JP2019196293A - Vapor growth apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a technology related to a vapor growth apparatus of a compound semiconductor.SOLUTION: A vapor growth apparatus includes a reaction vessel. The vapor growth apparatus includes a wafer holder arranged in the reaction vessel. The vapor growth apparatus includes a first raw material gas supply pipe for supplying a first raw material gas to the reaction vessel. The vapor growth apparatus includes a second raw material gas supply pipe for supplying a second raw material gas to the reaction vessel, the second raw material gas reacting with the first raw material gas. The vapor growth apparatus includes a first heating part. A surface of an area close to a gas supply port of at least the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe is covered with a predetermined metal. The predetermined metal is a metal capable of decomposing the second raw material gas with a catalytic effect. The first heating part heats the surface of the predetermined metal to 800°C or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書では、化合物半導体の気相成長装置に関する技術を開示する。   The present specification discloses a technique related to a vapor phase growth apparatus for a compound semiconductor.

GaN基板の低コストな製造法の構築が要求されている。現在のGaN基板は、1枚ごとに成長する枚葉式が主流であり、高コストの原因であった。なお、関連する技術が特許文献1に開示されている。   Construction of a low-cost manufacturing method for GaN substrates is required. The current GaN substrate is a single-wafer type that grows one by one, which is a cause of high cost. A related technique is disclosed in Patent Document 1.

特開2002−316892公報JP 2002-316892 A

GaNの長尺結晶成長が可能となれば、1つの長尺結晶から複数枚のウェハを生成できるため、基板製造コストを低下させることができる。しかし、GaNを長尺結晶成長させることは困難である。要因の一つとして、原料ガスの供給口にGaN多結晶が析出することによって、ガス管詰まりやガス流変化が発生してしまう結果、異常成長が発生してしまうことが挙げられる。   If long crystal growth of GaN becomes possible, a plurality of wafers can be generated from one long crystal, and the substrate manufacturing cost can be reduced. However, it is difficult to grow long crystals of GaN. One of the factors is that abnormal growth occurs as a result of gas tube clogging or gas flow change due to the deposition of GaN polycrystals at the source gas supply port.

本明細書では、気相成長装置を開示する。この気相成長装置は、反応容器を備える。気相成長装置は、反応容器内に配置されているウェハホルダを備える。気相成長装置は、第1原料ガスを反応容器内に供給する第1原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第1原料ガスと反応する第2原料ガスを反応容器内に供給する第2原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第1加熱部を備える。第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われている。所定金属は、第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属である。第1加熱部は所定金属の表面を800℃以上に加熱する。   The present specification discloses a vapor phase growth apparatus. This vapor phase growth apparatus includes a reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a wafer holder disposed in a reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a first source gas supply pipe that supplies a first source gas into the reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a second source gas supply pipe that supplies a second source gas that reacts with the first source gas into the reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a first heating unit. The surface of the region in the vicinity of the gas supply port of at least one of the first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe is covered with a predetermined metal. The predetermined metal is a metal that can decompose the second source gas by a catalytic effect. The first heating unit heats the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher.

本明細書の気相成長装置では、所定金属の表面を800℃以上に加熱することで、所定金属の触媒効果を高めることができる。従って、ガス供給口の近傍の領域の表面において、第2原料ガスを分解することができる。これにより、ガス供給口の近傍の領域へのGaN多結晶の析出を抑制することができる。   In the vapor phase growth apparatus of the present specification, the catalytic effect of the predetermined metal can be enhanced by heating the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher. Therefore, the second source gas can be decomposed on the surface of the region near the gas supply port. Thereby, precipitation of the GaN polycrystal to the area | region of the vicinity of a gas supply port can be suppressed.

第1原料ガス供給管の複数のガス供給口、および、第2原料ガス供給管の複数のガス供給口が配置されているシャワーヘッドをさらに備えていてもよい。シャワーヘッドの少なくともガス供給口側の表面が所定金属で覆われていてもよい。   A shower head in which a plurality of gas supply ports of the first source gas supply pipe and a plurality of gas supply ports of the second source gas supply pipe are arranged may be further provided. At least the gas supply port side surface of the shower head may be covered with a predetermined metal.

第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の端部にガス供給口が配置されていてもよい。第1原料ガス供給管のガス供給口側の端部近傍の領域において第1原料ガス供給管の内壁および外壁が所定金属で覆われていてもよい。第2原料ガス供給管のガス供給口側の端部近傍の領域において第2原料ガス供給管の内壁および外壁が所定金属で覆われていてもよい。   Gas supply ports may be arranged at the ends of the first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe. The inner wall and the outer wall of the first source gas supply pipe may be covered with a predetermined metal in a region near the end of the first source gas supply pipe on the gas supply port side. The inner wall and the outer wall of the second source gas supply pipe may be covered with a predetermined metal in a region near the end of the second source gas supply pipe on the gas supply port side.

第2原料ガス供給管の内径は、第1原料ガス供給管の外径よりも大きくてもよい。第2原料ガス供給管の内部に第1原料ガス供給管が配置されていてもよい。   The inner diameter of the second source gas supply pipe may be larger than the outer diameter of the first source gas supply pipe. The first source gas supply pipe may be disposed inside the second source gas supply pipe.

第1原料ガス供給管と第2原料ガス供給管とは一体の共通管を形成していてもよい。共通管のガス供給口の反対側に位置する入口には第1原料ガスおよび第2原料ガスが供給されていてもよい。共通管は、入口からガス供給口までの全長に渡って内壁が所定金属で覆われていてもよい。共通管を入口からガス供給口までの全長に渡って800℃以上に加熱する第2加熱部をさらに備えていてもよい。   The first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe may form an integral common pipe. The first source gas and the second source gas may be supplied to an inlet located on the opposite side of the common pipe from the gas supply port. The inner wall of the common pipe may be covered with a predetermined metal over the entire length from the inlet to the gas supply port. You may further provide the 2nd heating part which heats a common pipe to 800 degreeC or more over the full length from an inlet_port | entrance to a gas supply port.

第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管のガス供給口と、ウェハホルダとの間の領域の温度を500℃以上に加熱する第3加熱部を備えていてもよい。   You may provide the 3rd heating part which heats the temperature of the area | region between the gas supply port of a 1st source gas supply pipe and a 2nd source gas supply pipe, and a wafer holder to 500 degreeC or more.

第1原料ガス供給管のガス供給口の反対側に位置する入口に第1原料ガスを供給する第1供給部を備えていてもよい。第2原料ガス供給管のガス供給口の反対側に位置する入口に第2原料ガスを供給する第2供給部を備えていてもよい。第1供給部および第2供給部は、所定金属の表面が800℃以上の期間中に第1原料ガスおよび第2原料ガスを供給してもよい。   You may provide the 1st supply part which supplies 1st source gas to the inlet_port | entrance located in the other side of the gas supply port of a 1st source gas supply pipe | tube. You may provide the 2nd supply part which supplies 2nd source gas to the inlet located in the opposite side of the gas supply port of a 2nd source gas supply pipe | tube. The first supply unit and the second supply unit may supply the first source gas and the second source gas during a period in which the surface of the predetermined metal is 800 ° C. or higher.

第1供給部および第2供給部は、第1加熱部によって所定金属の表面が800℃以上に加熱された後に第1原料ガスおよび第2原料ガスの供給を開始してもよい。第1加熱部は、第1供給部および第2供給部によって第1原料ガスおよび第2原料ガスの供給が停止された後に、所定金属の表面の加熱を終了してもよい。   The first supply unit and the second supply unit may start supplying the first source gas and the second source gas after the surface of the predetermined metal is heated to 800 ° C. or higher by the first heating unit. The first heating unit may end the heating of the surface of the predetermined metal after the supply of the first source gas and the second source gas is stopped by the first supply unit and the second supply unit.

所定金属は、タングステンまたはタングステンを含む金属、タングステンまたはタングステンを含む金属の酸化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の炭化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の窒化物を含んでいてもよい。   The predetermined metal may include tungsten or tungsten-containing metal, tungsten or tungsten-containing metal oxide, tungsten or tungsten-containing metal carbide, tungsten or tungsten-containing metal nitride.

第1原料ガスはGaClを含むガスであってもよい。第2原料ガスはNHを含むガスであってもよい。 The first source gas may be a gas containing GaCl. The second source gas may be a gas containing NH 3 .

実施例1に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which looked at the vapor phase growth apparatus concerning Example 1 from the side. II−II線における断面図を鉛直上方から見た図である。It is the figure which looked at the sectional view in the II-II line from the perpendicular upper part. 実施例2に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which looked at the vapor phase growth apparatus concerning Example 2 from the side. 実施例3に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which looked at the vapor phase growth apparatus concerning Example 3 from the side. 実施例4に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which looked at the vapor phase growth apparatus concerning Example 4 from the side. 混合室を備えたシャワーヘッドを側面からみた概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which looked at the shower head provided with the mixing chamber from the side.

<気相成長装置の構成>
図1に、本明細書の技術に係る気相成長装置1を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置1は、HVPE(Halide Vapor Phase Epitaxy)法を実施するための装置構成の一例である。気相成長装置1は、反応容器10を備えている。反応容器10は、円筒形状をしている。反応容器10は、石英で構成されていてもよい。反応容器10の内部には、原料ガス供給部20およびウェハホルダ11が配置されている。
<Configuration of vapor phase growth apparatus>
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a vapor phase growth apparatus 1 according to the technique of this specification as viewed from the side. The vapor phase growth apparatus 1 is an example of an apparatus configuration for carrying out a HVPE (Halide Vapor Phase Epitaxy) method. The vapor phase growth apparatus 1 includes a reaction vessel 10. The reaction vessel 10 has a cylindrical shape. The reaction vessel 10 may be made of quartz. Inside the reaction vessel 10, a source gas supply unit 20 and a wafer holder 11 are arranged.

原料ガス供給部20の構造を説明する。原料ガス供給部20は、円筒形状の部材である。原料ガス供給部20は、円筒形のカバー24を備えている。カバー24の上端部には、円盤状のシャワーヘッド50が配置されている。原料ガス供給部20の下部には、HClガス供給管25の入口および第2原料ガス供給管22の入口が配置されている。HClガス供給管25の入口には、第1バルブ61が配置されている。第1バルブ61は、HClを含むガスの供給を制御する。HClガス供給管25の出口は、第1原料ガス生成部41に接続されている。第1原料ガス生成部41は、内部に金属ガリウムを格納している。第1原料ガス生成部41は、GaClを含んだ第1原料ガスG1を生成する部位である。第1原料ガス供給管21は、第1原料ガスG1を供給する管である。第1原料ガス供給管21の入口は、第1原料ガス生成部41に接続されている。第1原料ガス供給管21の出口は、シャワーヘッド50に接続されている。第2原料ガス供給管22の入口には、第2バルブ62が配置されている。第2バルブ62は、第2原料ガスG2を含むガスの供給を制御する。第2原料ガスG2は、NHを含むガスである。第2原料ガス供給管22の出口は、シャワーヘッド50に接続されている。 The structure of the source gas supply unit 20 will be described. The source gas supply unit 20 is a cylindrical member. The source gas supply unit 20 includes a cylindrical cover 24. A disc-shaped shower head 50 is disposed at the upper end of the cover 24. In the lower part of the source gas supply unit 20, an inlet of the HCl gas supply pipe 25 and an inlet of the second source gas supply pipe 22 are arranged. A first valve 61 is disposed at the inlet of the HCl gas supply pipe 25. The first valve 61 controls the supply of gas containing HCl. The outlet of the HCl gas supply pipe 25 is connected to the first source gas generation unit 41. The first source gas generation unit 41 stores metal gallium inside. The first source gas generation unit 41 is a part that generates a first source gas G1 containing GaCl. The first source gas supply pipe 21 is a pipe that supplies the first source gas G1. The inlet of the first source gas supply pipe 21 is connected to the first source gas generator 41. The outlet of the first source gas supply pipe 21 is connected to the shower head 50. A second valve 62 is disposed at the inlet of the second source gas supply pipe 22. The second valve 62 controls the supply of gas containing the second source gas G2. The second source gas G2 is a gas containing NH 3 . The outlet of the second source gas supply pipe 22 is connected to the shower head 50.

第1原料ガス供給管21および第2原料ガス供給管22は、鉛直方向(すなわち図1のz軸方向)へ伸びるように配置されている。第1原料ガス供給管21および第2原料ガス供給管22の経路上には、隔壁42が配置されている。隔壁42は、カバー24内を水平方向に伸びる石英板である。カバー24内の空間は、隔壁42によって上下に隔離されている。隔壁42は断熱材として機能する。   The first source gas supply pipe 21 and the second source gas supply pipe 22 are arranged to extend in the vertical direction (that is, the z-axis direction in FIG. 1). A partition wall 42 is disposed on the path of the first source gas supply pipe 21 and the second source gas supply pipe 22. The partition wall 42 is a quartz plate that extends horizontally in the cover 24. The space in the cover 24 is separated up and down by a partition wall 42. The partition wall 42 functions as a heat insulating material.

シャワーヘッド50は、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2をウェハ13の表面近傍へ排出するための部位である。シャワーヘッド50から排出された第1原料ガスG1および第2原料ガスG2は、反応容器10内を矢印Y1方向に鉛直上方に流れる。シャワーヘッド50の構造を、図2を用いて説明する。図2は、図1のII−II線における断面図を鉛直上方から見た図である。シャワーヘッド50の表面には、第1原料ガスG1を排出する複数の第1ガス供給口51と、第2原料ガスG2を排出する複数の第2ガス供給口52が配置されている。多数のガス供給口から第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を排出することで、ウェハ13表面へのガス供給量をウェハ面内で均一化することができる。よって、成長したGaN結晶膜厚のウェハ面内バラつきを抑制することが可能となる。   The shower head 50 is a part for discharging the first source gas G 1 and the second source gas G 2 to the vicinity of the surface of the wafer 13. The first source gas G1 and the second source gas G2 discharged from the shower head 50 flow vertically upward in the reaction container 10 in the direction of the arrow Y1. The structure of the shower head 50 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1 as viewed from above. On the surface of the shower head 50, a plurality of first gas supply ports 51 for discharging the first source gas G1 and a plurality of second gas supply ports 52 for discharging the second source gas G2 are arranged. By discharging the first source gas G1 and the second source gas G2 from a large number of gas supply ports, the gas supply amount to the surface of the wafer 13 can be made uniform in the wafer plane. Therefore, it is possible to suppress the variation in the wafer surface of the grown GaN crystal film thickness.

シャワーヘッド50の表面において、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52が形成されていない領域は、所定金属53で覆われている。換言すると、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52の近傍の領域の表面が、所定金属53で覆われている。所定金属53は、第2原料ガスに含まれているNHを触媒効果によって分解可能な金属である。所定金属53は、厚さ数ミリメートルの金属板で構成されていてもよい。金属板には、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52の位置および穴径に対応した複数の穴が形成されていてもよい。本実施例では、所定金属として、タングステンが使用されている。 A region where the first gas supply port 51 and the second gas supply port 52 are not formed on the surface of the shower head 50 is covered with a predetermined metal 53. In other words, the surface of the area in the vicinity of the first gas supply port 51 and the second gas supply port 52 is covered with the predetermined metal 53. The predetermined metal 53 is a metal that can decompose NH 3 contained in the second source gas by a catalytic effect. The predetermined metal 53 may be composed of a metal plate having a thickness of several millimeters. The metal plate may have a plurality of holes corresponding to the positions and hole diameters of the first gas supply port 51 and the second gas supply port 52. In this embodiment, tungsten is used as the predetermined metal.

原料ガス供給部20の周囲には、反応容器10内のガスを排気するガス排気管23が構成されている。図2を用いて説明する。円筒形の反応容器10の内側に、さらに円筒形の原料ガス供給部20が配置されている。これにより、反応容器10の内壁と、原料ガス供給部20のカバー24の外壁との間に、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間が、ガス排気管23として機能する。すなわち、ガス排気管23は、原料ガス供給部20の外壁および反応容器10の内壁に沿って、鉛直下方向(すなわち図1の−z軸方向)へ伸びるように配置されている。これによりガス排気管23を、シャワーヘッド50、第1原料ガス供給管21および第2原料ガス供給管22の外周を取り囲むように配置することができる。   Around the source gas supply unit 20, a gas exhaust pipe 23 for exhausting the gas in the reaction vessel 10 is configured. This will be described with reference to FIG. A cylindrical source gas supply unit 20 is further arranged inside the cylindrical reaction vessel 10. As a result, an annular gap is formed between the inner wall of the reaction vessel 10 and the outer wall of the cover 24 of the source gas supply unit 20. This annular gap functions as the gas exhaust pipe 23. That is, the gas exhaust pipe 23 is disposed so as to extend vertically downward (that is, in the −z-axis direction in FIG. 1) along the outer wall of the source gas supply unit 20 and the inner wall of the reaction vessel 10. Thereby, the gas exhaust pipe 23 can be disposed so as to surround the outer periphery of the shower head 50, the first source gas supply pipe 21, and the second source gas supply pipe 22.

また、ガス排気管23の入口23a(図1参照)を、シャワーヘッド50の側面に位置させることができる。よって図1の矢印Y2に示すように、ウェハ13の表面でGaN結晶成長に使用された第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を、シャワーヘッド50の側面方向かつウェハ13の下方向に排気させることができる。反応容器10の下端には、ガス排気管23の出口23bが配置されている。ガス排気管23の入口23aから吸入されたガスは、出口23bからベントラインへ排出される。   Further, the inlet 23 a (see FIG. 1) of the gas exhaust pipe 23 can be positioned on the side surface of the shower head 50. Therefore, as shown by an arrow Y2 in FIG. 1, the first source gas G1 and the second source gas G2 used for the GaN crystal growth on the surface of the wafer 13 are exhausted in the lateral direction of the shower head 50 and downward of the wafer 13. Can be made. An outlet 23 b of the gas exhaust pipe 23 is disposed at the lower end of the reaction vessel 10. The gas sucked from the inlet 23a of the gas exhaust pipe 23 is discharged from the outlet 23b to the vent line.

ウェハホルダ11は、反応容器10内に配置されている。ウェハホルダ11は、下面にウェハ保持部12を備えている。ウェハ保持部12は、ウェハ13表面が略鉛直下向きになるようにウェハ13を保持する。なお「略鉛直下向き」は、ウェハの法線が鉛直下方向に一致する態様に限定されない。ウェハの法線が鉛直下方向に対して45度までの傾きを含む概念である。本実施例では、ウェハホルダ11の表面にはタングステンが配置されている。これにより、ウェハホルダ11の表面へのGaN多結晶の析出を抑制する効果が得られる。   The wafer holder 11 is disposed in the reaction container 10. The wafer holder 11 includes a wafer holding unit 12 on the lower surface. The wafer holding unit 12 holds the wafer 13 so that the surface of the wafer 13 is substantially vertically downward. Note that “substantially vertically downward” is not limited to an aspect in which the normal line of the wafer coincides with the vertically downward direction. This is a concept in which the normal of the wafer includes an inclination of up to 45 degrees with respect to the vertical downward direction. In this embodiment, tungsten is disposed on the surface of the wafer holder 11. Thereby, the effect which suppresses precipitation of the GaN polycrystal on the surface of the wafer holder 11 is acquired.

ウェハホルダ11の上部には、回転軸14の下端が接続している。回転軸14の上端部は、反応容器10の外部に突出している。回転軸14の上端部は、駆動機構15に接続している。これによりウェハホルダ11は、回転させること、および、反応容器10内で上下に移動させることが可能である。   The lower end of the rotating shaft 14 is connected to the upper part of the wafer holder 11. The upper end portion of the rotating shaft 14 protrudes outside the reaction vessel 10. The upper end of the rotating shaft 14 is connected to the drive mechanism 15. Thereby, the wafer holder 11 can be rotated and moved up and down in the reaction vessel 10.

反応容器10の上部には、特定ガス供給管16が備えられている。特定ガス供給管16の入口には特定ガスG3が供給される。特定ガスG3は、図1の矢印Y3に示すように、ウェハホルダ11の上方から鉛直下方へ流れ、ガス排気管23の入口23aに吸入される。これにより、特定ガスG3によってダウンフローを生成することができる。特定ガスG3は、酸素を含まないガスであって、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2と反応しないガスである。具体例としては、特定ガスG3は、水素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの少なくとも一つを含むガスである。   A specific gas supply pipe 16 is provided at the top of the reaction vessel 10. A specific gas G3 is supplied to the inlet of the specific gas supply pipe 16. As indicated by an arrow Y3 in FIG. 1, the specific gas G3 flows from above the wafer holder 11 vertically downward and is sucked into the inlet 23a of the gas exhaust pipe 23. Thereby, a downflow can be generated by the specific gas G3. The specific gas G3 is a gas that does not contain oxygen and does not react with the first source gas G1 and the second source gas G2. As a specific example, the specific gas G3 is a gas containing at least one of hydrogen, nitrogen, helium, neon, argon, and krypton.

反応容器10の外側には、上部ヒータ31および下部ヒータ32が配置されている。上部ヒータ31が配置されている領域H1と下部ヒータ32が配置されている領域H2の境界近傍には、隔壁42が配置されている。上部ヒータ31は、図1に示す領域R1〜R3の周囲を取り囲むように配置されている。領域R1は、ウェハ13を含む領域である。領域R1は、GaN結晶成長に十分な温度(1050±50℃)を維持する必要がある領域である。領域R2は、シャワーヘッド50のガス供給口と、ウェハホルダ11との間の領域である。領域R2は、原料ガス中のGaClが分解しないように、500℃以上に維持する必要がある領域である。領域R3は、シャワーヘッド50表面を覆う所定金属53を含む領域である。領域R3は、GaN多結晶の析出を抑制するために、800℃以上に維持する必要がある領域である。   An upper heater 31 and a lower heater 32 are disposed outside the reaction vessel 10. A partition wall 42 is disposed in the vicinity of the boundary between the region H1 where the upper heater 31 is disposed and the region H2 where the lower heater 32 is disposed. The upper heater 31 is disposed so as to surround the areas R1 to R3 shown in FIG. The region R1 is a region including the wafer 13. The region R1 is a region where it is necessary to maintain a temperature (1050 ± 50 ° C.) sufficient for GaN crystal growth. The region R <b> 2 is a region between the gas supply port of the shower head 50 and the wafer holder 11. The region R2 is a region that needs to be maintained at 500 ° C. or higher so that GaCl in the source gas is not decomposed. The region R3 is a region including a predetermined metal 53 that covers the surface of the shower head 50. The region R3 is a region that needs to be maintained at 800 ° C. or higher in order to suppress the precipitation of GaN polycrystals.

下部ヒータ32は、領域R4を取り囲むように配置されている。領域R4は、第1原料ガス生成部41を含む領域である。領域R4は、GaClの安定的な発生に必要な温度(750℃)以上に維持する必要がある領域である。   The lower heater 32 is disposed so as to surround the region R4. The region R4 is a region including the first source gas generation unit 41. The region R4 is a region that needs to be maintained at a temperature higher than that necessary for stable generation of GaCl (750 ° C.).

<気相成長方法>
HVPE法によって、ウェハ13上にGaN層の気相成長を行う方法について説明する。気層成長条件の一例を列挙する。第1原料ガスG1中のGaClと第2原料ガスG2中のNHの供給量は、モル比を1:20とした。反応容器10内の圧力は1000hPaとした。
<Vapor phase growth method>
A method of performing vapor phase growth of a GaN layer on the wafer 13 by the HVPE method will be described. An example of the gas phase growth conditions is listed. The supply amount of GaCl in the first source gas G1 and NH 3 in the second source gas G2 was set to a molar ratio of 1:20. The pressure in the reaction vessel 10 was 1000 hPa.

第1ステップにおいて、上部ヒータ31をオンする。領域R1(ウェハ13)、領域R2(ガス供給口とウェハホルダ11との間の領域)、領域R3(所定金属53)が1050±50℃に加熱される。これにより上部ヒータ31によって、領域R1〜R3の全てを、必要な温度以上に維持することができる。また下部ヒータ32をオンすることで、領域R4(第1原料ガス生成部41)を750℃に加熱する。   In the first step, the upper heater 31 is turned on. Region R1 (wafer 13), region R2 (region between the gas supply port and wafer holder 11), and region R3 (predetermined metal 53) are heated to 1050 ± 50 ° C. As a result, the upper heater 31 can maintain all of the regions R1 to R3 at a required temperature or higher. Further, by turning on the lower heater 32, the region R4 (first source gas generation unit 41) is heated to 750 ° C.

所定金属53の表面が800℃以上になったことに応じて、第2ステップへ進む。第2ステップへの移行タイミングは、所定金属53の表面温度を各種センサで計測することで決定してもよい。第2ステップにおいて、第1バルブ61および第2バルブ62を開くことで、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給を開始する。これにより、ウェハ13上にGaN層の気相成長を行うことができる。気相成長が完了すると、第3ステップへ移行し、第1バルブ61および第2バルブ62を閉じる。第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給が終了する。その後第4ステップへ進み、上部ヒータ31および下部ヒータ32をオフする。これにより、所定金属53の表面の加熱が終了する。   When the surface of the predetermined metal 53 becomes 800 ° C. or higher, the process proceeds to the second step. The transition timing to the second step may be determined by measuring the surface temperature of the predetermined metal 53 with various sensors. In the second step, the supply of the first source gas G1 and the second source gas G2 is started by opening the first valve 61 and the second valve 62. Thereby, vapor phase growth of the GaN layer can be performed on the wafer 13. When the vapor phase growth is completed, the process proceeds to the third step, and the first valve 61 and the second valve 62 are closed. The supply of the first source gas G1 and the second source gas G2 ends. Thereafter, the process proceeds to the fourth step, and the upper heater 31 and the lower heater 32 are turned off. Thereby, the heating of the surface of the predetermined metal 53 is completed.

<効果>
HVPE法において、GaNのc面へ長尺結晶(厚膜結晶ともいう)を成長させることは困難である。これは、異常成長の発生を抑制することが困難なためである。異常成長の発生の要因例としては、シャワーヘッド50の表面に配置されている第1ガス供給口51や第2ガス供給口52にGaN多結晶が析出することによって、ガス管詰まりやガス流変化が発生してしまうことが挙げられる。この対策として、触媒効果によってNHを分解可能な所定金属(例:タングステン)で、シャワーヘッド50の表面を覆うことが考えられる。しかし本発明者らは、GaN多結晶の析出を防止するためには、シャワーヘッド50の表面を所定金属で覆うだけでは足りず、所定金属の表面温度を800℃以上にする必要があることを見出した。これは、触媒効果によってNHが分解されて発生する活性水素が、GaN多結晶の析出を抑制すると考えられるためである。また、活性水素がGaN多結晶と反応するためには、800℃以上が必要であると考えられるためである。そこで実施例1の気相成長装置1は、所定金属53を含んだ領域R3の周囲を取り囲む、上部ヒータ31を備えている。これにより、所定金属の表面を800℃以上に加熱することができるため、シャワーヘッド50の表面へのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
<Effect>
In the HVPE method, it is difficult to grow a long crystal (also referred to as a thick film crystal) on the c-plane of GaN. This is because it is difficult to suppress the occurrence of abnormal growth. As an example of the cause of the abnormal growth, GaN polycrystals are deposited at the first gas supply port 51 and the second gas supply port 52 arranged on the surface of the shower head 50, thereby clogging the gas pipe and changing the gas flow. May occur. As a countermeasure, it is conceivable to cover the surface of the shower head 50 with a predetermined metal (for example, tungsten) capable of decomposing NH 3 by a catalytic effect. However, in order to prevent the precipitation of GaN polycrystals, the present inventors do not only need to cover the surface of the showerhead 50 with a predetermined metal, and the surface temperature of the predetermined metal needs to be 800 ° C. or higher. I found it. This is because active hydrogen generated when NH 3 is decomposed by the catalytic effect is considered to suppress the precipitation of GaN polycrystals. Further, it is considered that 800 ° C. or higher is necessary for the active hydrogen to react with the GaN polycrystal. Therefore, the vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment includes an upper heater 31 surrounding the area R3 including the predetermined metal 53. Thereby, since the surface of the predetermined metal can be heated to 800 ° C. or higher, it is possible to suppress the precipitation of GaN polycrystals on the surface of the shower head 50.

実施例1の気相成長法では、所定金属53の表面が800℃以上になったことに応じて、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給を開始する(第2ステップ)。また、第3ステップで第1バルブ61および第2バルブ62を閉じた後に、第4ステップで上部ヒータ31をオフする。以上のフローによって、「所定金属53の表面が800℃以上の期間中に第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を供給する」ように、第1バルブ61および第2バルブ62を制御することができる。よって、シャワーヘッド50の表面にGaN多結晶が析出してしまうことを抑制することができる。   In the vapor phase growth method of Example 1, the supply of the first source gas G1 and the second source gas G2 is started in response to the surface of the predetermined metal 53 becoming 800 ° C. or higher (second step). In addition, after the first valve 61 and the second valve 62 are closed in the third step, the upper heater 31 is turned off in the fourth step. By the above flow, the first valve 61 and the second valve 62 are controlled so that “the first source gas G1 and the second source gas G2 are supplied while the surface of the predetermined metal 53 is 800 ° C. or higher”. Can do. Therefore, precipitation of GaN polycrystals on the surface of the showerhead 50 can be suppressed.

図3に、実施例2に係る気相成長装置201を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置201は、HVPE法を実施するための装置構成の一例である。気相成長装置201は、反応容器210、サセプタ211、第1原料ガス供給管221、第2原料ガス供給管222、ガス排気管271、を備えている。サセプタ211は、反応容器210内に格納されている。サセプタ211のウェハ保持面には、ウェハ213が保持されている。   FIG. 3 is a schematic sectional view of the vapor phase growth apparatus 201 according to the second embodiment as viewed from the side. The vapor phase growth apparatus 201 is an example of an apparatus configuration for performing the HVPE method. The vapor phase growth apparatus 201 includes a reaction vessel 210, a susceptor 211, a first source gas supply pipe 221, a second source gas supply pipe 222, and a gas exhaust pipe 271. The susceptor 211 is stored in the reaction vessel 210. A wafer 213 is held on the wafer holding surface of the susceptor 211.

反応容器210には、第1原料ガスG1を供給する第1原料ガス供給管221、および、第2原料ガスG2を供給する第2原料ガス供給管222が接続されている。第2原料ガス供給管222の内径D1は、第1原料ガス供給管221の外径D2よりも大きい。第2原料ガス供給管222の内部には、第1原料ガス供給管221が配置されている。第1原料ガス供給管221の外壁と第2原料ガス供給管222の内壁との間には隙間が形成されており、その隙間を第2原料ガスG2が流れる。第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の端部領域E1は、ガス供給口として機能する。端部領域E1の近傍において、第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の内壁および外壁が、所定金属253で覆われている。   The reaction vessel 210 is connected to a first source gas supply pipe 221 that supplies a first source gas G1 and a second source gas supply pipe 222 that supplies a second source gas G2. The inner diameter D1 of the second source gas supply pipe 222 is larger than the outer diameter D2 of the first source gas supply pipe 221. A first source gas supply pipe 221 is disposed inside the second source gas supply pipe 222. A gap is formed between the outer wall of the first source gas supply pipe 221 and the inner wall of the second source gas supply pipe 222, and the second source gas G2 flows through the gap. The end region E1 of the first source gas supply pipe 221 and the second source gas supply pipe 222 functions as a gas supply port. In the vicinity of the end region E <b> 1, the inner wall and the outer wall of the first source gas supply pipe 221 and the second source gas supply pipe 222 are covered with a predetermined metal 253.

第1原料ガス供給管221の経路上には、第1原料ガス生成部241が配置されている。第1原料ガス生成部241の内部には、金属ガリウム243が格納されている。第1原料ガス供給管221の入口にはHClガスが供給され、ガス供給口からは第1原料ガスG1が排出される。第2原料ガス供給管222の入口には第2原料ガスG2が供給され、ガス供給口からは第2原料ガスG2が排出される。反応容器210には、ガス排気管271が接続されている。GaNの気相成長に使用された原料ガスは、ガス排気管271を介してベントラインへ排出される。   A first source gas generation unit 241 is disposed on the path of the first source gas supply pipe 221. Metal gallium 243 is stored inside the first source gas generation unit 241. HCl gas is supplied to the inlet of the first source gas supply pipe 221, and the first source gas G1 is discharged from the gas supply port. The second source gas G2 is supplied to the inlet of the second source gas supply pipe 222, and the second source gas G2 is discharged from the gas supply port. A gas exhaust pipe 271 is connected to the reaction vessel 210. The source gas used for the vapor phase growth of GaN is discharged to the vent line via the gas exhaust pipe 271.

反応容器210の外周には、サセプタ211を取り囲むようにヒータ231が配置されている。ヒータ231は、ホットウォール方式によりウェハ213を加熱する装置である。これにより、ウェハ213をGaN結晶成長に十分な温度(1050±50℃)に維持することができる。また反応容器210内壁への副生成物の析出を抑制することができる。反応容器210の外側には、端部領域E1を取り囲むようにヒータ232が配置されている。これにより、端部領域E1に配置されている所定金属253を800℃以上に維持することができる。第2原料ガス供給管222の外側には、第1原料ガス生成部241を取り囲むようにヒータ233が配置されている。これにより、GaClを発生させるために、第1原料ガス生成部241を750℃以上に維持することができる。   A heater 231 is disposed on the outer periphery of the reaction vessel 210 so as to surround the susceptor 211. The heater 231 is a device that heats the wafer 213 by a hot wall method. As a result, the wafer 213 can be maintained at a temperature sufficient for GaN crystal growth (1050 ± 50 ° C.). Further, precipitation of by-products on the inner wall of the reaction vessel 210 can be suppressed. A heater 232 is disposed outside the reaction vessel 210 so as to surround the end region E1. Thereby, the predetermined metal 253 arrange | positioned at the edge part area | region E1 can be maintained at 800 degreeC or more. A heater 233 is disposed outside the second source gas supply pipe 222 so as to surround the first source gas generator 241. Thereby, in order to generate GaCl, the 1st source gas generating part 241 can be maintained at 750 ° C or more.

<効果>
実施例2の気相成長装置201は、ガス供給口(端部領域E1)の近傍に配置されている所定金属253の周囲を取り囲む、ヒータ232を備えている。これにより、所定金属253の表面を800℃以上に加熱することができるため、ガス供給口でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
<Effect>
The vapor phase growth apparatus 201 according to the second embodiment includes a heater 232 that surrounds the periphery of a predetermined metal 253 disposed in the vicinity of the gas supply port (end region E1). Thereby, since the surface of the predetermined metal 253 can be heated to 800 ° C. or higher, it is possible to suppress the precipitation of GaN polycrystals at the gas supply port.

図4に、実施例3に係る気相成長装置301を側面から見た概略断面図を示す。実施例3に係る気相成長装置301は、実施例2に係る気相成長装置201に対して、第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の位置を、ウェハ右側面側から上方側へ移動させた構成を備えている。また、ガス排気管271の位置を、ウェハ左側面側から下方側へ移動させた構成を備えている。実施例2の気相成長装置201と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vapor phase growth apparatus 301 according to the third embodiment as viewed from the side. The vapor phase growth apparatus 301 according to the third embodiment positions the first source gas supply pipe 221 and the second source gas supply pipe 222 from the right side of the wafer with respect to the vapor phase growth apparatus 201 according to the second embodiment. It has a configuration that is moved upward. Further, the gas exhaust pipe 271 is moved from the left side of the wafer to the lower side. Since the same reference numerals are given to the same components as those of the vapor phase growth apparatus 201 of the second embodiment, detailed description thereof is omitted.

実施例3の気相成長装置301においても、ヒータ232によって所定金属253の表面を800℃以上に加熱することができる。よって、ガス供給口でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。   Also in the vapor phase growth apparatus 301 of Example 3, the surface of the predetermined metal 253 can be heated to 800 ° C. or more by the heater 232. Therefore, it is possible to suppress the precipitation of GaN polycrystals at the gas supply port.

図5に、実施例4に係る気相成長装置401を側面から見た概略断面図を示す。実施例4に係る気相成長装置401は、実施例2に係る気相成長装置201に対して、共通管423を備えた構成を有している。実施例2の気相成長装置201と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。   FIG. 5 is a schematic sectional view of the vapor phase growth apparatus 401 according to the fourth embodiment as viewed from the side. The vapor phase growth apparatus 401 according to the fourth embodiment has a configuration including a common pipe 423 with respect to the vapor phase growth apparatus 201 according to the second embodiment. Since the same reference numerals are given to the same components as those of the vapor phase growth apparatus 201 of the second embodiment, detailed description thereof is omitted.

第1原料ガス供給管421および第2原料ガス供給管422が、接続部J1において共通管423に接続されている。換言すると、第1原料ガス供給管421および第2原料ガス供給管422とは、一体の共通管423を形成している。共通管423の端部領域E2は、ガス供給口として機能する。   The first source gas supply pipe 421 and the second source gas supply pipe 422 are connected to the common pipe 423 at the connection portion J1. In other words, the first source gas supply pipe 421 and the second source gas supply pipe 422 form an integrated common pipe 423. The end region E2 of the common pipe 423 functions as a gas supply port.

共通管423において、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の入口の位置を、位置P1とする。またガス供給口の位置を、位置P2とする。位置P1から位置P2までの全長に渡る領域を、領域R11とする。共通管423は、領域R11を含む領域の全体に渡って、内壁が所定金属453で覆われている。また端部領域E2の近傍において、共通管423の内壁および外壁が、所定金属453で覆われている。   In the common pipe 423, the positions of the inlets of the first source gas G1 and the second source gas G2 are defined as a position P1. The position of the gas supply port is defined as position P2. A region extending over the entire length from the position P1 to the position P2 is defined as a region R11. The common tube 423 has an inner wall covered with a predetermined metal 453 over the entire region including the region R11. Further, the inner wall and the outer wall of the common pipe 423 are covered with a predetermined metal 453 in the vicinity of the end region E2.

第1原料ガス供給管421の入口には第1原料ガスG1が供給され、第2原料ガス供給管422の入口には第2原料ガスG2が供給される。第1原料ガスG1および第2原料ガスG2は共通管423内部で混合され、混合ガスが共通管423のガス供給口から排出される。   The first source gas G1 is supplied to the inlet of the first source gas supply pipe 421, and the second source gas G2 is supplied to the inlet of the second source gas supply pipe 422. The first source gas G1 and the second source gas G2 are mixed inside the common pipe 423, and the mixed gas is discharged from the gas supply port of the common pipe 423.

領域R11の全長に渡って、共通管423を取り囲むように、ヒータ432および433が配置されている。これにより、領域R11を含む領域の全体に渡って、所定金属453を800℃以上に維持することができる。   Heaters 432 and 433 are arranged so as to surround the common pipe 423 over the entire length of the region R11. Thereby, the predetermined metal 453 can be maintained at 800 ° C. or higher over the entire region including the region R11.

<効果>
実施例4の気相成長装置401では、共通管423の位置P1から位置P2までの領域R11を用いて、第1原料ガスG1と第2原料ガスG2とを混合することができる。両ガスを混合するための十分な距離および時間を取ることができるため、共通管423のガス供給口からは、両ガスが十分に混合された状態で排出することができる。良好なGaN結晶を高速で成長させることが可能となり、低コスト化に有利である。また、両ガスを混合するための十分な距離および時間を取ると、共通管423の内壁にGaN多結晶が析出してしまうおそれがある。そこで実施例4の気相成長装置401では、ヒータ432および433によって、共通管423の全長に渡って、共通管423の内壁の所定金属453の表面を800℃以上に加熱することができる。共通管423内壁でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
<Effect>
In the vapor phase growth apparatus 401 of Example 4, the first source gas G1 and the second source gas G2 can be mixed using the region R11 from the position P1 to the position P2 of the common pipe 423. Since a sufficient distance and time for mixing both gases can be taken, the gas can be discharged from the gas supply port of the common pipe 423 in a sufficiently mixed state. It is possible to grow a good GaN crystal at high speed, which is advantageous for cost reduction. Further, if sufficient distance and time for mixing both gases are taken, there is a risk that GaN polycrystal will precipitate on the inner wall of the common tube 423. Therefore, in the vapor phase growth apparatus 401 according to the fourth embodiment, the surface of the predetermined metal 453 on the inner wall of the common pipe 423 can be heated to 800 ° C. or more by the heaters 432 and 433 over the entire length of the common pipe 423. Precipitation of GaN polycrystals on the inner wall of the common tube 423 can be suppressed.

<変形例>
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
<Modification>
As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

NHを触媒効果によって分解可能な金属の一例として、タングステンを説明したが、この材料に限られない。タングステンの酸化物(WOx)、タングステンの炭化物(WCx)、タングステンの窒化物(WNx)、なども使用可能である。またタングステンを含む金属(タングステン合金)、および、それらの酸化物、炭化物、窒化物も使用可能である。またルテニウム、イリジウム、白金、モリブデン、パラジウム、ロジウム、鉄、ニッケル、レニウム、などの他金属も使用可能である。また、これらの金属の酸化物、炭化物、窒化物や、これらの金属を含んだ合金なども使用可能である。 Although tungsten has been described as an example of a metal capable of decomposing NH 3 by a catalytic effect, the material is not limited to this material. Tungsten oxide (WOx), tungsten carbide (WCx), tungsten nitride (WNx), and the like can also be used. Metals containing tungsten (tungsten alloys) and oxides, carbides, and nitrides thereof can also be used. Other metals such as ruthenium, iridium, platinum, molybdenum, palladium, rhodium, iron, nickel, rhenium, etc. can also be used. In addition, oxides, carbides, nitrides of these metals, alloys containing these metals, and the like can also be used.

シャワーヘッドの構造は、実施例1に示す構造に限られない。例えば、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2が混合された混合ガスが、シャワーヘッドから排出される態様であってもよい。図6に、混合ガスを生成する混合室54を備えたシャワーヘッド50を側面からみた概略断面図を示す。混合室54の下部には、シャワーヘッド50の第1ガス供給口51および第2ガス供給口52が接続されている。混合室54の上部には、複数のガス供給口55が配置されている。混合室54の内壁および外壁は、所定金属56で覆われている。第1原料ガスG1および第2原料ガスG2は混合室54内部で混合され、混合ガスGmがガス供給口55から排出される。効果を説明する。混合室54のガス供給口55から混合ガスGmを排出することができるため、ウェハに供給される原料ガス中のV/III比を均一にすることができる。均一なGaN結晶を成長させることが可能となる。また、V/III比を高めることが可能になるため、GaN結晶の成長レートを上昇させることが可能となる。また、混合室54を備えない場合には、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を十分に混合させるために、ガス供給口とウェハ表面との距離をある程度確保する必要があった。しかし、混合室54を備える図6の構造では、ガス供給口とウェハ表面とをより近接させることができるため、GaN結晶の成長レートを高めることや、原料効率を高めてガスの消費量を抑制することが可能となる。また、混合室54を取り囲むように、ヒータ31(図1参照)が配置されている。これにより、混合室54の全体に渡って、所定金属56を800℃以上に維持することができる。混合室54の内壁および外壁でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。   The structure of the shower head is not limited to the structure shown in the first embodiment. For example, a mode in which a mixed gas in which the first source gas G1 and the second source gas G2 are mixed may be discharged from the shower head. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a shower head 50 including a mixing chamber 54 that generates a mixed gas as viewed from the side. A first gas supply port 51 and a second gas supply port 52 of the shower head 50 are connected to the lower part of the mixing chamber 54. A plurality of gas supply ports 55 are arranged in the upper part of the mixing chamber 54. The inner wall and the outer wall of the mixing chamber 54 are covered with a predetermined metal 56. The first source gas G1 and the second source gas G2 are mixed inside the mixing chamber 54, and the mixed gas Gm is discharged from the gas supply port 55. Explain the effect. Since the mixed gas Gm can be discharged from the gas supply port 55 of the mixing chamber 54, the V / III ratio in the raw material gas supplied to the wafer can be made uniform. A uniform GaN crystal can be grown. In addition, since the V / III ratio can be increased, the growth rate of the GaN crystal can be increased. Further, when the mixing chamber 54 is not provided, it is necessary to secure a certain distance between the gas supply port and the wafer surface in order to sufficiently mix the first source gas G1 and the second source gas G2. However, in the structure of FIG. 6 including the mixing chamber 54, the gas supply port and the wafer surface can be brought closer to each other, so that the growth rate of the GaN crystal is increased and the raw material efficiency is increased to suppress the gas consumption. It becomes possible to do. Moreover, the heater 31 (refer FIG. 1) is arrange | positioned so that the mixing chamber 54 may be surrounded. Thereby, the predetermined metal 56 can be maintained at 800 ° C. or higher over the entire mixing chamber 54. Precipitation of GaN polycrystals on the inner wall and outer wall of the mixing chamber 54 can be suppressed.

実施例1においては、シャワーヘッド50の表面が所定金属53で覆われているとしたが、この形態に限られず、シャワーヘッド50の側面等を所定金属53で覆ってもよい。実施例2−4においては、ガス供給管の端部近傍の内壁および外壁を、所定金属で覆う態様を説明したが、この態様に限られない。ガス供給管自体を、所定金属を含んだ材料で形成してもよい。   In the first embodiment, the surface of the shower head 50 is covered with the predetermined metal 53. However, the present invention is not limited to this configuration, and the side surface of the shower head 50 may be covered with the predetermined metal 53. In Example 2-4, although the aspect which covers the inner wall and outer wall near the edge part of a gas supply pipe with a predetermined metal was demonstrated, it is not restricted to this aspect. The gas supply pipe itself may be formed of a material containing a predetermined metal.

本実施例では、第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の両方のガス供給口を所定金属で覆う形態を説明したが、この形態に限られない。少なくとも一方のガス供給管のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われていればよい。例えば、実施例2(図3)や実施例3(図4)のように、第2原料ガス供給管222の内部に、第1原料ガス供給管221が配置されている構造では、第1原料ガス供給管221の供給口の近傍領域にGaN多結晶が析出しやすい。従って、第1原料ガス供給管221の供給口の内壁および外壁のみを、所定金属253で覆ってもよい。また反対に、第2原料ガス供給管222の供給口の内壁および外壁のみを、所定金属253で覆ってもよい。   In the present embodiment, the mode in which the gas supply ports of both the first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe are covered with the predetermined metal has been described, but the present invention is not limited to this mode. The surface of the area | region near the gas supply port of at least one gas supply pipe should just be covered with the predetermined metal. For example, in the structure in which the first source gas supply pipe 221 is arranged inside the second source gas supply pipe 222 as in the second embodiment (FIG. 3) and the third embodiment (FIG. 4), the first source material is provided. GaN polycrystal is likely to be deposited in the vicinity of the supply port of the gas supply pipe 221. Therefore, only the inner wall and the outer wall of the supply port of the first source gas supply pipe 221 may be covered with the predetermined metal 253. Conversely, only the inner wall and the outer wall of the supply port of the second source gas supply pipe 222 may be covered with the predetermined metal 253.

実施例1では、領域R1〜R3の周囲を上部ヒータ31で取り囲む態様を説明したが、上部ヒータ31を2つ以上に分割してもよい。これにより、領域R1〜R3の温度を、個別に制御することができる。   In the first embodiment, the aspect in which the area around the regions R1 to R3 is surrounded by the upper heater 31 has been described. However, the upper heater 31 may be divided into two or more. Thereby, the temperature of area | region R1-R3 can be controlled separately.

GaN結晶成長に十分な温度を1050±50℃と説明した。また、GaClの発生に必要な温度を、750℃以上と説明した。しかし、これらの温度は例示である。例えば、GaN結晶成長に十分な温度は、1050℃±100℃の範囲であってもよい。   The temperature sufficient for GaN crystal growth was described as 1050 ± 50 ° C. Further, it has been described that the temperature necessary for the generation of GaCl is 750 ° C. or higher. However, these temperatures are exemplary. For example, the temperature sufficient for GaN crystal growth may be in the range of 1050 ° C. ± 100 ° C.

第1原料ガスG1がGaClを含むガスである場合を説明したが、この形態に限られない。第1原料ガスG1は、Gaを含んだガスであれば、何れの化学組成を有するガスであってもよい。例えば、第1原料ガスG1が3塩化Ga(GaCl)を含むガスであってもよい。この場合、1300℃程度の成長温度を用いてもよい。N面(−c面)へGaN結晶成長させてもよい。これにより、GaN結晶表面を成長と共に拡大させることが可能となる。 Although the case where the first source gas G1 is a gas containing GaCl has been described, it is not limited to this form. The first source gas G1 may be any gas having any chemical composition as long as it contains Ga. For example, the first source gas G1 may be a gas containing trichloride Ga (GaCl 3 ). In this case, a growth temperature of about 1300 ° C. may be used. A GaN crystal may be grown on the N plane (-c plane). This makes it possible to enlarge the GaN crystal surface with growth.

本明細書で説明している、第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の数や配置は一例であり、この形態に限られない。   The number and arrangement of the first source gas supply pipes and the second source gas supply pipes described in this specification are merely examples, and are not limited to this form.

本明細書に記載の技術は、HVPE法に限らず、様々な成長法に対して適用することが可能である。例えば、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法に適用することができる。この場合、第1原料ガスG1としてトリメチルガリウム(Ga(CH))等を使用すればよい。 The technique described in this specification can be applied not only to the HVPE method but also to various growth methods. For example, it can be applied to a MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method. In this case, trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 )) or the like may be used as the first source gas G1.

本明細書に記載の技術は、GaNに限らず、様々な化合物半導体の結晶成長に適用することが可能である。例えば、GaAs結晶の成長に適用することができる。この場合、第2原料ガスG2としてアルシン(AsH)を使用すればよい。 The technique described in this specification is applicable not only to GaN but also to crystal growth of various compound semiconductors. For example, it can be applied to the growth of GaAs crystals. In this case, arsine (AsH 5 ) may be used as the second source gas G2.

第1原料ガスG1、第2原料ガスG2は、HやNなどのキャリアガスと共に流してもよい。 The first raw material gas G1, the second source gas G2, may be flowed together with a carrier gas such as H 2 or N 2.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

上部ヒータ31、ヒータ232、ヒータ432は、第1加熱部の一例である。上部ヒータ31は、第3加熱部の一例である。第1バルブ61は、第1供給部の一例である。第2バルブ62は、第2供給部の一例である。   The upper heater 31, the heater 232, and the heater 432 are an example of a first heating unit. The upper heater 31 is an example of a third heating unit. The first valve 61 is an example of a first supply unit. The second valve 62 is an example of a second supply unit.

1:気相成長装置 10:反応容器 11:ウェハホルダ 21、221、421:第1原料ガス供給管 22、222、422:第2原料ガス供給管 23:ガス排気管 31:上部ヒータ 32:下部ヒータ 41:第1原料ガス生成部 50:シャワーヘッド 53、253、453:所定金属 231、232、233、432、433:ヒータ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Vapor growth apparatus 10: Reaction container 11: Wafer holder 21,221,421: 1st source gas supply pipe 22,222,422: 2nd source gas supply pipe 23: Gas exhaust pipe 31: Upper heater 32: Lower heater 41: First source gas generation unit 50: Shower head 53, 253, 453: Predetermined metal 231, 232, 233, 432, 433: Heater

Claims (10)

反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダと、
第1原料ガスを前記反応容器内に供給する第1原料ガス供給管と、
前記第1原料ガスと反応する第2原料ガスを前記反応容器内に供給する第2原料ガス供給管と、
第1加熱部と、
を備え、
前記第1原料ガス供給管および前記第2原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われており、
前記所定金属は、前記第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属であり、
前記第1加熱部は前記所定金属の表面を800℃以上に加熱する、化合物半導体の気相成長装置。
A reaction vessel;
A wafer holder disposed in the reaction vessel;
A first source gas supply pipe for supplying a first source gas into the reaction vessel;
A second source gas supply pipe for supplying a second source gas that reacts with the first source gas into the reaction vessel;
A first heating unit;
With
A surface of a region in the vicinity of at least one gas supply port of the first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe is covered with a predetermined metal;
The predetermined metal is a metal capable of decomposing the second source gas by a catalytic effect,
The first heating unit heats the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher, and is a compound semiconductor vapor phase growth apparatus.
前記第1原料ガス供給管の複数のガス供給口、および、第2原料ガス供給管の複数のガス供給口が配置されているシャワーヘッドをさらに備え、
前記シャワーヘッドの少なくとも前記ガス供給口側の表面が前記所定金属で覆われている、請求項1に記載の気相成長装置。
A shower head in which a plurality of gas supply ports of the first source gas supply pipe and a plurality of gas supply ports of the second source gas supply pipe are arranged;
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein at least a surface of the shower head on the gas supply port side is covered with the predetermined metal.
前記第1原料ガス供給管および前記第2原料ガス供給管の端部に前記ガス供給口が配置されており、
前記第1原料ガス供給管の前記ガス供給口側の端部近傍の領域において前記第1原料ガス供給管の内壁および外壁が前記所定金属で覆われており、
前記第2原料ガス供給管の前記ガス供給口側の端部近傍の領域において前記第2原料ガス供給管の内壁および外壁が前記所定金属で覆われている、請求項1に記載の気相成長装置。
The gas supply port is disposed at an end of the first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe;
An inner wall and an outer wall of the first source gas supply pipe are covered with the predetermined metal in a region near the end of the first source gas supply pipe on the gas supply port side;
2. The vapor phase growth according to claim 1, wherein an inner wall and an outer wall of the second source gas supply pipe are covered with the predetermined metal in a region near an end of the second source gas supply pipe on the gas supply port side. apparatus.
前記第2原料ガス供給管の内径は、前記第1原料ガス供給管の外径よりも大きく、
前記第2原料ガス供給管の内部に前記第1原料ガス供給管が配置されている、請求項3に記載の気相成長装置。
The inner diameter of the second source gas supply pipe is larger than the outer diameter of the first source gas supply pipe,
The vapor phase growth apparatus according to claim 3, wherein the first source gas supply pipe is disposed inside the second source gas supply pipe.
前記第1原料ガス供給管と前記第2原料ガス供給管とは一体の共通管を形成しており、
前記共通管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口には前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスが供給されており、
前記共通管は、前記入口から前記ガス供給口までの全長に渡って内壁が前記所定金属で覆われており、
前記共通管を前記入口から前記ガス供給口までの全長に渡って800℃以上に加熱する第2加熱部をさらに備える、請求項1に記載の気相成長装置。
The first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe form an integral common pipe,
The first source gas and the second source gas are supplied to an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the common pipe,
The common pipe has an inner wall covered with the predetermined metal over the entire length from the inlet to the gas supply port,
2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising a second heating unit configured to heat the common pipe to 800 ° C. or more over the entire length from the inlet to the gas supply port.
前記第1原料ガス供給管および前記第2原料ガス供給管のガス供給口と、前記ウェハホルダとの間の領域の温度を500℃以上に加熱する第3加熱部を備える、請求項1〜5の何れか1項に記載の気相成長装置。   6. The apparatus according to claim 1, further comprising a third heating unit that heats a temperature of a region between the gas supply port of the first source gas supply pipe and the second source gas supply pipe and the wafer holder to 500 ° C. or more. The vapor phase growth apparatus of any one. 前記第1原料ガス供給管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口に前記第1原料ガスを供給する第1供給部と、
前記第2原料ガス供給管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口に前記第2原料ガスを供給する第2供給部と、
を備え、
前記第1供給部および前記第2供給部は、前記所定金属の表面が800℃以上の期間中に前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスを供給する、請求項1〜5の何れか1項に記載の気相成長装置。
A first supply unit for supplying the first source gas to an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the first source gas supply pipe;
A second supply unit for supplying the second source gas to an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the second source gas supply pipe;
With
The said 1st supply part and the said 2nd supply part supply any 1 item | term of the said 1st source gas and the said 2nd source gas during the period when the surface of the said predetermined metal is 800 degreeC or more. The vapor phase growth apparatus according to item.
前記第1供給部および前記第2供給部は、前記第1加熱部によって前記所定金属の表面が800℃以上に加熱された後に前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスの供給を開始し、
前記第1加熱部は、前記第1供給部および前記第2供給部によって前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスの供給が停止された後に、前記所定金属の表面の加熱を終了する、請求項7に記載の気相成長装置。
The first supply unit and the second supply unit start supplying the first source gas and the second source gas after the surface of the predetermined metal is heated to 800 ° C. or more by the first heating unit,
The first heating unit finishes heating the surface of the predetermined metal after the supply of the first source gas and the second source gas is stopped by the first supply unit and the second supply unit. Item 8. The vapor phase growth apparatus according to Item 7.
前記所定金属は、タングステンまたはタングステンを含む金属、タングステンまたはタングステンを含む金属の酸化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の炭化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の窒化物を含む、請求項1〜8の何れか1項に記載の気相成長装置。   The said predetermined metal includes any one of tungsten or a metal containing tungsten, an oxide of tungsten or a metal containing tungsten, a carbide of tungsten or a metal containing tungsten, or a nitride of tungsten or a metal containing tungsten. The vapor phase growth apparatus according to claim 1. 前記第1原料ガスはGaClを含むガスであり、
前記第2原料ガスはNHを含むガスである、請求項1〜9の何れか1項に記載の気相成長装置。
The first source gas is a gas containing GaCl;
The vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the second source gas is a gas containing NH 3 .
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