JP4594820B2 - ハイドライド気相成長装置、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイドライド気相成長装置、III族窒化物半導体基板の製造方法、III族窒化物半導体基板に関する。

近年、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ基板を製造する方法として、ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、ＡｌＧａＮ膜を成膜する場合には、気相成長装置の反応管内に、一対の供給管を配置し、各供給管内にそれぞれ金属Ａｌと金属Ｇａを配置する。そして各供給管に、塩素（ＨＣｌ）ガスを供給し、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガス、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを発生させる。
この反応は以下の式１、式２で示される。

Ａｌ＋３ＨＣｌ ← → ＡｌＣｌ_３＋（３／２）Ｈ_２・・・（式１）

Ｇａ＋ＨＣｌ ← → ＧａＣｌ＋（1／２）Ｈ_２・・・（式２）

また、一方で、アンモニア（ＮＨ_３）ガスを反応管内に供給する。
そして、各供給管から排出されるＡｌＣｌ_３ガス、ＧａＣｌガスと、ＮＨ_３ガスとを反応させて、ＡｌＧａＮ膜を成膜する（式３、式４）。

ＡｌＣｌ_３＋ＮＨ_３ ← → ＡｌＮ＋３ＨＣｌ・・・（式３）

ＧａＣｌ＋ＮＨ_３ ← → ＧａＮ＋ＨＣｌ＋Ｈ_２・・・（式４）

特開２００２−３０５１５５号公報

従来のハイドライド気相成長法により、ＡｌＧａＮ膜を成膜する場合には、以下の課題が生じていた。
ＡｌＣｌ_３ガスの反応性が極めて高いため、ＡｌＮの生成速度は非常に速い。そのため、供給管からＡｌＣｌ_３ガスが排出された直後に、ＮＨ_３ガスと反応し、基板に到達する前に、供給管の供給口近傍で、ＡｌＮが優先的に析出してしまうことがある。そのため、供給管の供給口にＡｌＮが析出してしまい、ＡｌＧａＮ膜の成膜自体が困難となることがある。
また、ＡｌＮが優先的に析出してしまうことで、所望の組成比のＡｌＧａＮ膜を得ることが困難となる。

また、上述した式３、式４で示したように、ＡｌＧａＮ膜を成膜する際には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＨＣｌが生じるが、同時に、発生したＨＣｌとＡｌＧａＮとでエッチング反応が生じる。
エッチング反応は次の式５と式６によって表される。

ＧａＮ＋ＨＣｌ ← → ＧａＣｌ＋（１／２）Ｎ_２＋（1／２）Ｈ_２・・・（式５）

ＡｌＮ＋３ＨＣｌ ← → ＡｌＣｌ_３＋（1／２）Ｎ_２＋（３／２）Ｈ_２・・・（式６）

ＨＣｌガスによるＧａＮのエッチング速度は、ＨＣｌガスによるＡｌＮのエッチング速度よりも、きわめて速い。
前述したように、従来のハイドライド気相成長法では、基板に到達する前に、供給管の供給口近傍で、ＡｌＮが優先的に析出してしまうため、このＡｌＮの析出に伴い多量のＨＣｌガスが生じる。この多量のＨＣｌにより、ＧａＮがエッチングされることとなるので、これによっても、所望の組成比のＡｌＧａＮ膜を得ることが困難となる。

なお、ＡｌＧａＮ膜を成膜する例をあげて、従来のハイドライド気相成長法の課題を説明したが、ＡｌＮ膜を成膜する際にも、供給管からＡｌＣｌ_３ガスが排出された直後に、ＮＨ_３ガスと反応し、基板に到達する前に、供給管の供給口近傍で、ＡｌＮが優先的に析出してしまう。この場合においても、供給管の供給口にＡｌＮが付着してしまいＡｌＮ膜の成膜が困難となることがある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する供給口近傍でのＡｌ系窒化物の析出を抑制する技術を提供するものである。

本発明によれば、Ａｌのハロゲン化合物を含む第一の反応ガスと、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスとを、基板に対して略同一方向から供給し、前記基板上に膜を形成するハイドライド気相成長装置であって、前記基板を保持する基板保持部材と、前記第一の反応ガスと、前記第二の反応ガスとが供給されるとともに、前記基板保持部材を収容する反応管と、前記反応管内に形成され、前記第一の反応ガスを生成する反応ガス生成室、この反応ガス生成室と連通し、前記反応管の前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記第一の反応ガスを供給する第一の反応ガス供給口、および、前記反応ガス生成室内に、ＨＣｌガスと前記第一の反応ガスを希釈するためのキャリアガスとを導入する導入部を有する反応ガス生成部と、前記基板保持部材に保持された前記基板に対し、前記第二の反応ガスを供給する第二の反応ガス供給口を有する第二の反応ガス供給部と、を備え、前記第一の反応ガス供給口は、前記第二の反応ガス供給口よりも、上流側に配置されており、前記第一の反応ガス供給口よりも下流側に配置されるとともに、前記第二の反応ガス供給口よりも上流側に配置され、第二の反応ガスが第一の反応ガス供給口近傍に流入することを制限する流入規制部を有することを特徴とするハイドライド気相成長装置を提供することができる。

この構成によれば、ハイドライド気相成長装置は、第一の反応ガス供給口近傍への第二の反応ガスの流入を規制する流入規制部を有しているので、第一の反応ガス供給口近傍での第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を抑制することができる。
また、反応ガス生成部の反応ガス生成室では、生成された第一の反応ガスが、キャリアガスにより希釈されている。反応ガス生成部の第一の反応ガス供給口からは希釈された第一の反応ガスが排出されるので、反応ガス生成部の第一の反応ガス供給口近傍においても、第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応が起こりにくくなる。

さらに、反応ガス生成部の第一の反応ガス供給口は、第二の反応ガス供給口よりも、上流側に配置されており、第二の反応ガス供給口から排出された第二の反応ガスが、第一の反応ガス供給口側に流れにくくなっているので、反応ガス生成部の第一の反応ガス供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができる。
このように、反応ガス生成部の第一の反応ガス供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができるので、第一の反応ガス供給口にＡｌ系窒化物が付着して、成膜が困難となってしまうことを防止できる。

本発明では、前記第二の反応ガス供給口から前記基板保持部材に向かって流れる前記第二の反応ガスの流れ方向と交差する方向に、前記第一の反応ガス供給口から第一の反応ガスが排出されるように、前記第一の反応ガス供給口が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、第一の反応ガス供給口からは、第二の反応ガスの流れ方向と交差する方向に、第一の反応ガスが排出されている。換言すると、第一の反応ガス供給口が第二の反応ガスの流れ方向に対し、平行に開口しており、直交するような方向には開口していないといえる。
そのため、第二の反応ガスが逆流するようなことがあっても、第一の反応ガス供給口内に第二の反応ガスが入ってしまうことを防止できる。これにより、第一の反応ガス供給口でのＡｌ系窒化物の析出を防止することができる。

さらに、本発明では、前記反応ガス生成部の前記流入規制部は、第二の反応ガス供給口から、前記基板保持部材に向かって流れる前記第二の反応ガスの流れ方向と直交する流入規制壁部を含むことが好ましい。
流入規制部が、第二の反応ガスの流れ方向と略直交する流入規制壁部を有することで、第二の反応ガスが逆流するようなことがあっても、流入規制壁部により、第二の反応ガスの逆流を遮断することができる。

また、本発明では、前記導入部へのキャリアガスの導入方向と、前記第一の反応ガス供給口からの第一の反応ガスの排出方向とは略直交することが好ましい。
導入部へのキャリアガスの導入方向と、第一の反応ガス供給口からの第一の反応ガスの排出方向とが同じ方向である場合には、導入部に挿入されたキャリアガスが、すぐに第一の反応ガス供給口から排出されてしまうこととなる。そのため、反応ガス生成室内において、第一の反応ガスをキャリアガスにより充分に希釈できない場合がある。
これに対し、本発明では、導入部へのキャリアガスの導入方向と、第一の反応ガス供給口からの第一の反応ガスの排出方向とを略直交させることで、反応ガス生成室内にキャリアガスを充填させることができ、第一の反応ガスをキャリアガスにより充分に希釈することができる。
これにより、第一の反応ガス供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応をより確実に抑制することができる。

さらに、本発明では、第一の反応ガス供給口近傍の第一の反応ガスの流路の断面積は、第二の反応ガス供給口から基板に向かう第二の反応ガスの流路の断面積よりも小さいことが好ましい。
第一の反応ガス供給口近傍の第一の反応ガスの流路の断面積を、第二の反応ガス供給口から基板に向かう第二の反応ガスの流路の断面積よりも小さくしておくことで、第一の反応ガス供給口近傍の第一の反応ガスの流路中に、第二の反応ガスが流入しにくくなる。これにより、第一の反応ガス供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を抑制することができる。

また、本発明によれば、上述した何れかのハイドライド気相成長装置を用い、前記基板保持部材に前記基板を設置保持させた後、前記基板上に、Ａｌを含有するIII族窒化物半導体膜を成長させ、前記III族窒化物半導体膜を含むIII族窒化物基板を得る工程を含む、III族窒化物半導体基板の製造方法も提供することができる。
この際、前記III族窒化物半導体膜を成長させた後、前記基板を除去する工程をさらに含むことが好ましい。
さらには、本発明によれば、このようなIII族窒化物半導体基板の製造方法により得られたIII族窒化物半導体基板も提供することができる。

本発明によれば、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する供給口近傍でのＡｌ系窒化物の析出を抑制することができる技術が提供される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施の形態においては、円筒型の石英製反応管１１を用いた、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長を行うハイドライド気相成長装置を例に挙げて説明する。
図１には、本実施形態のハイドライド気相成長装置１の模式図が示されている。
このハイドライド気相成長装置１は、反応管１１と、反応ガス生成部１３，１４と、ＮＨ_３ガス供給部（第二の反応ガス供給部）１５、排気部１６と、ヒータ１７と、基板保持部材１８とを備える。
反応管１１は、円筒状であり、反応管１１には、その一対の開口をふさぐ一対の閉鎖部材１９が取り付けられている。
一対の閉鎖部材１９のうち、一方の閉鎖部材１９には、３つの孔１９１Ａ〜１９１Ｃが形成され、各孔１９１Ａ〜１９１Ｃに配管２０，２１が接続されている。
図１の上方の孔１９１Ａには、ＨＣｌガスおよびキャリアガスとしてのＮ_２ガスを供給する配管２０が接続され、図１中央の孔１９１Ｂには、ＮＨ_３ガスおよびキャリアガスとしてのＮ_２ガスを供給するＮＨ_３ガス供給部１５の配管２１が接続され、図１下方の孔１９１Ｃには、ＨＣｌガスおよびＮ_２ガスを供給する配管２０が接続されている。
他方の閉鎖部材１９には、反応管１１のガスを排出するための配管が接続され、排気部１６が形成されている。

反応管１１内部には、反応ガス生成部１３，１４、ＮＨ_３ガス供給部１５、基板保持部材１８が収容されている。
基板保持部材１８は基板Ｓを保持するサセプタである。本実施形態では、反応管１１内を図面左側から右側に向かって反応ガスが流れるが、基板保持部材１８は、反応ガスの流れの下流側に配置されている。
基板保持部材１８に保持された基板Ｓの表面は、反応ガスの流れに対し、直交するようになっている。また、基板保持部材１８は、反応管１１の軸と平行な軸を中心に、回転駆動するように構成されている。
なお、図１では、基板保持部材１８は、一枚の基板Ｓのみを保持しているが、このような構造に限らず、複数枚の基板Ｓを保持してもよい。
ここで、基板Ｓの材質は特に限定されるものではないが、例えば、サファイア基板を使用することができる。

ＮＨ_３ガス供給部１５は、閉鎖部材１９の中央の孔１９１Ｂに接続された配管２１を有する。この配管２１の基板保持部材１８側の開口がＮＨ_３ガス供給口（第二の反応ガス供給口）１５１である。

反応ガス生成部１３は、ＮＨ_３ガス供給部１５の配管２１に隣接して配置されている。
反応ガス生成部１３は、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスとしての三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを生成するためのものである。
この反応ガス生成部１３は、内部に第一の反応ガスの固体原料であるＡｌ原料が設置される原料載置部１３１と、この原料載置部１３１を収容する反応ガス生成室１３０とを有する。
また、反応ガス生成部１３は、反応ガス生成室１３０と連通し、基板保持部材１８に保持された基板Ｓに対し、ＡｌＣｌ_３ガスを供給するＡｌＣｌ_３ガス供給口である孔１３２Ａ１（第一の反応ガス供給口）、および、反応ガス生成室１３０内に、ＡｌＣｌ_３ガスを希釈するためのキャリアガス、ＨＣｌガスを導入する導入部である孔１９１Ａを有する。

反応ガス生成室１３０は、第一壁部１３２Ａ、第二壁部１３２Ｃと、反応管１１の内面と、および閉鎖部材１９の内面とで区画されたものである。反応ガス生成室１３０では、原料載置部１３１に載置されたＡｌ原料と、反応ガス生成室１３０に導入されるＨＣｌガスとが反応して、ＡｌＣｌ_３ガスが生成される。
この反応ガス生成室１３０は半密閉空間となっている。
図２にも示すように、第一壁部１３２Ａは、反応管１１の内面と対向するとともに、ＮＨ_３ガス供給部１５の配管２１に隣接している。
この第一壁部１３２Ａは、平面略矩形形状である。第一壁部１３２Ａは、反応管１１の上方の空間を区切るように配置されている。また、第一壁部１３２Ａは、閉鎖部材１９に当接している。
この第一壁部１３２Ａには、孔１３２Ａ１が形成されており、この孔１３２Ａ１には配管２３が接続されている。
この第一壁部１３２Ａの孔１３２Ａ１からは、反応ガス生成室１３０内のＡｌＣｌ_３ガスが排出され、基板保持部材１８に保持された基板Ｓに向かって供給される。従って、この孔１３２Ａ１は、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（第一の反応ガス供給口）となる。

ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）は、ＮＨ_３ガス供給部１５のＮＨ_３ガス供給口１５１よりも、上流側に配置されている。
ＡｌＣｌ_３ガス供給口からは、ＮＨ_３ガス供給口１５１から基板保持部材１８に向かって流れるＮＨ_３ガスの流れ方向と略直交する方向に、ＡｌＣｌ_３ガスが排出される。
ＡｌＣｌ_３ガス供給口から排出されたＡｌＣｌ_３ガスは、基板保持部材１８に向かって流れる。

また、第一壁部１３２Ａは、一方の閉鎖部材１９の孔１９１Ａの下方に位置している。
この孔１９１Ａは、反応ガス生成室１３０内にキャリアガスおよびＨＣｌガスを導入するための導入部となる。
なお、導入部（孔１９１Ａ）へのキャリアガスの導入方向と、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）からのＡｌＣｌ_３ガスの排出方向とは略直交している。

第二壁部１３２Ｃは、第一壁部１３２Ａと、反応管１１の内面とで構成される開口を塞ぐものである。第一壁部１３２Ａから反応管１１内面にむかって立ち上がるように配置されており、反応管１１の内面に当接している。
第二壁部１３２Ｃは、ＮＨ_３ガス供給口１５１から、基板保持部材１８に向かって流れるＮＨ_３ガスの流れ方向と直交している。この第二壁部１３２Ｃの下端部の高さ位置は、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）が形成された第一壁部１３２Ａの高さ位置と一致している。
また、この第二壁部１３２Ｃは、第一壁部１３２ＡのＡｌＣｌ_３ガス供給口である孔１３２Ａ１よりも下流側に配置され、ＮＨ_３ガス供給口１５１よりも上流側に配置されている。
なお、詳しくは、後述するが、第二壁部１３２Ｃは、ＮＨ_３ガスがＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍に流入することを制限する流入規制部の流入規制壁部としての役割を果たす。

反応ガス生成部１４は、ＮＨ_３ガス供給部１５の配管２１に隣接して配置されており、ＮＨ_３ガス供給部１５を挟んで、反応ガス生成部１３と反対側に位置している。
反応ガス生成部１４は、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスとしての塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを生成するためのものである。反応ガス生成部１４は、反応ガス生成部１３と同様の構成である。

具体的には、反応ガス生成部１４は、内部にＧａ反応ガスの固体原料であるＧａ原料が設置される原料載置部１４１が設置された反応ガス生成室１４０を有する。また、この反応ガス生成部１４は、反応ガス生成室１４０と連通し、基板保持部材１８に保持された基板Ｓに対し、ＧａＣｌガスを供給するＧａ反応ガス供給口、および、反応ガス生成室１４０内に、第一の反応ガスを希釈するためのキャリアガス、ＨＣｌガスを導入する導入部を有する。

反応ガス生成室１４０は、反応ガス生成室１３０と同様に、第一壁部１３２Ａと、第二壁部１３２Ｃと、反応管１１の内面と、および閉鎖部材１９の内面とで区画されたものである。
ただし、ここでは、第一壁部１３２Ａは、反応管１１の下方の空間を区切るように配置される。
反応ガス生成室１４０では、原料載置部１３１に載置されたＧａ原料と、反応ガス生成室１４０に導入されるＨＣｌガスとが反応して、ＧａＣｌガスが生成される。
また、第一壁部１３２Ａの孔１３２Ａ１からは、反応ガス生成室１４０内のＧａＣｌガスが排出され、基板保持部材１８に保持された基板Ｓに向かって供給される。従って、この孔１３２Ａ１は、ＧａＣｌガス供給口となる。
第一壁部１３２Ａの孔１３２Ａ１は、ＮＨ_３ガス供給口１５１よりも上流側に配置されている。また、ここでは、一方の閉鎖部材１９の孔１９１Ｃが、反応ガス生成室１４０内にキャリアガス、ＨＣｌガスを導入するための導入部となる。
導入部（孔１９１Ｃ）へのキャリアガスの導入方向と、孔１３２Ａ１からのＧａＣｌガスの排出方向とは略直交している。

ヒータ１７は、反応管１１の外周側に設置されている。このヒータ１７は、第一ヒータ１７１と、第一ヒータ１７１よりも反応ガスの流れ方向下流側に配置された第二ヒータ１７２とを有する。
第一ヒータ１７１は、反応ガス生成室１３０，１４０、さらには、ＮＨ_３ガス供給部１５を加熱するものである。
第二ヒータ１７２は、基板保持部材１８近傍を加熱する。なお、気相成長装置１でＡｌＧａＮ膜を成膜する際には、ＮＨ_３ガス供給部１５の配管２１の基板保持部材１８側の部分、さらには、反応管１１内の基板保持部材１８近傍部分を最も高い温度とすることが好ましい。

このような気相成長装置１では、以下のようにして基板Ｓ上にＡｌＧａＮ膜（Ａｌを含有するIII族窒化物半導体膜）を成膜し、III族窒化物半導体膜基板としてのＡｌＧａＮ基板を得る。

まず、基板保持部材１８に基板Ｓを保持させる。次に、導入部（孔１９１Ａ）を介して、反応ガス生成部１３の反応ガス生成室１３０にキャリアガスとしてのＮ_２ガスおよびＨＣｌガスを導入する。
反応ガス生成室１３０では、原料載置部１３１中のＡｌ原料と、ＨＣｌガスとが反応し、ＡｌＣｌ_３ガスが生成する。
生成したＡｌＣｌ_３ガスは、反応ガス生成室１３０内に供給されたキャリアガスにより希釈されて、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）から排出される。
同様に、導入部（孔１９１Ｃ）を介して、反応ガス生成部１３の反応ガス生成室１３０にキャリアガスとしてのＮ_２ガスおよびＨＣｌガスを導入する。
反応ガス生成室１４０では、原料載置部１４１中のＧａ原料と、ＨＣｌガスとが反応し、ＧａＣｌガスが生成する。
生成したＧａＣｌガスは、反応ガス生成室１４０内に供給されたキャリアガスにより希釈されて、ＧａＣｌガス供給口（孔１３２Ａ１）から排出される。

一方で、ＮＨ_３ガス供給部１５のＮＨ_３ガス供給口１５１を介して反応管１１内に、ＮＨ_３ガスを供給する。
これらのＡｌＣｌ_３ガス、ＧａＣｌガス、ＮＨ_３ガスは、基板保持部材１８に向かって供給され、基板保持部材１８に保持された基板Ｓ上でＡｌＧａＮが堆積することとなる。これにより、ＡｌＧａＮ膜が成膜され、ＡｌＧａＮ基板が得られる。
なお、基板Ｓ上にＡｌＧａＮ膜を成膜した後、基板Ｓを除去し、基板Ｓを除去したものをＡｌＧａＮ基板としてもよい。
基板Ｓを除去する場合には、薬液によるエッチングまたは研磨により基板を除去し、ＡｌＧａＮ膜からなるＡｌＧａＮ基板を得る。

ここで、ＮＨ_３ガス供給口１５１と、基板Ｓとの間の空間において、ＮＨ_３ガス供給口１５１から排出されたＮＨ_３ガスが、基板Ｓと反対方向に流れることがある。この際、ＮＨ_３ガスは、第二壁部１３２Ｃにぶつかることとなるので（図１の矢印Ｙ参照）、ＮＨ_３ガスが、ＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍やＧａＣｌガス供給口近傍にまで流れることを防止することができる。
すなわち、第二壁部１３２Ｃは、ＡｌＣｌ_３ガス供給口、ＧａＣｌガス供給口へのＮＨ_３ガスの流入を規制する流入規制壁部としての役割を果たしているといえる。
なお、基板Ｓと反対方向に流れたＮＨ_３ガスは、第二壁部１３２Ｃにぶつかることとなるので、第二壁部１３２Ｃにより、再度、ＮＨ_３ガスが基板Ｓ側に流れることとなる。これにより、基板Ｓ近傍のＮＨ_３ガス、ＡｌＣｌ_３ガス、ＧａＣｌガスが効率よく混合されることとなる。

また、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）から排出されたＡｌＣｌ_３ガスは、反応ガス生成室１３０を区画する第一壁部１３２Ａの孔１３２Ａ１よりも下流側の部分と、反応ガス生成室１４０を区画する第一壁部１３２Ａとの間を通り、基板Ｓに向かって流れる。
同様に、ＧａＣｌガス供給口（孔１３２Ａ１）から排出されたＧａＣｌガスは、反応ガス生成室１４０を区画する第一壁部１３２Ａの孔１３２Ａ１よりも下流側の部分と、反応ガス生成室１３０を区画する第一壁部１３２Ａとの間を通り、基板Ｓに向かって流れる。
反応ガス生成室１３０を区画する第一壁部１３２Ａと、反応ガス生成室１４０を区画する第一壁部１３２Ａとの間のＡｌＣｌ_３ガスの流路、およびＧａＣｌガスの流路、すなわち、ＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍のＡｌＣｌ_３ガスの流路、およびＧａＣｌガス供給口近傍のＧａＣｌガスの流路の断面積は、ＮＨ_３ガス供給部１５の配管２１のＮＨ_３ガス供給口１５１から基板Ｓに向かって流れるＮＨ_３ガスの流路の断面積よりも小さくなっている。そして、ＡｌＣｌ_３ガスの流路を通るＡｌＣｌ_３ガスの流速、ＧａＣｌガスの流路を通るＧａＣｌガスの流速は、ＮＨ_３ガスの流路を通るＮＨ_３ガスの流速よりも速くなっている。
そのため、ＮＨ_３ガスの流路中をＮＨ_３ガスが逆流するようなことがあっても、第一壁部１３２Ａ間には、ＮＨ_３ガスが流入しにくい。
従って、ＮＨ_３ガスが、ＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍、ＧａＣｌガス供給口近傍にまで流れることを防止することができる。

次に、本実施形態の気相成長装置１の効果について説明する。
前述したように、ＡｌＧａＮ膜を成膜する際に、ＮＨ_３ガス供給口１５１から排出されたＮＨ_３ガスが、基板Ｓと反対方向に流れることがあるが、本実施形態では、第二壁部１３２Ｃにより、ＡｌＣｌ_３ガス供給口、ＧａＣｌガス供給口近傍へのＮＨ_３ガスの導入が抑制される。これにより、ＡｌＣｌ_３ガス供給口でのＡｌＣｌ_３ガスと、ＮＨ_３ガスとの反応を抑制することができる。

さらに、反応ガス生成部１３の反応ガス生成室１３０では、生成されたＡｌＣｌ_３ガスが、キャリアガスにより希釈されている。反応ガス生成室１３０のＡｌＣｌ_３ガス供給口からは希釈されたＡｌＣｌ_３ガスが排出されるので、反応ガス生成室１３０のＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍において、ＡｌＣｌ_３ガスと、ＮＨ_３ガスとの反応が起こりにくくなる。
特に、本実施形態では、導入部（孔１９１Ａ）へのキャリアガスの導入方向と、ＡｌＣｌ_３ガス供給口からのＡｌＣｌ_３ガスの排出方向とを略直交させているので、ＡｌＣｌ_３ガスをキャリアガスにより充分に希釈することができる。
導入部へのキャリアガスの導入方向と、ＡｌＣｌ_３ガス供給口からの第一の反応ガスの排出方向とが同じ方向である場合には、導入部に挿入されたキャリアガスが、すぐにＡｌＣｌ_３ガス供給口から排出されてしまうこととなる。そのため、反応ガス生成室内において、ＡｌＣｌ_３ガスをキャリアガスにより充分に希釈できない場合がある。
これに対し、本実施形態では、導入部へのキャリアガスの導入方向と、ＡｌＣｌ_３ガス供給口からの第一の反応ガスであるＡｌＣｌ_３ガスの排出方向とを略直交させているため、ＡｌＣｌ_３ガスをキャリアガスにより充分に希釈することができるのである。

さらに、反応ガス生成部１３のＡｌＣｌ_３ガス供給口は、ＮＨ_３ガス供給口１５１よりも、上流側に配置されており、ＮＨ_３ガス供給口１５１から排出されたＮＨ_３ガスは、ＡｌＣｌ_３ガス供給口側に流れにくくなっている。これによっても、反応ガス生成部１３のＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍におけるＡｌＣｌ_３ガスと、ＮＨ_３ガスとの反応を防止することができる。

さらに、ＡｌＣｌ_３ガス供給口からは、ＮＨ_３ガスの流れ方向と交差する方向に、ＡｌＣｌ_３ガスが排出されている。換言すると、ＡｌＣｌ_３ガス供給口がＮＨ_３ガスの流れ方向に対し、平行に開口しており、ＮＨ_３ガスの流れ方向に対し、直交するような方向に開口していないといえる。そのため、ＮＨ_３ガスが逆流するようなことがあっても、ＡｌＣｌ_３ガス供給口内にＮＨ_３ガスが入ってしまうことを防止できる。これにより、ＡｌＣｌ_３ガス供給口でのＡｌＮの析出を防止することができる。

なお、反応ガス生成部１４も反応ガス生成部１３と同様の構造であるため、反応ガス生成部１４のＧａＣｌガス供給口やＧａＣｌガス供給口近傍におけるＧａＣｌガスと、ＮＨ_３ガスとの反応を防止することができる。

以上のように、本実施形態の気相成長装置では、反応ガス生成部１３のＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍におけるＡｌＣｌ_３ガスと、ＮＨ_３ガスとの反応を防止するとともに、さらには、ＧａＣｌガス供給口近傍におけるＧａＣｌガスと、ＮＨ_３ガスとの反応を防止することができるので、所望の組成比のＡｌＧａＮ膜を成膜することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、図１のような横型のＨＶＰＥ装置１を用いた例を示したが、縦型のＨＶＰＥ成長装置を用いても同様な効果が得られる。
さらに、前記実施形態では、第二壁部１３２Ｃの下端部の高さ位置は、ＡｌＣｌ_３ガス供給口が形成された第一壁部１３２Ａの高さ位置と一致しているとしたが、これに限られるものではない。例えば、図３に示すように、第二壁部１３２Ｃを、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）よりも、ＡｌＣｌ_３ガス供給口におけるＡｌＣｌ_３ガスの排出方向にそって、ＮＨ_３ガス供給部１５側に突出させてもよい。
すなわち、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）からは、ＮＨ_３ガス供給部１５側に向かって、ＡｌＣｌ_３ガスが排出されるとともに、ＮＨ_３ガス供給口１５１から基板保持部材１８に向かって流れるＮＨ_３ガスの流れ方向と交差する方向に、ＡｌＣｌ_３ガスが排出されている。そして、流入規制壁部である第二壁部１３２Ｃは、ＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）よりも、ＮＨ_３ガス供給部１５側に突出している。

この第二壁部１３２Ｃは、反応管１１の延在方向に対して直交するように設けられている。この第二壁部１３２Ｃの反応管１１内壁からの突出寸法は、反応管１１内壁からＡｌＣｌ_３ガス供給口（孔１３２Ａ１）までの距離よりも大きくなっている。
このようにすることで、より確実にＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍へのＮＨ_３ガスの流れを防止することができる。
さらには、図４に示すように、第二壁部１３２ＣにＡｌＣｌ_３ガス供給口１３２Ｃ１を形成するとともに、流入規制部としての壁部３０を設け、ＡｌＣｌ_３ガス供給口近傍へのＮＨ_３ガスの流入を規制してもよい。

さらに、前記実施形態では、ＡｌＧａＮ膜を成膜し、ＡｌＧａＮ基板を得たが、これに限らず、ＡｌＮ膜を成膜し、ＡｌＮ基板を得てもよい。ＡｌＮ膜を成膜する場合には、前記実施形態の気相成長装置１において、反応ガス生成部１４を省略することができる。
また、前記実施形態では、キャリアガス、ＨＣｌガスを導入する導入部は、一つの孔を有するものであったが、これに限らず、導入部を２つの孔を有するものとし、キャリアガスとＨＣｌガスとを各孔から導入してもよい。
さらに、前記実施形態では、キャリアガスとして、Ｎ_２ガスを例示したがこれに限られるものではなく、Ｎ_２ガスと、Ｈ_２ガスとを混合したガスを適宜使用してもよい。
また、前記実施形態では、水素化窒素ガスとして、ＮＨ_３ガスを例示したがこれに限られるものではない。
さらに、前記実施形態では、ＡｌＧａＮ基板を製造したが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、基板上にレーザ構造体を形成するプロセス等に本発明を適用することもできる。

実施形態にかかるハイドライド気相成長装置の反応管の軸方向に沿った断面図である。 ハイドライド気相成長装置の反応管の軸と直交する方向の断面図である。 本発明の変形例にかかるハイドライド気相成長装置の断面図である。 他の変形例にかかるハイドライド気相成長装置の断面図である。

符号の説明

１ ハイドライド気相成長装置
１１ 反応管
１３ 反応ガス生成部
１４ 反応ガス生成部
１５ ガス供給部
１６ 排気部
１７ ヒータ
１８ 基板保持部材
１９ 閉鎖部材
２０ 配管
２１ 配管
２３ 配管
３０ 壁部
１３０ 反応ガス生成室
１３１ 原料載置部
１３２Ａ 第一壁部
１３２Ａ１ 孔
１３２Ｃ 第二壁部
１３２Ｃ１ ガス供給口
１４０ 反応ガス生成室
１４１ 原料載置部
１５１ ガス供給口
１７１ 第一ヒータ
１７２ 第二ヒータ
１９１Ａ 孔
１９１Ｂ 孔
１９１Ｃ 孔
Ｓ 基板

Claims (7)

1. Ａｌのハロゲン化合物を含む第一の反応ガスと、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスとを、基板に対して略同一方向から供給し、前記基板上に膜を形成するハイドライド気相成長装置であって、
   前記基板を保持する基板保持部材と、
   前記第一の反応ガスと、前記第二の反応ガスとが供給されるとともに、前記基板保持部材を収容する反応管と、
   前記反応管内に形成され、前記第一の反応ガスを生成する反応ガス生成室、この反応ガス生成室と連通し、前記反応管の前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記第一の反応ガスを供給する第一の反応ガス供給口、および、前記反応ガス生成室内に、ＨＣｌガスと前記第一の反応ガスを希釈するためのキャリアガスとを導入する導入部を有する反応ガス生成部と、
   前記基板保持部材に保持された前記基板に対し、前記第二の反応ガスを供給する第二の反応ガス供給口を有する第二の反応ガス供給部と、を備え、
   前記第一の反応ガス供給口は、前記第二の反応ガス供給口よりも、上流側に配置されており、
   前記第一の反応ガス供給口よりも下流側に配置されるとともに、前記第二の反応ガス供給口よりも上流側に配置され、第二の反応ガスが第一の反応ガス供給口近傍に流入することを制限する流入規制部を有することを特徴とするハイドライド気相成長装置。
2. 請求項１に記載のハイドライド気相成長装置において、
   前記第二の反応ガス供給口から前記基板保持部材に向かって流れる前記第二の反応ガスの流れ方向と交差する方向に、前記第一の反応ガス供給口から第一の反応ガスが排出されるように、前記第一の反応ガス供給口が設けられていることを特徴とするハイドライド気相成長装置。
3. 請求項１又は２に記載のハイドライド気相成長装置において、
   前記反応ガス生成部の前記流入規制部は、第二の反応ガス供給口から、前記基板保持部材に向かって流れる前記第二の反応ガスの流れ方向と略直交する流入規制壁部を含むことを特徴とするハイドライド気相成長装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のハイドライド気相成長装置において、
   前記導入部へのキャリアガスの導入方向と、前記第一の反応ガス供給口からの第一の反応ガスの排出方向とは略直交することを特徴とするハイドライド気相成長装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のハイドライド気相成長装置において、
   第一の反応ガス供給口近傍の第一の反応ガスの流路の断面積は、第二の反応ガス供給口から基板に向かう第二の反応ガスの流路の断面積よりも小さいことを特徴とするハイドライド気相成長装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のハイドライド気相成長装置を用い、
   前記基板保持部材に前記基板を保持させた後、
   前記基板上に、Ａｌを含有するIII族窒化物半導体膜を成長させ、前記III族窒化物半導体膜を含むIII族窒化物基板を得る工程を含む、III族窒化物半導体基板の製造方法。
7. 請求項６に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
   前記III族窒化物半導体膜を成長させた後、前記基板を除去する工程をさらに含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。

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