sapphire layer 81 Undoped GaN layer 82 n-type GaN layer 83 n-type AlGaN layer 85 multilayer quantum well structure 86 p-type AlGaN layer 87 p-type GaN layer 890 electrode 892 electrode 9 low-temperature gas supply pipe 90 organometallic gas generation part 92 cylinder 94 bubbling pipe 96 organic Metal gas discharge pipe 98 Liquid

Claims (14)

成膜室と、
前記成膜室にハロゲン元素を含む第1原料ガスを導入する第1原料ガス導入部と、
前記第1原料ガスと反応して前記成膜室内に配置された少なくとも1枚の基板上に化合物半導体膜を形成する第2原料ガスを、前記成膜室に導入する第2原料ガス導入部と、
前記第1原料ガス導入部および前記第2原料ガス導入部を加熱するガス加熱手段と、
前記第1原料ガス導入部から導入される前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガス導入部から導入される前記第2原料ガスのいずれよりも低い温度の低温ガスを前記成膜室に導入する少なくとも1つの低温ガス導入部と、
前記基板を加熱する基板加熱手段と、
前記第1原料ガス導入部から導入される前記第1原料ガス、前記第2原料ガス導入部から導入される前記第2原料ガス、および前記低温ガス導入部から導入される前記低温ガスの供給流量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1原料ガス、前記第2原料ガスおよび前記低温ガスを同時に前記成膜室に導入するよう、前記第1原料ガス導入部、前記第2原料ガス導入部および前記低温ガス導入部を制御するハイドライド気相成長装置。
A deposition chamber;
A first source gas introduction part for introducing a first source gas containing a halogen element into the film formation chamber;
A second source gas introduction unit that introduces into the film formation chamber a second source gas that forms a compound semiconductor film on at least one substrate disposed in the film formation chamber by reacting with the first source gas; ,
Gas heating means for heating the first source gas inlet and the second source gas inlet;
A low temperature gas having a temperature lower than any of the first source gas introduced from the first source gas introduction unit and the second source gas introduced from the second source gas introduction unit is introduced into the film forming chamber. At least one cold gas inlet;
Substrate heating means for heating the substrate;
Supply flow rate of the first source gas introduced from the first source gas introduction unit, the second source gas introduced from the second source gas introduction unit, and the low temperature gas introduced from the low temperature gas introduction unit And a control unit for controlling
The control unit is configured to introduce the first source gas, the second source gas, and the low temperature gas into the film formation chamber at the same time, so that the first source gas introduction unit, the second source gas introduction unit, and the low temperature gas are introduced. A hydride vapor phase growth apparatus that controls the introduction part.
請求項1に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記低温ガスとして、前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスのいずれにも含まれない元素を少なくとも1つ含むガスを導入するハイドライド気相成長装置。
The hydride vapor phase growth apparatus according to claim 1,
A hydride vapor phase growth apparatus for introducing a gas containing at least one element not included in any of the first source gas and the second source gas as the low temperature gas.
請求項1または2に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記低温ガスとして、有機金属ガスを含むガスを導入するハイドライド気相成長装置。
In the hydride vapor phase growth apparatus according to claim 1 or 2,
A hydride vapor phase growth apparatus for introducing a gas containing an organometallic gas as the low temperature gas.
請求項3に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記低温ガスとして、シクロペンタジエニルマグネシウム、ジメチル亜鉛、およびジエチル亜鉛、ジクロロシラン、ジシラン、モノシラン、テトラエトキシシラン、トリメチルシラン、イソブチルゲルマニウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、およびトリメチルヒ素からなる群より選ばれた1つ以上のガスを含むガスを導入するハイドライド気相成長装置。
In the hydride vapor phase growth apparatus according to claim 3,
The low temperature gas is selected from the group consisting of cyclopentadienylmagnesium, dimethylzinc, and diethylzinc, dichlorosilane, disilane, monosilane, tetraethoxysilane, trimethylsilane, isobutylgermanium, trimethylaluminum, trimethylindium, and trimethylarsenic. A hydride vapor phase growth apparatus for introducing a gas containing one or more gases.
請求項1から4のいずれか一項に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記成膜室内で前記基板を搬送する搬送手段をさらに備え、
前記搬送手段は、少なくとも、前記第1原料ガス導入部の供給口および前記第2原料ガス導入部の供給口に対向する第1領域と、前記低温ガス導入部の供給口に対向する第2領域との間で前記基板を搬送するハイドライド気相成長装置。
In the hydride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Further comprising a transfer means for transferring the substrate in the film forming chamber;
The conveying means includes at least a first region facing the supply port of the first source gas introduction unit and the supply port of the second source gas introduction unit, and a second region facing the supply port of the low temperature gas introduction unit A hydride vapor phase growth apparatus for transporting the substrate between them.
請求項5に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記第1原料ガス導入部の供給口および前記第2原料ガス導入部の供給口の温度を制御する第1供給口温度制御部と、
前記低温ガス導入部の供給口の温度を制御する第2供給口温度制御部とをさらに備え、
前記第1原料ガス導入部の供給口および前記第2原料ガス導入部の供給口の温度と、前記低温ガス導入部の供給口の温度とは、互いに独立に制御されるハイドライド気相成長装置。
The hydride vapor phase growth apparatus according to claim 5,
A first supply port temperature control unit for controlling temperatures of a supply port of the first source gas introduction unit and a supply port of the second source gas introduction unit;
A second supply port temperature control unit for controlling the temperature of the supply port of the low-temperature gas introduction unit,
The hydride vapor phase growth apparatus in which the temperature of the supply port of the first source gas introduction unit and the supply port of the second source gas introduction unit and the temperature of the supply port of the low temperature gas introduction unit are controlled independently of each other.
請求項1から4のいずれか一項に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記第1原料ガス導入部の供給口、前記第2原料ガス導入部の供給口、および前記低温ガス導入部の供給口は、少なくともひとつの前記基板に同時に対向するハイドライド気相成長装置。
In the hydride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The supply port of the first source gas introduction unit, the supply port of the second source gas introduction unit, and the supply port of the low temperature gas introduction unit are hydride vapor phase growth apparatuses that simultaneously face at least one of the substrates.
請求項7に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記第1原料ガス導入部の供給口および前記第2原料ガス導入部の供給口に対向した前記基板に対し、前記低温ガスを供給するよう前記低温ガス導入部が設けられ、
前記低温ガス導入部は、L字型の配管を有するハイドライド気相成長装置。
The hydride vapor phase growth apparatus according to claim 7,
The low temperature gas introduction part is provided to supply the low temperature gas to the substrate facing the supply port of the first source gas introduction part and the supply port of the second source gas introduction part,
The low temperature gas introduction unit is a hydride vapor phase growth apparatus having an L-shaped pipe.
請求項1から8のいずれか一項に記載のハイドライド気相成長装置において、
有機金属ガスを生成する有機金属ガス生成部をさらに備え、
少なくとも1つの前記低温ガス導入部は、前記有機金属ガス生成部に接続されており、
前記有機金属ガス生成部は、
有機金属化合物を含む液体を保持するシリンダと、
前記液体中にキャリアガスを導入する複数のバブリング管とを備える、
ハイドライド気相成長装置。
In the hydride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 8,
An organic metal gas generation unit that generates an organic metal gas is further provided,
At least one of the low-temperature gas introduction sections is connected to the organometallic gas generation section;
The organometallic gas generator is
A cylinder holding a liquid containing an organometallic compound;
A plurality of bubbling pipes for introducing a carrier gas into the liquid.
Hydride vapor phase growth equipment.
成膜室内に少なくとも1枚の基板を配置する工程と、
前記基板を加熱する工程と、
ハロゲン元素を含む第1原料ガス、前記第1原料ガスと反応して前記基板上に化合物半導体膜を形成する第2原料ガス、および少なくとも1つの低温ガスを、同時に前記成膜室内に供給して、加熱された前記基板上に化合物半導体膜を成膜する工程とを含み、
前記成膜する工程において、
前記第1原料ガスおよび少なくとも一部の前記第2原料ガスを加熱して前記基板上に供給し、
前記低温ガスは、加熱された前記第1原料ガスおよび加熱された前記第2原料ガスのいずれよりも温度が低い化合物半導体膜の成膜方法。
Placing at least one substrate in the deposition chamber;
Heating the substrate;
A first source gas containing a halogen element, a second source gas that reacts with the first source gas to form a compound semiconductor film on the substrate, and at least one low-temperature gas are simultaneously supplied into the deposition chamber. Forming a compound semiconductor film on the heated substrate,
In the film forming step,
Heating and supplying the first source gas and at least a portion of the second source gas onto the substrate;
The method of forming a compound semiconductor film, wherein the low temperature gas has a temperature lower than any of the heated first source gas and the heated second source gas.
請求項10に記載の成膜方法において、
前記低温ガスとして、前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスのいずれにも含まれない元素を少なくとも1つ含むガスを導入する成膜方法。
In the film-forming method of Claim 10,
A film forming method for introducing a gas containing at least one element not included in any of the first source gas and the second source gas as the low temperature gas.
請求項10または11に記載の成膜方法において、
前記低温ガスとして、有機金属ガスを含むガスを導入する成膜方法。
In the film-forming method of Claim 10 or 11,
A film forming method in which a gas containing an organometallic gas is introduced as the low-temperature gas.
請求項12に記載の成膜方法において、
前記低温ガスとして、シクロペンタジエニルマグネシウム、ジメチル亜鉛、およびジエチル亜鉛、ジクロロシラン、ジシラン、モノシラン、テトラエトキシシラン、トリメチルシラン、イソブチルゲルマニウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、およびトリメチルヒ素からなる群より選ばれた1つ以上のガスを含むガスを導入する成膜方法。
In the film-forming method of Claim 12,
The low temperature gas is selected from the group consisting of cyclopentadienylmagnesium, dimethylzinc, and diethylzinc, dichlorosilane, disilane, monosilane, tetraethoxysilane, trimethylsilane, isobutylgermanium, trimethylaluminum, trimethylindium, and trimethylarsenic. A film forming method for introducing a gas containing one or more gases.
請求項10〜13のいずれか一項に記載の成膜方法において、
前記成膜する工程では、
700℃以上の前記第1原料ガスおよび700℃以上の前記第2原料ガスを前記成膜室内に供給し、
200℃以下の前記低温ガスを前記成膜室内に供給する成膜方法。
In the film-forming method as described in any one of Claims 10-13,
In the film forming step,
Supplying the first source gas at 700 ° C. or higher and the second source gas at 700 ° C. or higher into the film forming chamber;
A film forming method for supplying the low temperature gas of 200 ° C. or lower into the film forming chamber.
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