JP3355449B2 - 有機金属化学気相成長方法、およびその装置 - Google Patents

有機金属化学気相成長方法、およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、有機金属化学気相成
長方法およびその装置に関し、特に、反応室内に配設さ
れているサセプタ上の基板の表面全域に対して有機金属
を均一に分布させて結晶層を成長させるための技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年においては、サファイア基板上に窒
化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させることなど
により、高輝度特性を備えた青色発光用の半導体発光素
子が開発されるに至っている。
【0003】その具体的構成の一例は、透明のサファイ
ア基板上にGaNのバッファ層を成長させ、このバッフ
ァ層の表面上に、N型半導体層(GaN層、AlGaN
層)、発光層(InGaN層)、およびP型半導体層
(AlGaN層、GaN層)を積層状に成長させたもの
である。そして、上記N型半導体層におけるGaN層
と、P型半導体層におけるGaN層とに、N側電極およ
びP側電極がそれぞれ形成される。
【0004】一方、この種の半導体発光素子は、有機金
属化学気相成長(以下、MOCVDという)による方法
あるいは装置を利用して製造されるのが通例である。
【0005】上記MOCVD装置は、基本的には、材料
ガスが供給される反応室(チャンバ)内にサセプタを配
設し、このサセプタ上にサファイア基板をセットした状
態で、水素等のキャリアガスに含まれた有機金属を上記
サセプタ上に導くように構成される。そして、上記有機
金属導入の結果として、上記サファイア基板の表面部に
上記材料ガスと有機金属とによる気相反応を生じさせ、
これにより上記サファイア基板の表面上に既述の窒化ガ
リウム系化合物半導体層などを成長させる構成である。
【0006】この場合において、上記有機金属として
は、Ga、Al、Mg、Inなどが気化された状態で使
用され、また上記材料ガスとしては、NH3 などが使用
される。そして、上記気相反応を生じさせる際には、上
記反応室内が所定の温度条件下で真空状態に維持される
とともに、上記サセプタ上のサファイア基板は、高周波
誘導加熱手段等により加熱された状態にある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
MOCVD装置は、単に水素等のキャリアガスを通じて
有機金属を反応室内に導入する構成であることから、そ
の導入後に上記有機金属が自然的流れに沿ってサセプタ
周辺に至った場合、その周辺における有機金属の分布状
態を均一なものとすることは困難であった。
【0008】このため、サセプタ上にセットされている
サファイア基板の表面部に対する気相反応にバラツキが
生じ、基板上に均一な膜厚の結晶層を成長させることが
できなくなるという問題を有していた。このような膜厚
不均一の問題は、単一のウエハについて生じるのみなら
ず、サセプタ上に複数個のウエハが存在する場合には、
各ウエハ相互間においても生じることになる。
【0009】本願発明は、上述の事情のもとで考え出さ
れたものであって、キャリアガスを通じて反応室内に導
入された有機金属の分布状態をサセプタ上において均一
化させ、膜厚にバラツキのない結晶層を基板の表面上に
成長させることをその課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0011】本願の請求項1に記載した発明は、材料ガ
スが供給される反応室に対して、気化された有機金属を
キャリアガスを通じて導入口から導入し、この反応室内
におけるサセプタ上にセットされている基板の表面上
に、上記有機金属と材料ガスとによる気相反応を生じさ
せるようにした有機金属化学気相成長方法において、上
記有機金属を帯電させて上記反応室内に導入する一方、
上記反応室内における上記導入口と上記サセプタとの間
には、有機金属の流れを加速するスクリーングリッドを
設けておくとともに、このスクリーングリッドの格子網
目の配設状態はその中央部から外周側に移行するにした
がって疎から密となるように設定しておき、上記帯電有
機金属については上記スクリーングリッドを通過させて
から上記基板上に到達させることを特徴としている。
【0012】本願の請求項2に記載した発明は、材料ガ
スが供給される反応室と、この反応室内に配設されて基
板がセットされるサセプタと、気化された有機金属をキ
ャリアガスを通じて導入口から上記反応室内に導入する
有機金属導入手段と、を備えてなる有機金属化学気相成
長装置において、上記有機金属導入手段により上記反応
室内に導入される有機金属を帯電させる帯電手段と、上
記反応室内における上記導入口と上記サセプタとの間に
設けられ、かつ上記有機金属の流れを加速するためのス
クリーングリッドと、を備えており、上記スクリーング
リッドの格子網目の配設状態は、その中央部から外周側
に移行するにしたがって疎から密となるように設定され
ていることを特徴としている。
【0013】本願発明においては、上記スクリーングリ
ッドと上記サセプタとの間に配設されて上記サセプタの
外周部付近に至った有機金属を上記サセプタ上の中央部
側に電気的反発力によって移行させる反発力付与部材を
備えている構成とすることができる(請求項3)。
【0014】
【0015】
【発明の作用および効果】本願発明によれば、気化(霧
化をも含む概念)された状態にある有機金属は、帯電さ
れて反応室内に導入され、この帯電有機金属がサセプタ
上に至る過程において、その流れが制御される。したが
って、サセプタ上の基板の表面上には、材料ガスと有機
金属とによるバラツキのない気相反応を生じさせて、均
一な膜厚の結晶層を形成できることとなり、品質が一定
した半導体発光素子の製造が可能となる。
【0016】
【0017】有機金属流制御手段の一例として、加速用
グリッドと反発力付与部材とを備えるようにすれば、上
記反応室に導入された帯電有機金属は、まず加速用グリ
ッドにおける所定の規則性を有する格子状部を通過する
ことにより、ある程度の分布均一性をもって加速された
状態でサセプタの周辺に達する。この結果として、上記
サセプタの外周部付近に至った帯電有機金属は、上記反
発力付与部材からの電気的反発力を受けて上記サセプタ
の中央部側に寄せられる。すなわち、この反発力付与部
材が存在しなかったならば、上記サセプタの中央部に上
記帯電有機金属が偏在することになるが、この反発力付
与部材の作用により上記サセプタの外周部付近の帯電有
機金属が中央部側に寄せられ、結果的には、サセプタ上
に帯電有機金属が均一に分布した状態となる。
【0018】
【0019】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0020】図1は本願発明の第1実施例に係るMOC
VD装置を示す概略正面図、図2はその主たる作用を示
す要部概略正面図である。
【0021】図1に示すように、第1実施例に係るMO
CVD装置1は、反応室2を構成する室形成体3と、こ
の反応室2に通じる有機金属導入管4と、材料ガスが供
給されるガス供給管5と、上記反応室2の底部に配設さ
れたサセプタ6と、を備えている。さらに、上記反応室
2の上部には、加速用グリッドであるスクリーングリッ
ド7が配設されているとともに、上記サセプタ6の直上
方には、その外周部全域を取り囲むようにして、反発力
付与部材であるサプレッサーグリッド8が配設されてい
る。
【0022】上記有機金属導入管4の基端部には、G
a、Al、Mg、Inなどの有機金属とキャリアガスで
ある水素とを貯留する貯留部4aが設けられているとと
もに、この貯留部4aには、必要に応じて、液体として
貯留されている有機金属を気化させるための気化手段が
配備される(図示略)。
【0023】さらに、上記貯留部4aの近傍には、たと
えば高圧電源からの電力供給を受けて放電を行うことな
どにより上記気化された有機金属を帯電させる帯電手段
が備えられている(図示略)。この実施例においては、
上記帯電手段は、上記有機金属を正電位に帯電させる作
用を行う。
【0024】また、上記ガス供給管5からはNH3 のガ
スが供給されるようになっており、後述する気相反応が
行われる際には、反応室2のたとえば底部中央から真空
引きが行われた状態で、その反応室2内に上記NH3
ガスが貯留された状態となる。
【0025】一方、上記有機金属導入管4、サセプタ
6、スクリーングリッド7、サプレッサーグリッド8
と、電源9との間には、電気制御回路10が構成されて
おり、たとえば上記スクリーングリッド7には正電圧8
0Vが、上記サプレッサーグリッド8には正電圧100
Vが加えられているのに対して、上記サセプタ6には負
の電圧が加えられている。
【0026】以上のような構成によれば、上記有機金属
導入管4に沿って気化された有機金属が水素キャリアガ
スにより搬送される過程において、帯電手段の作用によ
って上記有機金属がプラスの状態に帯電される。そし
て、この帯電有機金属は、導入口4xを通じて反応室2
内に導入され、まず上記スクリーングリッド7を通過す
ることにより、加速された状態で流下する。
【0027】この場合、上記帯電有機金属は平面視中央
部に偏在した状態で導入されることから、たとえば上記
スクリーングリッド7における平面視中央部の格子網目
の配設状態を疎にしておき、外周側に移行するにしたが
って密になるように設定しておけば、上記グリッド7の
通過後における帯電有機金属の分布状態がある程度均一
化される。
【0028】そして、上記加速されて流下する帯電有機
金属が上記サセプタ6の直上方に達した場合には、サセ
プタ6の外周部付近に存在している帯電有機金属が、図
2に矢印aで示すように、上記サプレッサーグリッド8
から反発力を受けて中央部側に押しやられて、サセプタ
6上の各サファイア基板11の表面上に達する。
【0029】したがって、仮に上記サプレッサーグリッ
ド8を設けなければ、帯電有機金属の分布状態は同図に
符号S1で示す状態(一点鎖線で示す状態)、すなわち
サセプタ6の外周部付近の帯電有機金属の分布密度が小
さくなり、帯電有機金属は中央部に偏在した状態にな
る。
【0030】しかしながら、上記のようにサプレッサー
グリッド8を設けておくことにより、帯電有機金属の分
布状態は同図に符号S2で示す状態(点線で示す状
態)、すなわちサセプタ6上における各サファイア基板
11の載置箇所である所定領域に対する帯電有機金属の
均一な分布状態が得られる。なお、このような分布状態
の調整は、上記スクリーングリッド7とサプレッサーグ
リッド8とに加えられる電位差を変化させることによっ
て行われる。
【0031】この結果、個々のサファイア基板11につ
いて考察すれば、帯電有機金属とNH3 ガスとの気相反
応による均一な膜厚の窒化ガリウム系化合物半導体層が
形成されるばかりでなく、各サファイア基板11の相互
間についてもバラツキなく均一な膜厚の半導体層が形成
される。
【0032】図3および図4は、MOCVD装置1の第
2実施例を示している。なお、この第2実施例の説明に
際して、上述の第1実施例と共通の構成要件については
同一符号を付してその説明を省略する。
【0033】図2に示すように、この第2実施例が上述
の第1実施例と異なる点は、反応室2内に、静電レンズ
20と偏向コイル21とを配設した点である。そして、
上記偏向コイル21は、図4に示すように、X−X方向
およびY−Y方向に対して偏向作用を行い得るように配
設されている。なお、上記偏向コイル21の配設状態
は、上記に限定されるわけではなく、複数個のものをた
とえば円弧状に配設するなどのバリエーションが可能で
ある。また、上記静電レンズ20についても、帯電有機
金属の流通経路の外周側を包囲する状態に配設されてお
り、帯電有機金属の集束作用を行い得る構成とされてい
る。
【0034】このような構成によれば、有機金属導入管
4を通じて反応室2内に導入された帯電有機金属は、静
電レンズ20の作用によりサセプタ6上の点(単位面
積)に集束される。これと同時に、上記偏向コイル21
の作用により、帯電有機金属の集束点が、上記サセプタ
6上を図4に符号Lで示すような経路に沿って走査され
る。
【0035】したがって、上記帯電有機金属のそれぞれ
の集束点において、帯電有機金属とNH3 ガスとの気相
反応による結晶層が各サファイア基板11の表面上に形
成されることになり、これによっても上記第1実施例と
同様にして均一な膜厚の窒化ガリウム系化合物半導体層
が形成される。
【0036】なお、上記第2実施例においては、集束用
レンズ系として静電レンズを使用したが、これ以外に電
磁レンズ等を使用することが可能であり、また同様にし
て、偏向系として偏向コイル21を使用したが、これ以
外に偏向板等を使用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第1実施例に係る有機金属化学気相
成長装置を示す概略正面図である。
【図2】上記第1実施例に係る有機金属化学気相成長装
置の主たる作用を示す要部拡大概略正面図である。
【図3】第2実施例に係る有機金属化学気相成長装置を
示す概略正面図である。
【図4】上記第2実施例に係る有機金属化学気相成長装
置の主たる作用を示す要部拡大概略平面図である。
【符号の説明】
1 有機金属化学気相成長装置(MOCVD装置) 2 反応室 4 有機金属導入手段(有機金属導入管) 6 サセプタ 7 加速用グリッド(スクリーングリッド) 8 反発力付与部材(サプレッサーグリッド) 11 基板(サファイア基板) 20 静電または電磁レンズ系 21 偏向系

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 材料ガスが供給される反応室に対して、
    気化された有機金属をキャリアガスを通じて導入口から
    導入し、この反応室内におけるサセプタ上にセットされ
    ている基板の表面上に、上記有機金属と材料ガスとによ
    る気相反応を生じさせるようにした有機金属化学気相成
    長方法において、 上記有機金属を帯電させて上記反応室内に導入する一
    方、 上記反応室内における上記導入口と上記サセプタとの間
    には、有機金属の流れを加速するスクリーングリッドを
    設けておくとともに、このスクリーングリッドの格子網
    目の配設状態はその中央部から外周側に移行するにした
    がって疎から密となるように設定しておき、 上記帯電有機金属については上記スクリーングリッドを
    通過させてから上記基板上に到達させる ことを特徴とす
    る、有機金属化学気相成長方法。
  2. 【請求項2】 材料ガスが供給される反応室と、この反
    応室内に配設されて基板がセットされるサセプタと、気
    化された有機金属をキャリアガスを通じて導入口から
    記反応室内に導入する有機金属導入手段と、を備えてな
    る有機金属化学気相成長装置において、 上記有機金属導入手段により上記反応室内に導入される
    有機金属を帯電させる帯電手段と、上記反応室内における上記導入口と上記サセプタとの間
    に設けられ、かつ上記有機金属の流れを加速するための
    スクリーングリッドと、を備えており、 上記スクリーングリッドの格子網目の配設状態は、その
    中央部から外周側に移行するにしたがって疎から密とな
    るように設定されている ことを特徴とする、有機金属化
    学気相成長装置。
  3. 【請求項3】 上記スクリーングリッドと上記サセプタ
    との間に配設されて上記サセプタの外周部付近に至った
    有機金属を上記サセプタ上の中央部側に電気的反発力に
    よって移行させる反発力付与部材を備えている、請求項
    2に記載の有機金属化学気相成長装置。
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