JP3104677B2 - Ｉｉｉ族窒化物結晶成長装置 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物結晶成長装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物半導
体の有機金属気相成長装置に関するものである。
体の有機金属気相成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物
材料は、青色発光素子や、高耐熱のトランジスタ材料と
して注目されている。ＧａＮ結晶は、窒素の解離圧が極
めて高く、引き上げ法などによるバルク結晶の作製が困
難である。このため、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）や、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）などのエピタキ
シャル成長により、結晶の成長が行われる。このうちＭ
ＯＶＰＥ法は、ＭＢＥ法に比べて良質な結晶が得られて
おり、発光素子用途では主流となっている。
材料は、青色発光素子や、高耐熱のトランジスタ材料と
して注目されている。ＧａＮ結晶は、窒素の解離圧が極
めて高く、引き上げ法などによるバルク結晶の作製が困
難である。このため、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）や、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）などのエピタキ
シャル成長により、結晶の成長が行われる。このうちＭ
ＯＶＰＥ法は、ＭＢＥ法に比べて良質な結晶が得られて
おり、発光素子用途では主流となっている。
【０００３】ＧａＮ系材料のＭＯＶＰＥは、通常、原料
ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）などのIII族
有機金属とアンモニア（ＮＨ3）を、高温に加熱した基
板上に供給することで行われる。基板としては、サファ
イア、炭化硅素（ＳｉＣ）などの単結晶基板が用いられ
ることが多い。ＧａＮの典型的な成長温度は１０００〜
１１００℃であり、ＧａＡｓなど他のIII−V族半導体の
ＭＯＶＰＥ成長温度（５００〜７００℃）に比べてかな
り高いことが特徴である。
ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）などのIII族
有機金属とアンモニア（ＮＨ3）を、高温に加熱した基
板上に供給することで行われる。基板としては、サファ
イア、炭化硅素（ＳｉＣ）などの単結晶基板が用いられ
ることが多い。ＧａＮの典型的な成長温度は１０００〜
１１００℃であり、ＧａＡｓなど他のIII−V族半導体の
ＭＯＶＰＥ成長温度（５００〜７００℃）に比べてかな
り高いことが特徴である。
【０００４】ＭＯＶＰＥ成長の反応容器には、耐熱性が
あり、かつエピタキシャル層の不純物汚染源にならない
という理由から、通常石英が用いられる。成長温度が高
いため、反応管内のガスの流れは熱対流の影響を大きく
受ける。そのため、成長装置には熱対流を十分考慮した
設計が必要となり、例えば、基板上方からキャリアガス
を吹き付け熱対流を抑制するツーフロー型の成長装置
（ブルー・レーザー・ダイオード、Ｎａｋａｍｕｒａ，
Ｆａｓｏｌ共著、シュプリンガー社刊、１９９７年、３
６ページ）や、基板近傍の空間の容積を少なくし、対流
の影響を受け難くする装置（特開平２−２２９４７６号
公報）などが用いられる。
あり、かつエピタキシャル層の不純物汚染源にならない
という理由から、通常石英が用いられる。成長温度が高
いため、反応管内のガスの流れは熱対流の影響を大きく
受ける。そのため、成長装置には熱対流を十分考慮した
設計が必要となり、例えば、基板上方からキャリアガス
を吹き付け熱対流を抑制するツーフロー型の成長装置
（ブルー・レーザー・ダイオード、Ｎａｋａｍｕｒａ，
Ｆａｓｏｌ共著、シュプリンガー社刊、１９９７年、３
６ページ）や、基板近傍の空間の容積を少なくし、対流
の影響を受け難くする装置（特開平２−２２９４７６号
公報）などが用いられる。
【０００５】ＭＯＶＰＥの原料となるトリメチルガリウ
ムなどの有機金属は、容易に熱分解するので、基板への
輸送途中での分解を防ぐため、成長時は基板のみが局所
的に加熱される。このとき、基板からの熱輻射及びキャ
リアガスからの熱伝導により、反応管壁の温度も上昇す
る。これにより原料ガスが分解し、成長回数を重ねると
反応管壁に堆積物が付着する。一方、堆積物の赤外線の
吸収係数は石英よりも大きいため、堆積物の付着により
基板加熱時の熱輻射による反応管温度上昇が大きくな
る。これに応じて反応管内のガスフローが影響を受け、
成長速度などが成長回数とともに変動する。
ムなどの有機金属は、容易に熱分解するので、基板への
輸送途中での分解を防ぐため、成長時は基板のみが局所
的に加熱される。このとき、基板からの熱輻射及びキャ
リアガスからの熱伝導により、反応管壁の温度も上昇す
る。これにより原料ガスが分解し、成長回数を重ねると
反応管壁に堆積物が付着する。一方、堆積物の赤外線の
吸収係数は石英よりも大きいため、堆積物の付着により
基板加熱時の熱輻射による反応管温度上昇が大きくな
る。これに応じて反応管内のガスフローが影響を受け、
成長速度などが成長回数とともに変動する。
【０００６】このような変動を抑制するための一つの手
法として、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体のＭＯＶ
ＰＥでは、石英反応管が堆積物の付着によりある程度覆
われるまで成長を行い、反応管温度の変動の影響を減少
させる予備成長が行われる。ＧａＡｓ、ＩｎＰ成長時の
堆積物は、比較的安定に反応管壁に付着するため、予備
成長後は安定に成長を行うことが可能となる。
法として、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体のＭＯＶ
ＰＥでは、石英反応管が堆積物の付着によりある程度覆
われるまで成長を行い、反応管温度の変動の影響を減少
させる予備成長が行われる。ＧａＡｓ、ＩｎＰ成長時の
堆積物は、比較的安定に反応管壁に付着するため、予備
成長後は安定に成長を行うことが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＮのＭＯＶＰＥで
は、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの成長時と異なり、堆積物の
付着により反応管が覆われた後も成長速度の変動が続く
という問題があった。これは次の理由による。ＧａＮの
成長温度は先に述べたように１０００℃以上と高く、反
応管に付着した堆積物の温度もかなりの高温になる。一
方、堆積物と石英の熱膨張係数が異なるため、成長に伴
う昇降温により、部分的に堆積物の石英からの剥離が生
じる。剥離した領域では石英が露出し、この部分では赤
外線が透過するので、堆積物が付着した部分に比べ、反
応管温度が局所的に低下する。成長回数を重ね、ある程
度堆積物が付着しても、剥離、堆積物の付着という過程
が繰り返されるので、反応管温度は変動することにな
る。このため、予備成長を行った後も、安定した成長は
得られなかった。
は、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの成長時と異なり、堆積物の
付着により反応管が覆われた後も成長速度の変動が続く
という問題があった。これは次の理由による。ＧａＮの
成長温度は先に述べたように１０００℃以上と高く、反
応管に付着した堆積物の温度もかなりの高温になる。一
方、堆積物と石英の熱膨張係数が異なるため、成長に伴
う昇降温により、部分的に堆積物の石英からの剥離が生
じる。剥離した領域では石英が露出し、この部分では赤
外線が透過するので、堆積物が付着した部分に比べ、反
応管温度が局所的に低下する。成長回数を重ね、ある程
度堆積物が付着しても、剥離、堆積物の付着という過程
が繰り返されるので、反応管温度は変動することにな
る。このため、予備成長を行った後も、安定した成長は
得られなかった。
【０００８】本発明は、反応管堆積物に起因する成長速
度の変動のないIII族窒化物結晶成長装置を提供するも
のである。
度の変動のないIII族窒化物結晶成長装置を提供するも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、反応容器中に
置かれた基板上に原料ガスを供給して成長を行うIII族
窒化物気相成長装置において、上記基板に対向する反応
容器壁及び反応容器側壁が赤外線吸収層で覆われてなる
ことを特徴としたIII族窒化物結晶成長装置を提供する
ものである。
置かれた基板上に原料ガスを供給して成長を行うIII族
窒化物気相成長装置において、上記基板に対向する反応
容器壁及び反応容器側壁が赤外線吸収層で覆われてなる
ことを特徴としたIII族窒化物結晶成長装置を提供する
ものである。
【００１０】本発明のIII族窒化物結晶成長装置は、具
体的には、下記（１）〜（７）の構成としてある。 （１）反応容器中に置かれた基板を加熱し、上記基板上
にIII族原子を含む有機金属分子と窒素原子を含む分子
とを少なくとも含む原料ガスを供給して成長を行う有機
金属気相成長装置において、上記基板に対向する反応容
器内壁が赤外線吸収層で覆われてなることを特徴とした
III族窒化物結晶成長装置。
体的には、下記（１）〜（７）の構成としてある。 （１）反応容器中に置かれた基板を加熱し、上記基板上
にIII族原子を含む有機金属分子と窒素原子を含む分子
とを少なくとも含む原料ガスを供給して成長を行う有機
金属気相成長装置において、上記基板に対向する反応容
器内壁が赤外線吸収層で覆われてなることを特徴とした
III族窒化物結晶成長装置。
【００１１】（２）反応容器中に置かれた基板を加熱
し、上記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素
原子を含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して
成長を行う有機金属気相成長装置において、上記基板に
対向する反応容器内壁及び反応容器内側の側壁が赤外線
吸収層で覆われてなることを特徴としたIII族窒化物結
晶成長装置。
し、上記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素
原子を含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して
成長を行う有機金属気相成長装置において、上記基板に
対向する反応容器内壁及び反応容器内側の側壁が赤外線
吸収層で覆われてなることを特徴としたIII族窒化物結
晶成長装置。
【００１２】（３）反応容器中に置かれた基板を加熱
し、上記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素
原子を含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して
成長を行う有機金属気相成長装置において、上記基板に
対向する反応容器外壁が赤外線吸収層で覆われてなるこ
とを特徴としたIII族窒化物結晶成長装置。
し、上記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素
原子を含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して
成長を行う有機金属気相成長装置において、上記基板に
対向する反応容器外壁が赤外線吸収層で覆われてなるこ
とを特徴としたIII族窒化物結晶成長装置。
【００１３】（４）反応容器中に置かれた基板を加熱
し、上記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素
原子を含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して
成長を行う有機金属気相成長装置において、上記基板に
対向する反応容器外壁及び反応容器外側の側壁が赤外線
吸収層で覆われてなることを特徴としたIII族窒化物結
晶成長装置。
し、上記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素
原子を含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して
成長を行う有機金属気相成長装置において、上記基板に
対向する反応容器外壁及び反応容器外側の側壁が赤外線
吸収層で覆われてなることを特徴としたIII族窒化物結
晶成長装置。
【００１４】（５）基板が重力方向に対して下向きに設
置されていることを特徴とした（１）〜（４）のIII族
窒化物結晶成長装置。
置されていることを特徴とした（１）〜（４）のIII族
窒化物結晶成長装置。
【００１５】（６）上記赤外線吸収層を加熱する手段を
具備することを特徴とした（１）〜（５）のIII族窒化
物結晶成長装置。
具備することを特徴とした（１）〜（５）のIII族窒化
物結晶成長装置。
【００１６】（７）上記赤外線吸収層が、炭素若しくは
炭化硅素からなる層又は炭素及び炭化硅素の一方若しく
は両方を含む層であることを特徴とした（１）〜（６）
のIII族窒化物結晶成長装置。
炭化硅素からなる層又は炭素及び炭化硅素の一方若しく
は両方を含む層であることを特徴とした（１）〜（６）
のIII族窒化物結晶成長装置。
【００１７】反応管堆積物の剥離による成長速度変動
は、石英と堆積物の赤外線吸収係数が異なるために生じ
る反応管の温度変化と、それに伴うガスの流れの乱れに
起因する。反応管壁に赤外線吸収層を設けた場合、基板
から放射される赤外線は吸収層で吸収されるため、反応
管壁の温度は堆積物の有無に依存しない。このため、成
長回数によらず、安定した成長速度を得ることができ
る。また、赤外線吸収層の温度を加熱装置で制御するこ
とにより、ガスの流れをより安定化させることができ、
再現性の良い成長を実現することが可能となる。
は、石英と堆積物の赤外線吸収係数が異なるために生じ
る反応管の温度変化と、それに伴うガスの流れの乱れに
起因する。反応管壁に赤外線吸収層を設けた場合、基板
から放射される赤外線は吸収層で吸収されるため、反応
管壁の温度は堆積物の有無に依存しない。このため、成
長回数によらず、安定した成長速度を得ることができ
る。また、赤外線吸収層の温度を加熱装置で制御するこ
とにより、ガスの流れをより安定化させることができ、
再現性の良い成長を実現することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に基づくIII族窒化
物結晶成長装置の概略を図を用いて説明する。図１は、
横型反応炉を用いたときの本発明の実施形態例である。
III族原料及びV族原料には、それぞれトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）１１、アンモニア（ＮＨ3）１２を用い
た。これらの原料ガスは、水素キャリアガス１３により
導入管１４より石英反応管１５に導入される。サファイ
ア（０００１）基板１６は、カーボンサセプタ１７上に
置かれ、サセプタ１７裏面のヒーター１８により加熱さ
れる。反応管内１５には、基板１６に対向する面に０．
５ｍｍ厚のＳｉＣ板１９を赤外線吸収層として配置し
た。比較のため、ＳｉＣ板を置かない場合についても成
長実験を行った。成長は、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／
ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリ
アガスとして水素を４リットル／ｍｉｎ供給し、成長温
度１０００℃で行った。
物結晶成長装置の概略を図を用いて説明する。図１は、
横型反応炉を用いたときの本発明の実施形態例である。
III族原料及びV族原料には、それぞれトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）１１、アンモニア（ＮＨ3）１２を用い
た。これらの原料ガスは、水素キャリアガス１３により
導入管１４より石英反応管１５に導入される。サファイ
ア（０００１）基板１６は、カーボンサセプタ１７上に
置かれ、サセプタ１７裏面のヒーター１８により加熱さ
れる。反応管内１５には、基板１６に対向する面に０．
５ｍｍ厚のＳｉＣ板１９を赤外線吸収層として配置し
た。比較のため、ＳｉＣ板を置かない場合についても成
長実験を行った。成長は、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／
ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリ
アガスとして水素を４リットル／ｍｉｎ供給し、成長温
度１０００℃で行った。
【００１９】図２は、図１に示した成長装置を用いてＧ
ａＮ成長を行った時の、成長速度の成長回数依存性を示
す。図より、赤外線吸収層となるＳｉＣ板を置かない場
合、３０回の成長を行った後も成長速度が変動すること
がわかる。これに対し、ＳｉＣ板を置いた場合は、ほぼ
成長回数によらず一定の成長速度が得られた。また、成
長速度自体もＳｉＣ板を置かない場合より高くなること
がわかった。これは次の理由による。基板対向面に置か
れたＳｉＣ板の温度は、赤外線の吸収により上昇し、熱
対流の影響で上昇流が生じる。このため、原料となるＴ
ＭＧ、ＮＨ3分子はこの上昇流により効率的に基板に供
給され、結果として成長速度が増加する。すなわち、赤
外線吸収層を設けることにより、成長速度が安定化する
だけでなく、原料消費効率も向上する。
ａＮ成長を行った時の、成長速度の成長回数依存性を示
す。図より、赤外線吸収層となるＳｉＣ板を置かない場
合、３０回の成長を行った後も成長速度が変動すること
がわかる。これに対し、ＳｉＣ板を置いた場合は、ほぼ
成長回数によらず一定の成長速度が得られた。また、成
長速度自体もＳｉＣ板を置かない場合より高くなること
がわかった。これは次の理由による。基板対向面に置か
れたＳｉＣ板の温度は、赤外線の吸収により上昇し、熱
対流の影響で上昇流が生じる。このため、原料となるＴ
ＭＧ、ＮＨ3分子はこの上昇流により効率的に基板に供
給され、結果として成長速度が増加する。すなわち、赤
外線吸収層を設けることにより、成長速度が安定化する
だけでなく、原料消費効率も向上する。
【００２０】図３は、赤外線吸収層となる０．５ｍｍ厚
のＳｉＣ板３１を、反応管３２の外側に配置したときの
実施形態例を示す図である。ＳｉＣ板は、基板に対向す
る位置に配置した。成長実験は図１に示した実施形態例
と同じ条件、すなわちＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリア水
素流量４リットル／ｍｉｎ、成長温度１０００℃で行っ
た。
のＳｉＣ板３１を、反応管３２の外側に配置したときの
実施形態例を示す図である。ＳｉＣ板は、基板に対向す
る位置に配置した。成長実験は図１に示した実施形態例
と同じ条件、すなわちＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3供給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリア水
素流量４リットル／ｍｉｎ、成長温度１０００℃で行っ
た。
【００２１】図２に、本実施形態例に基づく成長速度の
成長回数依存性を示した。赤外線吸収層を反応管の外側
に置いた場合でも、反応管内に配置した図１の実施形態
例と同様の効果が得られたが、成長速度の安定性は若干
劣る。赤外線吸収層を反応管外に置いた場合、基板から
放射される赤外線は石英を透過するため、反応管表面温
度と赤外線吸収層の温度が異なる。このために成長速度
安定化の効果は若干低下することになる。その一方で、
反応管の交換が容易になるなど保守の点では有利にな
る。
成長回数依存性を示した。赤外線吸収層を反応管の外側
に置いた場合でも、反応管内に配置した図１の実施形態
例と同様の効果が得られたが、成長速度の安定性は若干
劣る。赤外線吸収層を反応管外に置いた場合、基板から
放射される赤外線は石英を透過するため、反応管表面温
度と赤外線吸収層の温度が異なる。このために成長速度
安定化の効果は若干低下することになる。その一方で、
反応管の交換が容易になるなど保守の点では有利にな
る。
【００２２】図１及び図３では、基板に対向する容器内
壁又は外壁に赤外線吸収層を設けた例を示した。これに
対し、容器壁の側面にも赤外線吸収層を設けることによ
り、成長速度の面内均一性を向上させることが可能とな
る。図４に、図１で示した成長装置の反応管側面に赤外
線吸収層を設けた例を、ガス導入管側から見た図を示
す。赤外線吸収層となる０．５ ｍｍ厚のＳｉＣ板４１
は、反応管内壁の側面に配置した。ＧａＮ成長は、ＴＭ
Ｇ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８
ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリアガスとして水素を４リットル
／ｍｉｎ供給し、成長温度１０００℃で行った。
壁又は外壁に赤外線吸収層を設けた例を示した。これに
対し、容器壁の側面にも赤外線吸収層を設けることによ
り、成長速度の面内均一性を向上させることが可能とな
る。図４に、図１で示した成長装置の反応管側面に赤外
線吸収層を設けた例を、ガス導入管側から見た図を示
す。赤外線吸収層となる０．５ ｍｍ厚のＳｉＣ板４１
は、反応管内壁の側面に配置した。ＧａＮ成長は、ＴＭ
Ｇ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供給量０．１８
ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリアガスとして水素を４リットル
／ｍｉｎ供給し、成長温度１０００℃で行った。
【００２３】成長時間を１時間とし、２インチ基板面内
での成長膜厚の均一性を調べたところ、反応管側面に赤
外線吸収層を設けないときは面内均一性が±５％であっ
たが、赤外線吸収層を設けることにより面内均一性が±
２％に向上した。石英反応管のみの場合は、反応管側面
部に付着した堆積物が剥離、堆積を繰り返すため、反応
管側面部に近い基板の端部付近でのガスの流れが乱れ
る。このため、面内の不均一性が強調される。これに対
し、側面に赤外線吸収層を設けた場合、堆積物剥離の影
響がなくなるためより均一な成長が可能となる。すなわ
ち、基板に対向する面と共に側面にも赤外線吸収層を設
けることにより、成長回数に対する成長速度のバラツキ
を抑制するとともに、面内の成長速度分布も抑制するこ
とが可能となる。
での成長膜厚の均一性を調べたところ、反応管側面に赤
外線吸収層を設けないときは面内均一性が±５％であっ
たが、赤外線吸収層を設けることにより面内均一性が±
２％に向上した。石英反応管のみの場合は、反応管側面
部に付着した堆積物が剥離、堆積を繰り返すため、反応
管側面部に近い基板の端部付近でのガスの流れが乱れ
る。このため、面内の不均一性が強調される。これに対
し、側面に赤外線吸収層を設けた場合、堆積物剥離の影
響がなくなるためより均一な成長が可能となる。すなわ
ち、基板に対向する面と共に側面にも赤外線吸収層を設
けることにより、成長回数に対する成長速度のバラツキ
を抑制するとともに、面内の成長速度分布も抑制するこ
とが可能となる。
【００２４】図５は、本発明に基づく赤外線吸収層の温
度を制御する加熱装置を備えた成長装置を示す例であ
る。基板に対向する反応管内壁に赤外線吸収層となる
０．５ｍｍ厚のＳｉＣ板５１を配置し、反応管外部にＳ
ｉＣ板を加熱するためのヒーター５２及びＳｉＣ板の温
度を測定するための赤外線放射温度計５３を配置した。
成長は、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供
給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリアガスとして水素
を４リットル／ｍｉｎ供給し、成長温度１０００℃で行
った。
度を制御する加熱装置を備えた成長装置を示す例であ
る。基板に対向する反応管内壁に赤外線吸収層となる
０．５ｍｍ厚のＳｉＣ板５１を配置し、反応管外部にＳ
ｉＣ板を加熱するためのヒーター５２及びＳｉＣ板の温
度を測定するための赤外線放射温度計５３を配置した。
成長は、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3供
給量０．１８ｍｏｌ／ｍｉｎ、キャリアガスとして水素
を４リットル／ｍｉｎ供給し、成長温度１０００℃で行
った。
【００２５】ヒーターを加熱しない場合、ＳｉＣ板の温
度は５００℃であった。このときの成長速度は１．６μ
ｍ／ｈであった。これに対し、ヒーターを加熱し、Ｓｉ
Ｃ板の温度を６００℃としたときは、成長速度は１．９
μｍ／ｈに増加した。これは、ＳｉＣ板の温度が上がる
ことで上方への原料ガスの熱対流が強くなり、成長速度
が増加したことによる。さらに、ＳｉＣ板の温度を９０
０℃に上げた場合は、成長速度は逆に１．２μｍ／ｈに
低下した。ＳｉＣ板の温度が高すぎる場合は、原料ガス
のＳｉＣ板上での分解が進み、基板への原料供給が阻害
されることによる。一方、赤外線吸収層を設けずにヒー
ターを加熱した場合は、堆積物の部分的な剥離が生じ、
安定した成長を得ることができなかった。したがって、
赤外線吸収層に加え、赤外線吸収層加熱用のヒーターを
併用することにより、成長を安定化させ、さらに原料消
費効率を向上させることができることが示された。な
お、図５に示した実施形態例では単一ゾーンのヒーター
を用いたが、複数のゾーンに分割することもできる。
度は５００℃であった。このときの成長速度は１．６μ
ｍ／ｈであった。これに対し、ヒーターを加熱し、Ｓｉ
Ｃ板の温度を６００℃としたときは、成長速度は１．９
μｍ／ｈに増加した。これは、ＳｉＣ板の温度が上がる
ことで上方への原料ガスの熱対流が強くなり、成長速度
が増加したことによる。さらに、ＳｉＣ板の温度を９０
０℃に上げた場合は、成長速度は逆に１．２μｍ／ｈに
低下した。ＳｉＣ板の温度が高すぎる場合は、原料ガス
のＳｉＣ板上での分解が進み、基板への原料供給が阻害
されることによる。一方、赤外線吸収層を設けずにヒー
ターを加熱した場合は、堆積物の部分的な剥離が生じ、
安定した成長を得ることができなかった。したがって、
赤外線吸収層に加え、赤外線吸収層加熱用のヒーターを
併用することにより、成長を安定化させ、さらに原料消
費効率を向上させることができることが示された。な
お、図５に示した実施形態例では単一ゾーンのヒーター
を用いたが、複数のゾーンに分割することもできる。
【００２６】上記実施形態例ではIII族窒化物結晶とし
てＧａＮを例に取ったが、ＩｎＮ、ＡｌＮ及びＡｌxＩ
ｎyＧａ1-x-yＮで表される混晶半導体結晶の成長におい
ても同様の効果が得られる。また、ｎ型又はｐ型不純物
をドーピングする際にも、同様の作用によりドーピング
濃度の再現性が向上するなどの効果がある。
てＧａＮを例に取ったが、ＩｎＮ、ＡｌＮ及びＡｌxＩ
ｎyＧａ1-x-yＮで表される混晶半導体結晶の成長におい
ても同様の効果が得られる。また、ｎ型又はｐ型不純物
をドーピングする際にも、同様の作用によりドーピング
濃度の再現性が向上するなどの効果がある。
【００２７】上記実施形態例では赤外線吸収層の材質と
してＳｉＣを用いたが、炭素を用いても同様の効果が得
られる。また、上記実施形態例では板状のＳｉＣあるい
は炭素を用いたが、ＳｉＣあるいは炭素を気相成長法な
どの手法により反応管壁に直接堆積させた場合も、同様
な効果が得られることは明らかである。
してＳｉＣを用いたが、炭素を用いても同様の効果が得
られる。また、上記実施形態例では板状のＳｉＣあるい
は炭素を用いたが、ＳｉＣあるいは炭素を気相成長法な
どの手法により反応管壁に直接堆積させた場合も、同様
な効果が得られることは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】本発明により、III族窒化物結晶の成長
を安定した成長速度で行うことが可能となった。また、
本発明は、結晶成長時の原料使用効率を改善する意味で
も有効である。
を安定した成長速度で行うことが可能となった。また、
本発明は、結晶成長時の原料使用効率を改善する意味で
も有効である。
【図１】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の一実
施形態を示す概略図である。
施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の成長装置を用いてＧａＮ成長を行った
時の、成長速度の成長回数依存性の一例を示すグラフで
ある。
時の、成長速度の成長回数依存性の一例を示すグラフで
ある。
【図３】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の一実
施形態を示す概略図である。
施形態を示す概略図である。
【図４】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の一実
施形態を示す概略図である。
施形態を示す概略図である。
【図５】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の一実
施形態を示す概略図である。
施形態を示す概略図である。
１１ トリメチルガリウム（ＴＭＧ） １２ アンモニア（ＮＨ3） １３ 水素キャリアガス １４ 導入管 １５ 石英反応管 １６ サファイア（０００１）基板 １７ カーボンサセプタ １８ ヒーター １９ ＳｉＣ板 ３１ ＳｉＣ板 ３２ 反応管 ４１ ＳｉＣ板 ５１ ＳｉＣ板 ５２ ヒーター ５３ 赤外線放射温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 C23C 16/00 C30B 29/00 C30B 25/00
Claims (7)
- 【請求項１】 反応容器中に置かれた基板を加熱し、上
記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素原子を
含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して成長を
行う有機金属気相成長装置において、上記基板に対向す
る反応容器内壁が赤外線吸収層で覆われてなることを特
徴としたIII族窒化物結晶成長装置。 - 【請求項２】 反応容器中に置かれた基板を加熱し、上
記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素原子を
含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して成長を
行う有機金属気相成長装置において、上記基板に対向す
る反応容器内壁及び反応容器内側の側壁が赤外線吸収層
で覆われてなることを特徴としたIII族窒化物結晶成長
装置。 - 【請求項３】 反応容器中に置かれた基板を加熱し、上
記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素原子を
含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して成長を
行う有機金属気相成長装置において、上記基板に対向す
る反応容器外壁が赤外線吸収層で覆われてなることを特
徴としたIII族窒化物結晶成長装置。 - 【請求項４】 反応容器中に置かれた基板を加熱し、上
記基板上にIII族原子を含む有機金属分子と窒素原子を
含む分子とを少なくとも含む原料ガスを供給して成長を
行う有機金属気相成長装置において、上記基板に対向す
る反応容器外壁及び反応容器外側の側壁が赤外線吸収層
で覆われてなることを特徴としたIII族窒化物結晶成長
装置。 - 【請求項５】 基板が重力方向に対して下向きに設置さ
れていることを特徴とした請求項１〜４のいずれか１項
に記載のIII族窒化物結晶成長装置。 - 【請求項６】 上記赤外線吸収層を加熱する手段を具備
することを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記
載のIII族窒化物結晶成長装置。 - 【請求項７】 上記赤外線吸収層が、炭素若しくは炭化
硅素からなる層又は炭素及び炭化硅素の一方若しくは両
方を含む層であることを特徴とした請求項１〜６のいず
れか１項に記載のIII族窒化物結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13190098A JP3104677B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Ｉｉｉ族窒化物結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13190098A JP3104677B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Ｉｉｉ族窒化物結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11329976A JPH11329976A (ja) | 1999-11-30 |
| JP3104677B2 true JP3104677B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=15068800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13190098A Expired - Fee Related JP3104677B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Ｉｉｉ族窒化物結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104677B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4870580B2 (ja) * | 2007-01-16 | 2012-02-08 | 大陽日酸株式会社 | 気相成長装置 |
| JP5897834B2 (ja) * | 2011-07-19 | 2016-03-30 | 昭和電工株式会社 | ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 |
-
1998
- 1998-05-14 JP JP13190098A patent/JP3104677B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11329976A (ja) | 1999-11-30 |
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