JP2849642B2 - 化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents
化合物半導体の気相成長装置Info
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Description
【産業上の利用分野】 本発明は化合物半導体の気相成長装置に関する。
従来、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と
記す）を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体（AlxGa
1-xN;X＝０を含む）薄膜をサファイア基板上に気相成長
させることや、その窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を
発光層とする発光素子が研究されている。 窒化ガリウム系化合物半導体の単結晶ウエハーが容易
に得られないことから、窒化ガリウム系化合物半導体を
それと格子定数の近いサファイア基板上にエピタキシャ
ル成長させることが行われている。 そして、GaAsでは、円錐形状のバレル型のMOVPE法に
よる気相成長装置を用いて、一度に多数枚のウエハの気
相成長を行っている。
記す）を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体（AlxGa
1-xN;X＝０を含む）薄膜をサファイア基板上に気相成長
させることや、その窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を
発光層とする発光素子が研究されている。 窒化ガリウム系化合物半導体の単結晶ウエハーが容易
に得られないことから、窒化ガリウム系化合物半導体を
それと格子定数の近いサファイア基板上にエピタキシャ
ル成長させることが行われている。 そして、GaAsでは、円錐形状のバレル型のMOVPE法に
よる気相成長装置を用いて、一度に多数枚のウエハの気
相成長を行っている。
【発明が解決しようとする課題】 ところが、窒化ガリウム系化合物半導体を異物質で格
子定数の異なるサファイア基板に結晶成長させる場合に
は、結晶成長が困難であるため、反応ガスの微妙な乱れ
が直ちに格子欠陥につながる。又、窒化ガリウム系化合
物半導体の気相成長の場合には、成長温度が高いためＶ
族元素の蒸気圧が高くなり、化学量論数のバランスがく
ずれやすく、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難で
ある。従って、反応ガスの層流をくずさずに、流速を向
上させることが必要となる。 ところが、従来のバレル型の気相成長装置では、均一
なガス流が得難く、化学量論数のバランスがくずれ易い
GaN等では、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難で
あり、結晶にピットが発生し易く、表面モホロジーも悪
いという問題があった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、バレル型の気相成長
装置において、化合物半導体、特に、サファイア基板上
に窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長させる場合に
おいて、成長速度及び結晶の質に場所依存性の少ない結
晶成長を多量に行うための装置を提供することである。
子定数の異なるサファイア基板に結晶成長させる場合に
は、結晶成長が困難であるため、反応ガスの微妙な乱れ
が直ちに格子欠陥につながる。又、窒化ガリウム系化合
物半導体の気相成長の場合には、成長温度が高いためＶ
族元素の蒸気圧が高くなり、化学量論数のバランスがく
ずれやすく、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難で
ある。従って、反応ガスの層流をくずさずに、流速を向
上させることが必要となる。 ところが、従来のバレル型の気相成長装置では、均一
なガス流が得難く、化学量論数のバランスがくずれ易い
GaN等では、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難で
あり、結晶にピットが発生し易く、表面モホロジーも悪
いという問題があった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、バレル型の気相成長
装置において、化合物半導体、特に、サファイア基板上
に窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長させる場合に
おいて、成長速度及び結晶の質に場所依存性の少ない結
晶成長を多量に行うための装置を提供することである。
上記課題を解決するための発明の構成は、有機金属化
合物ガスを用いた化合物半導体薄膜を気相成長させる装
置において、 反応ガス流の上流側に向かって先鋭な円錐形状をし、
化合物半導体薄膜を成長させる基板を多数その側面に配
設するバレル型のサセプタと、 前記サセプタの基板の配設される側面部の上部を微小
間隙を空けて覆うと共に前記サセプタを前記反応ガスの
上流側から覆うライナー管と、 前記ライナー管の内部に反応ガスを分離して導く複数
の導入管と、 を有することをである。
合物ガスを用いた化合物半導体薄膜を気相成長させる装
置において、 反応ガス流の上流側に向かって先鋭な円錐形状をし、
化合物半導体薄膜を成長させる基板を多数その側面に配
設するバレル型のサセプタと、 前記サセプタの基板の配設される側面部の上部を微小
間隙を空けて覆うと共に前記サセプタを前記反応ガスの
上流側から覆うライナー管と、 前記ライナー管の内部に反応ガスを分離して導く複数
の導入管と、 を有することをである。
結晶成長の基板は円錐形状をしたバレル型のサセプタ
に載置される。そのサセプタは円錐形状のライナー管に
より、基板の載置される側面部で微小間隙を空けて覆わ
れている。従って、ライナー管に導入管で導かれた反応
ガスは、ライナー管の上流部で混合されると共に、基板
の上部では、ガス流が絞られ円周方向及び径方向に均一
な高速の層流が得られる。
に載置される。そのサセプタは円錐形状のライナー管に
より、基板の載置される側面部で微小間隙を空けて覆わ
れている。従って、ライナー管に導入管で導かれた反応
ガスは、ライナー管の上流部で混合されると共に、基板
の上部では、ガス流が絞られ円周方向及び径方向に均一
な高速の層流が得られる。
この結果、円錐形状のサセプタの側面部の位置によら
ず均一な結晶の成長が可能となり、一度に多数枚の結晶
成長したウエハを得ることができる。
ず均一な結晶の成長が可能となり、一度に多数枚の結晶
成長したウエハを得ることができる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図において、石英管10はその上端でＯリング15で
シールされてフランジ14に当接し、緩衝材38と固定具39
を用い、ボルト46,47とナット48,49等により数箇所にて
フランジ14に固定されている。又、石英管10の下端はＯ
リング40でシールされてフランジ27に螺子締固定具41,4
2により固定されている。 石英管10で囲われた内室11には、反応ガスを導くライ
ナー管12が配設されている。 ライナー管12はガスの下流方向に広がった円錐形状を
している。従って、そのライナー管12の軸に垂直な断面
は、第２図〜第５図に示すように、ガス流の方向である
Ｘ軸方向に沿って半径の大きくなる円形をしている。 又、ライナー管12は、その下流側において、円錐形状
をしたバレル型のサセプタ20を上流側から覆っている。
そして、多数のサファイア基板50が載置されるサセプタ
20の側面部では、ライナー管12はサセプタ20を微小間隙
を隔てて覆っている。即ち、サファイア基板50とそれに
面するライナー管12の上部管壁24との間隙は、サファイ
ア基板50の上流部で12mm,下流部で4mmに構成されてい
る。このように、本実施例では、微小間隙を下流側に沿
って絞っている。このようにすることで、サファイア基
板50上で反応ガスの高速な均一な層流を得ることができ
る。 サセプタ20には操作棒26が接続されており、フランジ
27を取り外してその操作棒26により、サファイア基板50
を載置したサセプタ20をライナー管12の内部に設置した
り、結晶成長の終わった時に、ライナー管12からサセプ
タ20を取り出せるようになっている。 又、ライナー管12の上流側には、第１ガス管28と第２
ガス管29とが配設されている。第１ガス管28は第２ガス
管29の内部にあり、それらの両管28,29は同軸状に２重
管構造をしている。第１ガス管28の第２ガス管29で覆わ
れていない部分の周辺部には多数の穴30が開けられてお
り、第２ガス管29にも多数の穴30が開けられている。そ
して、第１ガス管28により導入された反応ガスはライナ
ー管12内へ吹出し、その場所で、第２ガス管29により導
入されたガスと初めて混合される。 その第１ガス管28は第１マニホールド31に接続され、
第２ガス管29は第２マニホールド32に接続されている。
そして、第１マニホールド31にはキャリアガスの供給系
統Ｉとトリメチルガリウム（以下「TMG」と記す）の供
給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下「TMA」と記
す）の供給系統Ｋとジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記
す）の供給系統Ｌとが接続され、第２マニホールド32に
はNH3の供給系統Ｈとキャリアガスの供給系統Ｉとが接
続されている。 又、石英管10の外周部には冷却水を循環させる冷却管
33が形成され、その外周部には高周波電界を印加するた
めの高周波コイル34が配設されている。 又、ライナー管12はフランジ14を介して外部管35と接
続されており、その外部管35からはキャリアガスが導入
されるようになっている。 又、サセプタ20の側面部の試料載置面20aには、試料
の温度を測定する熱電対43が配設されており、その熱電
対43に接続された導線44,45が操作棒26に沿って、外部
に延びており、それにより、試料の温度を外部から測定
できるように構成されている。 このような装置構成により、第１ガス管28で導かれた
TMGとTMAとDEZとH2との混合ガスと、第２ガス管29で導
かれたNH3とH2との混合ガスがそれらの管の出口付近で
混合され、その混合反応ガスはライナー管12によりサセ
プタ20の側へ導かれ、サファイア基板50とライナー管12
の上部管壁24との間で形成された間隙を通過する。この
時、サファイア基板50上の反応ガスの流れは、微小間隙
により、円錐の円周方向及び高さ方向に均一化された層
流となる。この結果、基板上での場所依存性の少ない良
質な結晶が成長する。 尚、Ｎ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合には、DEZを
停止させて第１ガス管28と第２ガス管29から混合ガスを
流出させれば良く、Ｉ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場
合には、DEZを供給して第１ガス管28と第２ガス管29と
からそれぞれの混合ガスを流出させれば良い。Ｉ型のAl
xGa1-xN薄膜を形成する場合には、DEZはサファイア基板
50に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長する
AlxGa1-xNにドーピングされて、Ｉ型のAlxGa1-xNが得ら
れる。 次に本装置を用いて、サファイア基板50上に次のよう
にして結晶成長をおこなった。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した（0001）面
を主面とする単結晶のサファイア基板50をサセプタ20に
装着する。次に、H2を３／分で、第１ガス管28及び第
２ガス管29及び外部管35を介してライナー管12に流しな
がら、温度1100℃でサファイア基板50を気相エッチング
した。次に温度を400℃まで低下させて、第１ガス管28
からH2を10／分、15℃のTMA中をバブリングしたH2を5
0cc/分、第２ガス管29からH2を10／分、NH3を10／
分で２分間供給した。 この成長工程で、第６図に示すように、AlNのバッフ
ァ層51が約250Åの厚さに形成された。次に、TMAの供給
を停止して、試料温度を1150℃に保持し、第１ガス管28
からH2を10／分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2
を100cc/分、第２ガス管からH2を10／分、NH3を10
／分で60分間供給し、膜厚約７μｍのＮ型のGaNから成
るＮ層52を成長させた。 このＮ層52のSEM像及びRHEED像を測定した結果、良好
な結晶が得られていることが分かった。 又、サファイア基板50の幅方向（ガス流に垂直な方
向）及び長さ方向（ガス流に平行な方向）の膜厚を測定
したが、均一な膜厚が得られた。
シールされてフランジ14に当接し、緩衝材38と固定具39
を用い、ボルト46,47とナット48,49等により数箇所にて
フランジ14に固定されている。又、石英管10の下端はＯ
リング40でシールされてフランジ27に螺子締固定具41,4
2により固定されている。 石英管10で囲われた内室11には、反応ガスを導くライ
ナー管12が配設されている。 ライナー管12はガスの下流方向に広がった円錐形状を
している。従って、そのライナー管12の軸に垂直な断面
は、第２図〜第５図に示すように、ガス流の方向である
Ｘ軸方向に沿って半径の大きくなる円形をしている。 又、ライナー管12は、その下流側において、円錐形状
をしたバレル型のサセプタ20を上流側から覆っている。
そして、多数のサファイア基板50が載置されるサセプタ
20の側面部では、ライナー管12はサセプタ20を微小間隙
を隔てて覆っている。即ち、サファイア基板50とそれに
面するライナー管12の上部管壁24との間隙は、サファイ
ア基板50の上流部で12mm,下流部で4mmに構成されてい
る。このように、本実施例では、微小間隙を下流側に沿
って絞っている。このようにすることで、サファイア基
板50上で反応ガスの高速な均一な層流を得ることができ
る。 サセプタ20には操作棒26が接続されており、フランジ
27を取り外してその操作棒26により、サファイア基板50
を載置したサセプタ20をライナー管12の内部に設置した
り、結晶成長の終わった時に、ライナー管12からサセプ
タ20を取り出せるようになっている。 又、ライナー管12の上流側には、第１ガス管28と第２
ガス管29とが配設されている。第１ガス管28は第２ガス
管29の内部にあり、それらの両管28,29は同軸状に２重
管構造をしている。第１ガス管28の第２ガス管29で覆わ
れていない部分の周辺部には多数の穴30が開けられてお
り、第２ガス管29にも多数の穴30が開けられている。そ
して、第１ガス管28により導入された反応ガスはライナ
ー管12内へ吹出し、その場所で、第２ガス管29により導
入されたガスと初めて混合される。 その第１ガス管28は第１マニホールド31に接続され、
第２ガス管29は第２マニホールド32に接続されている。
そして、第１マニホールド31にはキャリアガスの供給系
統Ｉとトリメチルガリウム（以下「TMG」と記す）の供
給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下「TMA」と記
す）の供給系統Ｋとジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記
す）の供給系統Ｌとが接続され、第２マニホールド32に
はNH3の供給系統Ｈとキャリアガスの供給系統Ｉとが接
続されている。 又、石英管10の外周部には冷却水を循環させる冷却管
33が形成され、その外周部には高周波電界を印加するた
めの高周波コイル34が配設されている。 又、ライナー管12はフランジ14を介して外部管35と接
続されており、その外部管35からはキャリアガスが導入
されるようになっている。 又、サセプタ20の側面部の試料載置面20aには、試料
の温度を測定する熱電対43が配設されており、その熱電
対43に接続された導線44,45が操作棒26に沿って、外部
に延びており、それにより、試料の温度を外部から測定
できるように構成されている。 このような装置構成により、第１ガス管28で導かれた
TMGとTMAとDEZとH2との混合ガスと、第２ガス管29で導
かれたNH3とH2との混合ガスがそれらの管の出口付近で
混合され、その混合反応ガスはライナー管12によりサセ
プタ20の側へ導かれ、サファイア基板50とライナー管12
の上部管壁24との間で形成された間隙を通過する。この
時、サファイア基板50上の反応ガスの流れは、微小間隙
により、円錐の円周方向及び高さ方向に均一化された層
流となる。この結果、基板上での場所依存性の少ない良
質な結晶が成長する。 尚、Ｎ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合には、DEZを
停止させて第１ガス管28と第２ガス管29から混合ガスを
流出させれば良く、Ｉ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場
合には、DEZを供給して第１ガス管28と第２ガス管29と
からそれぞれの混合ガスを流出させれば良い。Ｉ型のAl
xGa1-xN薄膜を形成する場合には、DEZはサファイア基板
50に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長する
AlxGa1-xNにドーピングされて、Ｉ型のAlxGa1-xNが得ら
れる。 次に本装置を用いて、サファイア基板50上に次のよう
にして結晶成長をおこなった。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した（0001）面
を主面とする単結晶のサファイア基板50をサセプタ20に
装着する。次に、H2を３／分で、第１ガス管28及び第
２ガス管29及び外部管35を介してライナー管12に流しな
がら、温度1100℃でサファイア基板50を気相エッチング
した。次に温度を400℃まで低下させて、第１ガス管28
からH2を10／分、15℃のTMA中をバブリングしたH2を5
0cc/分、第２ガス管29からH2を10／分、NH3を10／
分で２分間供給した。 この成長工程で、第６図に示すように、AlNのバッフ
ァ層51が約250Åの厚さに形成された。次に、TMAの供給
を停止して、試料温度を1150℃に保持し、第１ガス管28
からH2を10／分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2
を100cc/分、第２ガス管からH2を10／分、NH3を10
／分で60分間供給し、膜厚約７μｍのＮ型のGaNから成
るＮ層52を成長させた。 このＮ層52のSEM像及びRHEED像を測定した結果、良好
な結晶が得られていることが分かった。 又、サファイア基板50の幅方向（ガス流に垂直な方
向）及び長さ方向（ガス流に平行な方向）の膜厚を測定
したが、均一な膜厚が得られた。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係る気相成長装置
の構成図、第２図、第３図、第４図、第５図はＸ軸に垂
直なライナー管及びその内部の断面図、第６図はサファ
イア基板に成長する薄膜の構造を示した断面図である。 10……石英管、12……ライナー管 20……サセプタ 28……第１ガス管、29……第２ガス管 50……サファイア基板 51……AlNバッファ層 52……Ｎ層 Ｈ……NH3の供給系統 Ｉ……キャリアガスの供給系統 Ｊ……TMGの供給系統、Ｋ……TMAの供給系統 Ｌ……DEZの供給系統
の構成図、第２図、第３図、第４図、第５図はＸ軸に垂
直なライナー管及びその内部の断面図、第６図はサファ
イア基板に成長する薄膜の構造を示した断面図である。 10……石英管、12……ライナー管 20……サセプタ 28……第１ガス管、29……第２ガス管 50……サファイア基板 51……AlNバッファ層 52……Ｎ層 Ｈ……NH3の供給系統 Ｉ……キャリアガスの供給系統 Ｊ……TMGの供給系統、Ｋ……TMAの供給系統 Ｌ……DEZの供給系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小滝 正宏 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 佐々 道成 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町（番地な し） 名古屋大学内 (56)参考文献 特開 昭56−37296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−223695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292620（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146725（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−124733（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】有機金属化合物ガスを用いた化合物半導体
薄膜を気相成長させる装置において、 反応ガス流の上流側に向かって先鋭な円錐形状をし、化
合物半導体薄膜を成長させる基板を多数その側面に配設
するバレル型のサセプタと、 前記サセプタの基板の配設される側面部の上部を微小間
隙を空けて覆うと共に前記サセプタを前記反応ガスの上
流側から覆うライナー管と、 前記ライナー管の内部に反応ガスを分離して導く複数の
導入管と、 を有することを特徴とする化合物半導体の気相成長装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25148689A JP2849642B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25148689A JP2849642B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112128A JPH03112128A (ja) | 1991-05-13 |
| JP2849642B2 true JP2849642B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17223522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25148689A Expired - Lifetime JP2849642B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 化合物半導体の気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2849642B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7899101B2 (en) | 1994-09-14 | 2011-03-01 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3388923B2 (ja) * | 1994-12-02 | 2003-03-24 | エヌオーケー株式会社 | アダプタ付ブーツ |
| US7571511B2 (en) | 2002-01-03 | 2009-08-11 | Irobot Corporation | Autonomous floor-cleaning robot |
| JP4551106B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2010-09-22 | 東洋炭素株式会社 | サセプタ |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP25148689A patent/JP2849642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7899101B2 (en) | 1994-09-14 | 2011-03-01 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03112128A (ja) | 1991-05-13 |
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