JP4374156B2 - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物膜の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、基板の上に、塩化物気相エピタキシャル(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE法)法によって、少なくともＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物膜をエピタキシャル成長させるための製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード、レーザダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスにおいては、所定の基板上に少なくともＡｌを含むＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ (Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１)なる組成式で表されるIII−Ｖ族窒化物膜をエピタキシャル成長させることが提案されている。例えば、基板としてサファイア基板を用い、その上にＧａＮ膜をエピタキシャル堆積させる方法が、応用物理、第６８巻、第７号（１９９９）、ｐｐ７７４以降に記載されている。
【０００３】
この方法では、表面にＧａＮ薄膜を形成したサファイア基板を内部に保持した反応管内にガリウム金属を装填し、反応管に塩酸ガスを導入して塩化ガリウムガスを生成させ、これにアンモニアガスを反応させて塩化ガリウムを堆積させるようにしている。このようなプロセスは、通常、塩化物気相エピタキシャル(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE)法と呼ばれている。
【０００４】
このＨＶＰＥ法は、従来のＭＯＶＰＥ(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法に比べて成膜速度が高いという特徴がある。例えば、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる際の典型的な成膜速度は毎時数μｍであるが、ＨＶＰＥ法でＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる場合の典型的な成膜速度は毎時数十〜数百μｍである。したがって、ＨＶＰＥ法は、特に膜厚の大きなIII−Ｖ族窒化物膜を形成する場合に有利に利用できるものである。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
上述したようにＨＶＰＥ法によってＧａＮ膜 を製造する従来の方法で、ＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる場合には、反応管内部にアルミニウム金属部材を装填し、塩素系ガスを反応管に導入して塩化アルミガスを生成させ、さらにこの塩化アルミニウムガスをアンモニアガスと反応させて窒化アルミニウムを基板上に堆積させればよい。
【０００６】
しかしながら、このような方法でＡｌＮ膜を成膜しても良好な特性のものを安定して製造することができないことを確かめた。その理由を種々検討した結果、以下のような問題点があることが分かった。
【０００７】
ＨＶＰＥ法を実施する反応管は、加工性及びコストの点から石英のような酸化ケイ素系の材料で形成されているが、この酸化ケイ素系の材料は、アルミニウム金属と塩素系ガスとの反応で生成される塩化アルミニウムガスによって容易に腐食され、反応管にピンホールが形成されてしまう。この結果、内部に大気が侵入し、大気中の酸素が成膜されたＡｌＮ膜に取り込まれることによって前記ＡｌＮ膜の結晶性が影響を受け、オプトエレクトロニクスデバイス用の基板として良好な特性が得られないことを確かめた。
【０００８】
さらに、上述したように酸化ケイ素系の材料より成る反応管がＡｌＣｌガスによって腐食されて反応管に漏洩が生じると、大気が反応管内に侵入するだけではなく、反応管から外部へ種々のガスがリークして汚染が生じるという問題もある。
【０００９】
上述したように反応管がＡｌＣｌガスによって腐食される問題を解決するために、反応管をＡｌＣｌガスによって腐食されない材料、例えばＢＮやＳｉＮＸで形成することも考えられる。しかしながら、このような材料は加工性が非常に悪く、実際的でないと共に価格も高価であり、ＡｌＮ膜のコストが上昇してしまうという問題があり、実際的な解決策とはならない。
【００１０】
上述した問題は、ＨＶＰＥ法によってＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる場合に限られるものではなく、ＨＶＰＥ法によってＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ (Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１)なる組成のIII−Ｖ族窒化物膜をエピタキシャル成長させる場合にも同様に生じる問題である。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決し、ＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去または軽減して、ＨＶＰＥ法によって特性が良好な、少なくともＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、所定の基板上において、少なくともＡｌを含む窒化物膜を塩化物気相エピタキシャル成長させる装置において、内部に前記基板及び少なくともアルミニウム金属部材を保持する内側反応管と、これを囲む外側反応管との二重構造を有し、これら内側反応管及び外側反応管を酸化ケイ素系材料で形成した反応管機構を具え、前記内側反応管へ塩素系ガス、アンモニアガス及びキャリアガスを導入するガス供給手段と、前記内側反応管の内部を加熱する加熱手段と、前記内側反応管及び前記外側反応管間のガスの漏洩を検知するガス濃度センサを有するガス漏洩検知手段とを設けたことを特徴とする、III−Ｖ族窒化物膜の製造装置に関する。
【００１３】
なお、本発明における上記反応管とは、所定の壁面で覆われてなる密閉あるいは半密閉の反応管自体のみならず、反応管内で使用するノズル部品、整流板などの反応管用部材も含むものである。
【００１７】
さらに、前記内側反応管と前記外側反応管との間に圧力差を設け、前記ガス濃度センサを圧力の低い方の反応管内の所定のガスの濃度を検知できるように配置することができるが、前記外側反応管の圧力を前記内側反応管の圧力よりも低くし、前記ガス濃度センサを外側反応管内部のガス濃度を検知できるように配置するのが好適である。
【００１８】
また、前記ガス漏洩検知手段のガス濃度センサを、アンモニアガス、塩化水素ガス、窒素ガス、希ガス及び酸素の少なくとも一つの濃度を検知するものとするのが好適である。この場合、アンモニアガス、塩化水素ガス、窒素ガスおよび希ガスは、エピタキシャル成長で使用されるガスであり、したがってこの場合にはガス濃度センサを、前記内側反応管から前記外側反応管内へ漏洩する前記少なくとも一つのガスを検知するように配置することができる。
【００１９】
また、酸素ガスは大気中に含まれるものであり、外側反応管から内側反応管へ侵入するものであるから、酸素ガス濃度センサは内側反応管内のガス濃度を検知できるように配置することができる。
【００２０】
上記製造装置においては、内側反応管と外側反応管との間のガスの漏洩を、単なるガスセンサで検知するのではなく、ガス濃度センサで検知するようにしている。その理由は、これらの反応管の間でガスの漏洩が生じても、基板上に堆積されIII−Ｖ族窒化物膜の特性が直ちに許容できない程度まで劣化するのではなく、或る程度のガスの漏洩があっても支障がないので、ガス漏洩の程度を検知するのが重要であるためである。
【００２１】
したがって、検知しているガス濃度が予め決められた閾値を超えたときに、許容し得ない程度のガスの漏洩が発生したと判断し、その場合にはＡｌＣｌガスによって腐食された内側反応管を新たなものと交換すれば良い。
【００２２】
上記製造装置によれば、ＨＶＰＥ法によってIII−Ｖ族窒化物膜を基板上に高い成長速度でエピタキシャル成長させることができ、この際ＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去又は軽減することができるので、エピタキシャル成長させた前記III−Ｖ族窒化物膜の特性を向上することができる。
【００２３】
さらに、本発明は、上記製造装置を用いた製造方法に関するものであり、内側反応管と外側反応管との間のガスの漏洩を検知できる二重構造の反応管機構における前記内側反応管の内部の、ガスの流れ方向に見た上流側に少なくともアルミニウム金属部材を装填すると共に下流側に基板を装填し、外部より塩素系ガス及びアンモニアガスをキャリアガスと共に前記内側反応管に導入し、前記アルミニウム金属部材と前記塩素系ガスとの反応により生成される塩化アルミニウムガスと、前記アンモニアガスとを反応させて、前記基板上に少なくともＡｌを含む窒化物膜を塩化物気相エピタキシャル成長させることを特徴とする。
【００２４】
また、III−Ｖ族窒化物膜を成長させる前記基板は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＮｄＧａＯ３、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＳｉの単結晶基板から構成することが好ましい。また、前述した単結晶を基材として用い、この表面上に、ウルツ鉱構造又は閃亜鉛鉱構造の材料、例えばIII−Ｖ族窒化物又はＺｎＯなどの材料からなる下地膜を設けた、エピタキシャル成長基板から構成することもできる。
【００２５】
前記下地膜は、上述したＭＯＶＰＥ法によって作製することができる。また、ＭＯＶＰＥ法を用いる場合において、ＥＬＯ技術を利用することもできる。さらに、前記下地膜は単層のみではなく、異なる組成の多層膜構造として作製することもできる。
【００２６】
上述した本発明の製造装置及び製造方法によれば、Ａｌを５０原子％以上含むＡｌリッチの膜、さらにはＡｌＮ膜（Ａｌ：１００原子％）をＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去又は軽減した状態において、ＨＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させて形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の製造装置における第１の実施例の構成を示す線図である。本例においては、反応管１１の全体を、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成したものである。なお、反応管１１は、肉厚を誇張して記載してある。この場合、窒化アルミニウムはＡｌ及びＮを主成分とする六方晶あるいは立方晶系の結晶を意味し、不純物あるいは添加物として他の元素が１０％程度含まれる場合も窒化アルミニウムに含むものである。
【００２８】
また、本例においては、ＡｌＧａＮ膜を形成する場合を想定している。
【００２９】
反応管１１の内部には、サファイア基板１２を水平に保持するサセプタ１３と、アルミニウム金属部材１４を保持するボート１５と、ガリウム金属部材１６を保持するボート１７とを配置する。本例では、サファイア基板１２は水平方向下向きに保持されているが、水平方向上向きに保持しても良い。
【００３０】
さらに、本例では、ＡｌＧａＮ膜を、サファイア基材上にＧａＮ下地膜を予め形成してなるエピタキシャル成長基板１２上にエピタキシャル成長させるものである。したがって、反応管１１の内部には、アルミニウム金属部材１４を保持するボート１５と、ガリウム金属部材１６を保持するボート１７とを配置したが、ＡｌＮ膜を成膜する場合には、ガリウム金属部材１６を保持するボート１７は不要であり、さらにＡｌＧａＩｎＮ膜を成膜する場合には、インジウム金属部材を保持する第３のボートを設ければ良い。
【００３１】
なお、前記ＧａＮ下地膜は、ＭＯＶＰＥ法を用いて形成することができる。また、前記ＧａＮ下地膜をＭＯＶＰＥ法を用いて形成するに際し、ＥＬＯの技術を用いることもできる。具体的には、前記サファイア基材上に、低温バッファ層を形成した後、このバッファ層上にストライプ状のＳｉＯ２マスクを形成し、このマスクを介してＭＯＶＰＥ法によりＥＬＯ成長を行なうことができる。
【００３２】
また、図１では、アルミニウム金属部材を保持するボート１５とガリウム金属部材を保持するボート１７とを同一の温度帯に配置したが、別々の温度帯を設け、それぞれに配置することも可能である。
【００３３】
反応管１１には、ボート１５によって保持されているアルミニウム金属部材１４と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第１の導入管１８と、ボート１７によって保持されているガリウム金属部材１６と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第２の導入管１９とを設ける。上記Ｈ２ガスはキャリアガスであり、ＨＣｌガスとアルミニウム金属部材１４とが反応してＡｌＣｌガスが生成され、ＨＣｌとガリウム金属部材１６とが反応してＧａＣｌガスが生成される。
【００３４】
反応管１１にはさらにＮＨ３＋Ｈ２＋Ｎ２ガスを導入するための第３の導入管２０が連通され、上述したＡｌＣｌガス及びＧａＣｌガスとアンモニアガスとが反応してＡｌＮ及びＧａＮが生成され、これらがサファイア基板１２の表面にエピタキシャル堆積されて、ＡｌＧａＮ膜が形成される。
【００３５】
これらの導入管１８〜２０は、ガス供給装置２１に設けられたそれぞれのガス源に連結されている。本例においては、サファイア基板１２の表面に堆積されるＡｌＧａＮ膜は、Ａ面又はＣ面のサファイア基板を用いることにより、そのｃ軸が基板面に垂直に配向する。このような膜は、発光ダイオード、レーザダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスとして有利に適用できるものである。なお、形成すべき膜の結晶配向については、結晶面・結晶材料を適宜に選択することにより、デバイス用途に最適なもの選択することができる。
【００３６】
また、反応管１１には排気系２２が連通されている。さらに、反応管１１の外周には、ガスの流れ方向に見て上流側に第１の加熱装置２３を設け、下流側に第２の加熱装置２４を設ける。これら第１及び第２の加熱装置２３及び２４は、それぞれ独立に駆動できるように構成されており、これによって上流側領域２５の温度と、下流側領域２６の温度を独立して制御できるように構成する。
【００３７】
本例では、上流側領域２５を９００°Ｃに加熱し、下流側領域２６を１０００°Ｃに加熱する。ここで上流側領域２５の温度をさらに細かく制御することもできる。すなわち、第１及び第２のボート１５及び１７をガスの流れ方向に離間して配置し、それぞれを異なる温度に加熱できるように構成することもできる。
【００３８】
本例においては、上述したように反応管１１全体を、アルミニウム金属部材１４と塩化水素ガスとの反応によって生成される塩化アルミニウムガスによっては腐食されない窒化アルミニウムで形成してあるので、塩化アルミニウムガスによって反応管１１にピンホールが形成されることがない。したがって外部から反応管１１内に酸素が侵入することがないので、特性の優れたＡｌＧａＮ膜を基板１２上に成膜することができる。
【００３９】
図２は、本発明の第１の製造装置における第２の実施例の構成を示す線図である。本例において、前例と同じ部分には図１において使用した符号をそのまま使用して示し、その詳細な説明は省略する。前例では、反応管１１の全体を、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成したが、本例では酸化珪素系材料である石英より成る反応管本体１１ａの内壁に塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウム膜１１ｂをコーティングしたものである。
【００４０】
反応管１１の本体１１ａは、石英でできているので加工性が非常に高いものであり、所望の形状に容易に加工することができる。また、このような反応管１１の本体１１ａの内壁にコーティングした窒化アルミニウム膜１１ｂは、ＭＯＶＰＥ法で形成することができる。また、本例では、反応管本体１１ａの肉厚を、ほぼ５ｍｍとし、窒化アルミニウム膜１１ｂの膜厚をほぼ２０μｍとする。
【００４１】
図３は、本発明の第１の製造装置における第３の実施例の構成を示す線図である。本例において、図１に示した例と同じ部分には図１において使用した符号をそのまま使用して示し、その詳細な説明は省略する。本例では、反応管１１を、塩化アルミニウムガスによって腐食される恐れのある部分は窒化アルミニウムで形成し、その恐れがない部分は酸化珪素系材料、本例では石英で形成したものである。
【００４２】
すなわち、ガスの流れ方向に見て、入口側は、石英より成る第１の反応管部分１１−１で形成し、塩化アルミニウムガスが発生され、それによって腐食される恐れのある中間の第２の反応管部分１１−２は、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成し、さらに出口側は、塩化アルミニウムガスはアンモニアガスとの反応によって殆ど消費されているので、塩化アルミニウムガスによって腐食される恐れがないので、石英より成る第３の反応管部分１１−３で形成している。
【００４３】
このように、反応管を石英より成る第１及び第３の部分１１−１及び１１−３と、窒化アルミニウムより成る第２の部分１１−２とを結合したハイブリッド構造とすることによって、加工が面倒な入口側および出口側の部分１１−１及び１１−３を、加工性が非常に良く、コストの易い石英で形成したので、反応管全体の価格を低減することができる。
【００４４】
しかも、塩化アルミニウムガスに曝される第２の部分１１−２は、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成したので、反応管にピンホールが形成される恐れが低減し、したがって特性の良好なIII−Ｖ族窒化物膜を成長させることができる。さらに反応管の寿命を長くすることができるので、製造コストを低減することができる。
【００４５】
図４は、本発明の第２の製造装置における一例の構成を示す線図である。図４に示す製造装置においては、内側反応管３１を外側反応管３２で囲んだ二重構造の反応管機構を用いる。これら内側反応管３１及び外側反応管３２は、酸化ケイ素系の材料である石英で形成してある。また、本例では、ＡｌＧａＮ膜を作製する場合を想定している。
【００４６】
内側反応管３１の内部には、サファイア基板３３を水平に保持するサセプタ３４と、アルミニウム金属部材３５を保持するボート３６と、ガリウム金属部材３７を保持するボート３８とを配置する。本例では、サファイア基板３３は水平方向下向きに保持されているが、水平方向上向きに保持しても良い。
【００４７】
さらに、本例では、ＡｌＧａＮ膜をサファイア基板３３の上にエピタキシャル成長させるものであるから、内側反応管３１の内部には、アルミニウム金属部材３５を保持するボート３６と、ガリウム金属部材３７を保持するボート３８とを配置したが、ＡｌＮ膜を成膜する場合には、ガリウム金属部材３７を保持するボート３８は不要である。さらにＡｌＧａＩｎＮ膜を成膜する場合には、インジウム金属部材を保持する第３のボートを設ければ良い。
【００４８】
内側反応管３１には、ボート３６によって保持したアルミニウム金属部材３５と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第１の導入管３９と、ボート３８によって保持したゲルマニウム金属部材３７と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第２の導入管２０とを設ける。上記Ｈ２ガスはキャリアガスであり、ＨＣｌガスとアルミニウム金属部材３５とが反応してＡｌＣｌガスが生成され、ＨＣｌとゲルマニウム金属部材３７とが反応してＧａＣｌガスが生成される。
【００４９】
内側反応管３１にはさらにＮＨ３＋Ｈ２＋Ｎ２ガスを導入するための第３の導入管４１が連通され、上述したＡｌＣｌガス及びＧａＣｌガスとアンモニアガスとが反応してＡｌＮ及びＧａＮが生成され、これらがサファイア基板３３の表面にエピタキシャル堆積されて、ＡｌＧａＮ膜が形成される。一方、外側反応管３２に連通された導入管４２には、Ｎ２ガスが導入される。これらの導入管３９〜４２は、ガス供給装置４３に設けられたそれぞれのガス源に連結されている。
【００５０】
本例では、サファイア基板３３の表面に堆積されるＡｌＧａＮ膜は、Ａ面及びＣ面のサファイア基板を用いることにより、そのｃ軸が基板面に垂直に配向する。このような膜は、発光ダイオード、レーザダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスとして有利に適用できるものである。形成すべき膜の結晶配向については、結晶面・結晶材料を適宜に選択することにより、デバイス用途に最適なものを選択することができる。
【００５１】
また、内側反応管３１には第１の排気系４４が連通され、外側反応管３２には第２の排気系４５が連通されている。さらに、外側反応管３２の外周には、ガスの流れ方向に見て上流側に第１の加熱装置４６を設け、下流側に第２の加熱装置４７を設ける。これら第１及び第２の加熱装置４６及び４７は、それぞれ独立に駆動できるように構成されており、上流側領域４８の温度と、下流側領域４９の温度を独立して制御できるように構成する。
【００５２】
本例では、上流側領域４８を９００℃に加熱し、下流側領域４９を１０００℃に加熱する。ここで上流側領域４８の温度をさらに細かく制御することもできる。すなわち、第１及び第２のボート３６及び３８をガスの流れ方向に離間して配置し、それぞれを異なる温度に加熱できるように構成することもできる。
【００５３】
また、図４に示す製造装置においては、上述した内側反応管３１と外側反応管３２との間のガスの漏洩の程度を検出するために、外側反応管３２内のＨＣｌガスの濃度を検知するガス濃度センサ５０を設ける。
【００５４】
内側反応管３１が正常の場合には、このＨＣｌガスは内側反応管３１内だけに存在しているので、ガス濃度センサ５０ではこのＨＣｌガスは検知されない。しかし、石英より成る内側反応管３１がＡｌＣｌガスによって腐食されてピンホールが形成されると、ＨＣｌガスは内側反応管３１から外側反応管３２へ漏洩し、したがってガス濃度センサ５０で検出される。
【００５５】
図４に示す製造装置及びこれを用いた本発明の製造方法においては、このようにガス濃度センサ５０によってＨＣｌガスが検知されたときに直ちに異常事態が発生したとは判断せず、このＨＣｌガスの濃度が予め決めた濃度を超えるときに始めて異常事態が発生したと判断する。
【００５６】
このような判断を行なうために、ガス濃度センサ５０の出力信号を信号処理回路５１へ供給し、ここで上述した判断を行ない、検知されたガス濃度が所定の閾値を超えたときに異常事態が発生したと判断し、警報装置５２を駆動する。使用者はこの警報装置５２が駆動されたことを確認したときは、以後の新たなプロセスは行わず、内側反応管３１を新たなものと交換をする。
【００５７】
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では、ＡｌＧａＮ膜を成膜する場合について説明したが、少なくともＡｌを含む、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ (Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、Ｘ＞０)なる組成で示される任意のIII−Ｖ族窒化物膜のＨＶＰＥ法を用いたエピタキシャル成長に対して用いることができる。そして、特には、Ａｌを５０原子％以上、さらにはＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる場合において好ましく用いることができる。
【００５８】
また使用する基板は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）に限定されるものではなく、ＳｉＣ、ＮｄＧａＯ３、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＳｉの単結晶基板から構成することができる。また、前述した単結晶を基材として用い、この表面上に、ウルツ鉱構造又は閃亜鉛鉱構造の材料、例えばIII−Ｖ族窒化物又はＺｎＯなどの材料からなる下地膜を設けた、エピタキシャル成長基板から構成することもできる。
【００５９】
さらに、図４に示す製造装置においては、ガス濃度センサを塩化水素ガスを検知するものとしたが、アンモニアガス、窒素ガス、希ガスを検知するガス濃度センサとすることもできる。また、外側反応管から内側反応管へ大気が漏洩する場合には、大気中に含まれる酸素ガスを検知するガス濃度センサを内側反応管内のガス濃度を検知できるように配置することができる。この場合には、外側反応管の内圧を大気圧よりも低くし、内側反応管の内圧をさらにそれよりも低くすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去又は軽減して、ＨＶＰＥ法によって特性が良好な、少なくともＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の製造装置における第１の実施例の構成を示す線図である。
【図２】本発明の第１の製造装置における第２の実施例の構成を示す線図である。
【図３】本発明の第１の製造装置における第１の実施例の構成を示す線図である。
【図４】本発明の第２の製造装置における一例の構成を示す線図である。
【符号の説明】
１１ 反応管、１１ａ 反応管本体、１１ｂ 窒化アルミニウム膜、１１−１〜１１−３ 第１〜第３の部分、１２，３３ 基板、１３，３４ サセプタ、１４，３５ アルミニウム金属部材、１６，３７ ガリウム金属部材、１５，１７，３６，３８ ボート、１８〜２０，３９〜４２ 導入管、２１，４３ ガス供給装置、２２，４４，４５ 排気系 ２３，２４，４６，４７ 加熱装置、２５，４８ 上流側領域、２６，４９ 下流側領域、３１ 内側反応管、３２ 外側反応管、５０ ガス濃度センサ、５２ 信号処理回路、５３ 警報装置
【産業上の利用分野】
本発明は、基板の上に、塩化物気相エピタキシャル(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE法)法によって、少なくともＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物膜をエピタキシャル成長させるための製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード、レーザダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスにおいては、所定の基板上に少なくともＡｌを含むＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ (Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１)なる組成式で表されるIII−Ｖ族窒化物膜をエピタキシャル成長させることが提案されている。例えば、基板としてサファイア基板を用い、その上にＧａＮ膜をエピタキシャル堆積させる方法が、応用物理、第６８巻、第７号（１９９９）、ｐｐ７７４以降に記載されている。
【０００３】
この方法では、表面にＧａＮ薄膜を形成したサファイア基板を内部に保持した反応管内にガリウム金属を装填し、反応管に塩酸ガスを導入して塩化ガリウムガスを生成させ、これにアンモニアガスを反応させて塩化ガリウムを堆積させるようにしている。このようなプロセスは、通常、塩化物気相エピタキシャル(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE)法と呼ばれている。
【０００４】
このＨＶＰＥ法は、従来のＭＯＶＰＥ(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法に比べて成膜速度が高いという特徴がある。例えば、ＭＯＶＰＥ法によってＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる際の典型的な成膜速度は毎時数μｍであるが、ＨＶＰＥ法でＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる場合の典型的な成膜速度は毎時数十〜数百μｍである。したがって、ＨＶＰＥ法は、特に膜厚の大きなIII−Ｖ族窒化物膜を形成する場合に有利に利用できるものである。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
上述したようにＨＶＰＥ法によってＧａＮ膜 を製造する従来の方法で、ＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる場合には、反応管内部にアルミニウム金属部材を装填し、塩素系ガスを反応管に導入して塩化アルミガスを生成させ、さらにこの塩化アルミニウムガスをアンモニアガスと反応させて窒化アルミニウムを基板上に堆積させればよい。
【０００６】
しかしながら、このような方法でＡｌＮ膜を成膜しても良好な特性のものを安定して製造することができないことを確かめた。その理由を種々検討した結果、以下のような問題点があることが分かった。
【０００７】
ＨＶＰＥ法を実施する反応管は、加工性及びコストの点から石英のような酸化ケイ素系の材料で形成されているが、この酸化ケイ素系の材料は、アルミニウム金属と塩素系ガスとの反応で生成される塩化アルミニウムガスによって容易に腐食され、反応管にピンホールが形成されてしまう。この結果、内部に大気が侵入し、大気中の酸素が成膜されたＡｌＮ膜に取り込まれることによって前記ＡｌＮ膜の結晶性が影響を受け、オプトエレクトロニクスデバイス用の基板として良好な特性が得られないことを確かめた。
【０００８】
さらに、上述したように酸化ケイ素系の材料より成る反応管がＡｌＣｌガスによって腐食されて反応管に漏洩が生じると、大気が反応管内に侵入するだけではなく、反応管から外部へ種々のガスがリークして汚染が生じるという問題もある。
【０００９】
上述したように反応管がＡｌＣｌガスによって腐食される問題を解決するために、反応管をＡｌＣｌガスによって腐食されない材料、例えばＢＮやＳｉＮＸで形成することも考えられる。しかしながら、このような材料は加工性が非常に悪く、実際的でないと共に価格も高価であり、ＡｌＮ膜のコストが上昇してしまうという問題があり、実際的な解決策とはならない。
【００１０】
上述した問題は、ＨＶＰＥ法によってＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる場合に限られるものではなく、ＨＶＰＥ法によってＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ (Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１)なる組成のIII−Ｖ族窒化物膜をエピタキシャル成長させる場合にも同様に生じる問題である。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決し、ＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去または軽減して、ＨＶＰＥ法によって特性が良好な、少なくともＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、所定の基板上において、少なくともＡｌを含む窒化物膜を塩化物気相エピタキシャル成長させる装置において、内部に前記基板及び少なくともアルミニウム金属部材を保持する内側反応管と、これを囲む外側反応管との二重構造を有し、これら内側反応管及び外側反応管を酸化ケイ素系材料で形成した反応管機構を具え、前記内側反応管へ塩素系ガス、アンモニアガス及びキャリアガスを導入するガス供給手段と、前記内側反応管の内部を加熱する加熱手段と、前記内側反応管及び前記外側反応管間のガスの漏洩を検知するガス濃度センサを有するガス漏洩検知手段とを設けたことを特徴とする、III−Ｖ族窒化物膜の製造装置に関する。
【００１３】
なお、本発明における上記反応管とは、所定の壁面で覆われてなる密閉あるいは半密閉の反応管自体のみならず、反応管内で使用するノズル部品、整流板などの反応管用部材も含むものである。
【００１７】
さらに、前記内側反応管と前記外側反応管との間に圧力差を設け、前記ガス濃度センサを圧力の低い方の反応管内の所定のガスの濃度を検知できるように配置することができるが、前記外側反応管の圧力を前記内側反応管の圧力よりも低くし、前記ガス濃度センサを外側反応管内部のガス濃度を検知できるように配置するのが好適である。
【００１８】
また、前記ガス漏洩検知手段のガス濃度センサを、アンモニアガス、塩化水素ガス、窒素ガス、希ガス及び酸素の少なくとも一つの濃度を検知するものとするのが好適である。この場合、アンモニアガス、塩化水素ガス、窒素ガスおよび希ガスは、エピタキシャル成長で使用されるガスであり、したがってこの場合にはガス濃度センサを、前記内側反応管から前記外側反応管内へ漏洩する前記少なくとも一つのガスを検知するように配置することができる。
【００１９】
また、酸素ガスは大気中に含まれるものであり、外側反応管から内側反応管へ侵入するものであるから、酸素ガス濃度センサは内側反応管内のガス濃度を検知できるように配置することができる。
【００２０】
上記製造装置においては、内側反応管と外側反応管との間のガスの漏洩を、単なるガスセンサで検知するのではなく、ガス濃度センサで検知するようにしている。その理由は、これらの反応管の間でガスの漏洩が生じても、基板上に堆積されIII−Ｖ族窒化物膜の特性が直ちに許容できない程度まで劣化するのではなく、或る程度のガスの漏洩があっても支障がないので、ガス漏洩の程度を検知するのが重要であるためである。
【００２１】
したがって、検知しているガス濃度が予め決められた閾値を超えたときに、許容し得ない程度のガスの漏洩が発生したと判断し、その場合にはＡｌＣｌガスによって腐食された内側反応管を新たなものと交換すれば良い。
【００２２】
上記製造装置によれば、ＨＶＰＥ法によってIII−Ｖ族窒化物膜を基板上に高い成長速度でエピタキシャル成長させることができ、この際ＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去又は軽減することができるので、エピタキシャル成長させた前記III−Ｖ族窒化物膜の特性を向上することができる。
【００２３】
さらに、本発明は、上記製造装置を用いた製造方法に関するものであり、内側反応管と外側反応管との間のガスの漏洩を検知できる二重構造の反応管機構における前記内側反応管の内部の、ガスの流れ方向に見た上流側に少なくともアルミニウム金属部材を装填すると共に下流側に基板を装填し、外部より塩素系ガス及びアンモニアガスをキャリアガスと共に前記内側反応管に導入し、前記アルミニウム金属部材と前記塩素系ガスとの反応により生成される塩化アルミニウムガスと、前記アンモニアガスとを反応させて、前記基板上に少なくともＡｌを含む窒化物膜を塩化物気相エピタキシャル成長させることを特徴とする。
【００２４】
また、III−Ｖ族窒化物膜を成長させる前記基板は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＮｄＧａＯ３、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＳｉの単結晶基板から構成することが好ましい。また、前述した単結晶を基材として用い、この表面上に、ウルツ鉱構造又は閃亜鉛鉱構造の材料、例えばIII−Ｖ族窒化物又はＺｎＯなどの材料からなる下地膜を設けた、エピタキシャル成長基板から構成することもできる。
【００２５】
前記下地膜は、上述したＭＯＶＰＥ法によって作製することができる。また、ＭＯＶＰＥ法を用いる場合において、ＥＬＯ技術を利用することもできる。さらに、前記下地膜は単層のみではなく、異なる組成の多層膜構造として作製することもできる。
【００２６】
上述した本発明の製造装置及び製造方法によれば、Ａｌを５０原子％以上含むＡｌリッチの膜、さらにはＡｌＮ膜（Ａｌ：１００原子％）をＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去又は軽減した状態において、ＨＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させて形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の製造装置における第１の実施例の構成を示す線図である。本例においては、反応管１１の全体を、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成したものである。なお、反応管１１は、肉厚を誇張して記載してある。この場合、窒化アルミニウムはＡｌ及びＮを主成分とする六方晶あるいは立方晶系の結晶を意味し、不純物あるいは添加物として他の元素が１０％程度含まれる場合も窒化アルミニウムに含むものである。
【００２８】
また、本例においては、ＡｌＧａＮ膜を形成する場合を想定している。
【００２９】
反応管１１の内部には、サファイア基板１２を水平に保持するサセプタ１３と、アルミニウム金属部材１４を保持するボート１５と、ガリウム金属部材１６を保持するボート１７とを配置する。本例では、サファイア基板１２は水平方向下向きに保持されているが、水平方向上向きに保持しても良い。
【００３０】
さらに、本例では、ＡｌＧａＮ膜を、サファイア基材上にＧａＮ下地膜を予め形成してなるエピタキシャル成長基板１２上にエピタキシャル成長させるものである。したがって、反応管１１の内部には、アルミニウム金属部材１４を保持するボート１５と、ガリウム金属部材１６を保持するボート１７とを配置したが、ＡｌＮ膜を成膜する場合には、ガリウム金属部材１６を保持するボート１７は不要であり、さらにＡｌＧａＩｎＮ膜を成膜する場合には、インジウム金属部材を保持する第３のボートを設ければ良い。
【００３１】
なお、前記ＧａＮ下地膜は、ＭＯＶＰＥ法を用いて形成することができる。また、前記ＧａＮ下地膜をＭＯＶＰＥ法を用いて形成するに際し、ＥＬＯの技術を用いることもできる。具体的には、前記サファイア基材上に、低温バッファ層を形成した後、このバッファ層上にストライプ状のＳｉＯ２マスクを形成し、このマスクを介してＭＯＶＰＥ法によりＥＬＯ成長を行なうことができる。
【００３２】
また、図１では、アルミニウム金属部材を保持するボート１５とガリウム金属部材を保持するボート１７とを同一の温度帯に配置したが、別々の温度帯を設け、それぞれに配置することも可能である。
【００３３】
反応管１１には、ボート１５によって保持されているアルミニウム金属部材１４と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第１の導入管１８と、ボート１７によって保持されているガリウム金属部材１６と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第２の導入管１９とを設ける。上記Ｈ２ガスはキャリアガスであり、ＨＣｌガスとアルミニウム金属部材１４とが反応してＡｌＣｌガスが生成され、ＨＣｌとガリウム金属部材１６とが反応してＧａＣｌガスが生成される。
【００３４】
反応管１１にはさらにＮＨ３＋Ｈ２＋Ｎ２ガスを導入するための第３の導入管２０が連通され、上述したＡｌＣｌガス及びＧａＣｌガスとアンモニアガスとが反応してＡｌＮ及びＧａＮが生成され、これらがサファイア基板１２の表面にエピタキシャル堆積されて、ＡｌＧａＮ膜が形成される。
【００３５】
これらの導入管１８〜２０は、ガス供給装置２１に設けられたそれぞれのガス源に連結されている。本例においては、サファイア基板１２の表面に堆積されるＡｌＧａＮ膜は、Ａ面又はＣ面のサファイア基板を用いることにより、そのｃ軸が基板面に垂直に配向する。このような膜は、発光ダイオード、レーザダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスとして有利に適用できるものである。なお、形成すべき膜の結晶配向については、結晶面・結晶材料を適宜に選択することにより、デバイス用途に最適なもの選択することができる。
【００３６】
また、反応管１１には排気系２２が連通されている。さらに、反応管１１の外周には、ガスの流れ方向に見て上流側に第１の加熱装置２３を設け、下流側に第２の加熱装置２４を設ける。これら第１及び第２の加熱装置２３及び２４は、それぞれ独立に駆動できるように構成されており、これによって上流側領域２５の温度と、下流側領域２６の温度を独立して制御できるように構成する。
【００３７】
本例では、上流側領域２５を９００°Ｃに加熱し、下流側領域２６を１０００°Ｃに加熱する。ここで上流側領域２５の温度をさらに細かく制御することもできる。すなわち、第１及び第２のボート１５及び１７をガスの流れ方向に離間して配置し、それぞれを異なる温度に加熱できるように構成することもできる。
【００３８】
本例においては、上述したように反応管１１全体を、アルミニウム金属部材１４と塩化水素ガスとの反応によって生成される塩化アルミニウムガスによっては腐食されない窒化アルミニウムで形成してあるので、塩化アルミニウムガスによって反応管１１にピンホールが形成されることがない。したがって外部から反応管１１内に酸素が侵入することがないので、特性の優れたＡｌＧａＮ膜を基板１２上に成膜することができる。
【００３９】
図２は、本発明の第１の製造装置における第２の実施例の構成を示す線図である。本例において、前例と同じ部分には図１において使用した符号をそのまま使用して示し、その詳細な説明は省略する。前例では、反応管１１の全体を、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成したが、本例では酸化珪素系材料である石英より成る反応管本体１１ａの内壁に塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウム膜１１ｂをコーティングしたものである。
【００４０】
反応管１１の本体１１ａは、石英でできているので加工性が非常に高いものであり、所望の形状に容易に加工することができる。また、このような反応管１１の本体１１ａの内壁にコーティングした窒化アルミニウム膜１１ｂは、ＭＯＶＰＥ法で形成することができる。また、本例では、反応管本体１１ａの肉厚を、ほぼ５ｍｍとし、窒化アルミニウム膜１１ｂの膜厚をほぼ２０μｍとする。
【００４１】
図３は、本発明の第１の製造装置における第３の実施例の構成を示す線図である。本例において、図１に示した例と同じ部分には図１において使用した符号をそのまま使用して示し、その詳細な説明は省略する。本例では、反応管１１を、塩化アルミニウムガスによって腐食される恐れのある部分は窒化アルミニウムで形成し、その恐れがない部分は酸化珪素系材料、本例では石英で形成したものである。
【００４２】
すなわち、ガスの流れ方向に見て、入口側は、石英より成る第１の反応管部分１１−１で形成し、塩化アルミニウムガスが発生され、それによって腐食される恐れのある中間の第２の反応管部分１１−２は、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成し、さらに出口側は、塩化アルミニウムガスはアンモニアガスとの反応によって殆ど消費されているので、塩化アルミニウムガスによって腐食される恐れがないので、石英より成る第３の反応管部分１１−３で形成している。
【００４３】
このように、反応管を石英より成る第１及び第３の部分１１−１及び１１−３と、窒化アルミニウムより成る第２の部分１１−２とを結合したハイブリッド構造とすることによって、加工が面倒な入口側および出口側の部分１１−１及び１１−３を、加工性が非常に良く、コストの易い石英で形成したので、反応管全体の価格を低減することができる。
【００４４】
しかも、塩化アルミニウムガスに曝される第２の部分１１−２は、塩化アルミニウムガスによって腐食されない窒化アルミニウムで形成したので、反応管にピンホールが形成される恐れが低減し、したがって特性の良好なIII−Ｖ族窒化物膜を成長させることができる。さらに反応管の寿命を長くすることができるので、製造コストを低減することができる。
【００４５】
図４は、本発明の第２の製造装置における一例の構成を示す線図である。図４に示す製造装置においては、内側反応管３１を外側反応管３２で囲んだ二重構造の反応管機構を用いる。これら内側反応管３１及び外側反応管３２は、酸化ケイ素系の材料である石英で形成してある。また、本例では、ＡｌＧａＮ膜を作製する場合を想定している。
【００４６】
内側反応管３１の内部には、サファイア基板３３を水平に保持するサセプタ３４と、アルミニウム金属部材３５を保持するボート３６と、ガリウム金属部材３７を保持するボート３８とを配置する。本例では、サファイア基板３３は水平方向下向きに保持されているが、水平方向上向きに保持しても良い。
【００４７】
さらに、本例では、ＡｌＧａＮ膜をサファイア基板３３の上にエピタキシャル成長させるものであるから、内側反応管３１の内部には、アルミニウム金属部材３５を保持するボート３６と、ガリウム金属部材３７を保持するボート３８とを配置したが、ＡｌＮ膜を成膜する場合には、ガリウム金属部材３７を保持するボート３８は不要である。さらにＡｌＧａＩｎＮ膜を成膜する場合には、インジウム金属部材を保持する第３のボートを設ければ良い。
【００４８】
内側反応管３１には、ボート３６によって保持したアルミニウム金属部材３５と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第１の導入管３９と、ボート３８によって保持したゲルマニウム金属部材３７と反応させるＨ２＋ＨＣｌガスを導入するための第２の導入管２０とを設ける。上記Ｈ２ガスはキャリアガスであり、ＨＣｌガスとアルミニウム金属部材３５とが反応してＡｌＣｌガスが生成され、ＨＣｌとゲルマニウム金属部材３７とが反応してＧａＣｌガスが生成される。
【００４９】
内側反応管３１にはさらにＮＨ３＋Ｈ２＋Ｎ２ガスを導入するための第３の導入管４１が連通され、上述したＡｌＣｌガス及びＧａＣｌガスとアンモニアガスとが反応してＡｌＮ及びＧａＮが生成され、これらがサファイア基板３３の表面にエピタキシャル堆積されて、ＡｌＧａＮ膜が形成される。一方、外側反応管３２に連通された導入管４２には、Ｎ２ガスが導入される。これらの導入管３９〜４２は、ガス供給装置４３に設けられたそれぞれのガス源に連結されている。
【００５０】
本例では、サファイア基板３３の表面に堆積されるＡｌＧａＮ膜は、Ａ面及びＣ面のサファイア基板を用いることにより、そのｃ軸が基板面に垂直に配向する。このような膜は、発光ダイオード、レーザダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスとして有利に適用できるものである。形成すべき膜の結晶配向については、結晶面・結晶材料を適宜に選択することにより、デバイス用途に最適なものを選択することができる。
【００５１】
また、内側反応管３１には第１の排気系４４が連通され、外側反応管３２には第２の排気系４５が連通されている。さらに、外側反応管３２の外周には、ガスの流れ方向に見て上流側に第１の加熱装置４６を設け、下流側に第２の加熱装置４７を設ける。これら第１及び第２の加熱装置４６及び４７は、それぞれ独立に駆動できるように構成されており、上流側領域４８の温度と、下流側領域４９の温度を独立して制御できるように構成する。
【００５２】
本例では、上流側領域４８を９００℃に加熱し、下流側領域４９を１０００℃に加熱する。ここで上流側領域４８の温度をさらに細かく制御することもできる。すなわち、第１及び第２のボート３６及び３８をガスの流れ方向に離間して配置し、それぞれを異なる温度に加熱できるように構成することもできる。
【００５３】
また、図４に示す製造装置においては、上述した内側反応管３１と外側反応管３２との間のガスの漏洩の程度を検出するために、外側反応管３２内のＨＣｌガスの濃度を検知するガス濃度センサ５０を設ける。
【００５４】
内側反応管３１が正常の場合には、このＨＣｌガスは内側反応管３１内だけに存在しているので、ガス濃度センサ５０ではこのＨＣｌガスは検知されない。しかし、石英より成る内側反応管３１がＡｌＣｌガスによって腐食されてピンホールが形成されると、ＨＣｌガスは内側反応管３１から外側反応管３２へ漏洩し、したがってガス濃度センサ５０で検出される。
【００５５】
図４に示す製造装置及びこれを用いた本発明の製造方法においては、このようにガス濃度センサ５０によってＨＣｌガスが検知されたときに直ちに異常事態が発生したとは判断せず、このＨＣｌガスの濃度が予め決めた濃度を超えるときに始めて異常事態が発生したと判断する。
【００５６】
このような判断を行なうために、ガス濃度センサ５０の出力信号を信号処理回路５１へ供給し、ここで上述した判断を行ない、検知されたガス濃度が所定の閾値を超えたときに異常事態が発生したと判断し、警報装置５２を駆動する。使用者はこの警報装置５２が駆動されたことを確認したときは、以後の新たなプロセスは行わず、内側反応管３１を新たなものと交換をする。
【００５７】
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では、ＡｌＧａＮ膜を成膜する場合について説明したが、少なくともＡｌを含む、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ (Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、Ｘ＞０)なる組成で示される任意のIII−Ｖ族窒化物膜のＨＶＰＥ法を用いたエピタキシャル成長に対して用いることができる。そして、特には、Ａｌを５０原子％以上、さらにはＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる場合において好ましく用いることができる。
【００５８】
また使用する基板は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）に限定されるものではなく、ＳｉＣ、ＮｄＧａＯ３、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＳｉの単結晶基板から構成することができる。また、前述した単結晶を基材として用い、この表面上に、ウルツ鉱構造又は閃亜鉛鉱構造の材料、例えばIII−Ｖ族窒化物又はＺｎＯなどの材料からなる下地膜を設けた、エピタキシャル成長基板から構成することもできる。
【００５９】
さらに、図４に示す製造装置においては、ガス濃度センサを塩化水素ガスを検知するものとしたが、アンモニアガス、窒素ガス、希ガスを検知するガス濃度センサとすることもできる。また、外側反応管から内側反応管へ大気が漏洩する場合には、大気中に含まれる酸素ガスを検知するガス濃度センサを内側反応管内のガス濃度を検知できるように配置することができる。この場合には、外側反応管の内圧を大気圧よりも低くし、内側反応管の内圧をさらにそれよりも低くすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＡｌＣｌガスによる腐食の影響を除去又は軽減して、ＨＶＰＥ法によって特性が良好な、少なくともＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の製造装置における第１の実施例の構成を示す線図である。
【図２】本発明の第１の製造装置における第２の実施例の構成を示す線図である。
【図３】本発明の第１の製造装置における第１の実施例の構成を示す線図である。
【図４】本発明の第２の製造装置における一例の構成を示す線図である。
【符号の説明】
１１ 反応管、１１ａ 反応管本体、１１ｂ 窒化アルミニウム膜、１１−１〜１１−３ 第１〜第３の部分、１２，３３ 基板、１３，３４ サセプタ、１４，３５ アルミニウム金属部材、１６，３７ ガリウム金属部材、１５，１７，３６，３８ ボート、１８〜２０，３９〜４２ 導入管、２１，４３ ガス供給装置、２２，４４，４５ 排気系 ２３，２４，４６，４７ 加熱装置、２５，４８ 上流側領域、２６，４９ 下流側領域、３１ 内側反応管、３２ 外側反応管、５０ ガス濃度センサ、５２ 信号処理回路、５３ 警報装置
Claims (11)
- 所定の基板上において、少なくともＡｌを含む窒化物膜を塩化物気相エピタキシャル成長させる装置において、内部に前記基板及び少なくともアルミニウム金属部材を保持する内側反応管と、これを囲む外側反応管との二重構造を有し、これら内側反応管及び外側反応管を酸化ケイ素系材料で形成した反応管機構を具え、前記内側反応管へ塩素系ガス、アンモニアガス及びキャリアガスを導入するガス供給手段と、前記内側反応管の内部を加熱する加熱手段と、前記内側反応管及び前記外側反応管間のガスの漏洩を検知するガス濃度センサを有するガス漏洩検知手段とを設けたことを特徴とする、III−Ｖ族窒化物膜の製造装置。
- 前記内側反応管と前記外側反応管との間に圧力差を設け、前記ガス濃度センサを圧力の低い方の反応管内のガス濃度を検知するように配置したことを特徴とする、請求項１に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置。
- 前記外側反応管の圧力を前記内側反応管の圧力よりも低くし、前記ガス濃度センサを外側反応管内部のガス濃度を検知するように配置したことを特徴とする、請求項２に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置。
- 前記ガス漏洩検知手段のガス濃度センサは、アンモニアガス、塩化水素ガス、窒素ガス及び希ガスの少なくとも一つの濃度を検知することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置。
- 前記III−Ｖ族窒化物膜におけるＡｌ含有量が、５０原子％以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置。
- 前記III−Ｖ族窒化物膜はＡｌＮ膜であることを特徴とする、請求項５に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造装置。
- 内側反応管と外側反応管との間のガスの漏洩を検知できる二重構造の反応管機構における前記内側反応管の内部の、ガスの流れ方向に見た上流側に少なくともアルミニウム金属部材を装填すると共に下流側に基板を装填し、外部より塩素系ガス及びアンモニアガスをキャリアガスと共に前記内側反応管に導入し、前記アルミニウム金属部材と前記塩素系ガスとの反応により生成される塩化アルミニウムガスと、前記アンモニアガスとを反応させて、前記基板上に少なくともＡｌを含む窒化物膜を塩化物気相エピタキシャル成長させることを特徴とする、III−Ｖ族窒化物膜の製造方法。
- 前記基板は、Ａｌ ２ Ｏ ３ 、ＳｉＣ、ＮｄＧａＯ ３ 、ＬｉＧａＯ ２ 、ＬｉＡｌＯ ２ 、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ ２ Ｏ ４ 、ＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＳｉの単結晶基板から構成されることを特徴とする、請求項７に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造方法。
- 前記基板は、Ａｌ ２ Ｏ ３ 、ＳｉＣ、ＮｄＧａＯ ３ 、ＬｉＧａＯ ２ 、ＬｉＡｌＯ ２ 、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ ２ Ｏ ４ 、ＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＳｉの単結晶基材と、この表面にエピタキシャル成長されたIIウルツ鉱構造又は閃亜鉛鉱構造を有する材料からなる下地膜とからなるエピタキシャル成長基板から構成されることを特徴とする、請求項７に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造方法。
- 前記III−Ｖ族窒化物膜におけるＡｌ含有量が、５０原子％以上であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造方法。
- 前記III−Ｖ族窒化物膜は、ＡｌＮ膜であることを特徴とする、請求項１０に記載のIII−Ｖ族窒化物膜の製造方法。
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