JP4961888B2

JP4961888B2 - 気相成長装置、及び化合物半導体膜の成長方法

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Publication number: JP4961888B2
Application number: JP2006214808A
Authority: JP
Inventors: 英良高須賀
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-08-07
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Description

本発明は、気相成長装置、化合物半導体膜及びその成長方法に関する。

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の化合物半導体は、発光素子、高速電子デバイスに好適に用いられている。このような化合物半導体からなる結晶は、通常、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）やハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いて基板上に成長される。特に、ＨＶＰＥ法を用いると、高速でこれらの単結晶を成長することができる。

ＨＶＰＥ法を行うための気相成長装置としては、例えば非特許文献１に記載されたものが挙げられる。このような気相成長装置は、ＡｌＮ単結晶を成長するときにも用いられ、反応管にアンモニア（ＮＨ_３）を導入するＮＨ_３ガス導入管と、反応管に三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）を導入するＡｌＣｌ_３ガス導入管と、基板支持台とを備えている。このような気相成長装置を用いたＡｌＮの成長は、以下の手順によっておこなわれる。
（１）反応管にキャリアガス（水素ガス、窒素ガス）を導入し、基板支持台が１２００℃程度になるまで昇温する。
（２）ＮＨ_３ガス導入管からＮＨ_３を導入し、基板支持台の温度が安定するまで保持する。
（３）ＡｌＣｌ_３ガス導入管からＡｌＣｌ_３を導入し、基板上にＡｌＮ結晶膜が所定厚さになるまで成長させる。このとき、反応管内の基板上ではＮＨ_３とＡｌＣｌ_３が反応しＡｌＮ膜が成長する。
（４）ＡｌＮ膜が所定厚さになったら、ＡｌＣｌ_３の導入を停止しキャリアガスを流しながら、ヒーターを停止し、反応管が室温になるまで降温させる。温度が十分に低下したら容器内の表面にＡｌＮ膜が成長した基板を取り出す。
Ｔ．Ｇｏｔｏ他、ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＩＥＮＣＥ２７（１９９２）ｐ．２４７

しかしながら、上述の気相成長装置では、ＮＨ_３ガスとＡｌＣｌ_３ガスとを混合させるのにある程度の時間を要するので、ＡｌＮ単結晶の成長速度を向上させることはできない。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、化合物半導体膜の成長速度を向上させることができる気相成長装置、化合物半導体膜及びその成長方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の気相成長装置は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを混合し化合物半導体を成長するための反応管と、反応管内に挿入されており、第１の原料ガスを反応管内に供給するための第１の供給管と、反応管に接続されており、第２の原料ガスを反応管内に供給するための第２の供給管と、第１の供給管の反応管内に位置する端部に形成された第１の供給口の近くに基板を保持する基板ホルダとを備え、第１の供給管の外壁が反応管の内壁と対向する部分を有することによって、第１の供給管と反応管とが二重管構造を形成しており、第１の供給管の外壁と反応管の内壁との間に形成される空間が第２の原料ガスの流路となるように第２の供給管が反応管に接続されており、第１の原料ガスを供給するための第１の供給口は、下流側に向かうに連れて広くなっており、第１の供給管の外壁と反応管の内壁とによって形成されており、第２の原料ガスを供給するための第２の供給口は、下流側に向かうに連れて狭くなっている。

本発明の気相成長装置では、第１の供給管の反応管内に位置する端部において、第１の原料ガスの平均流速が下流側に向かうに連れて減少し、第２の原料ガスの平均流速が下流側に向かうに連れて増大する。よって、第２の原料ガスが第２の供給口を通過する時に、第２の原料ガスは第１の供給管の内側に向かって急速に広がるため、渦が発生する。この渦により、第１の原料ガスと第２の原料ガスとの混合が促進される。その結果、化合物半導体膜の成長速度を向上させることができる。

また、第２の供給口での第２の原料ガスの平均流速が第１の供給口での第１の原料ガスの平均流速よりも大きくなるように、第２の供給口の面積と第１の供給口の面積との比が設定されていることが好ましい。ここで、「第１の供給口での第１の原料ガスの平均流速」は、第１の原料ガスの流量を第１の供給口の面積で割った値を意味する。「第２の供給口での第２の原料ガスの平均流速」は、第２の原料ガスの流量を第２の供給口の面積で割った値を意味する。特に、第２の供給口の面積は第１の供給口の面積より小さいことが好ましい。この場合、渦を多数発生させることができるので、第１の原料ガスと第２の原料ガスとの混合をより促進することができる。

本発明の化合物半導体膜は本発明の気相成長装置を用いて成長させる。なお、本発明における「化合物半導体膜」には、基板上に成膜した化合物半導体膜の他に、その化合物半導体膜を厚くバルク成長させて切り出したもの（例えば、半導体基板など）も含まれるものとする。

本発明の化合物半導体膜の成長方法では、本発明の気相成長装置を用いて化合物半導体膜を成長させる。この成長方法では、本発明の気相成長装置を用いるので、化合物半導体膜の成長速度を向上させることができる。

本発明によれば、化合物半導体膜の成長速度を向上させることができる気相成長装置、化合物半導体膜及びその成長方法が提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る気相成長装置を模式的に示す図である。図１に示される気相成長装置１０は、ハイドライド気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）であることが好ましいが、有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）であってもよい。気相成長装置１０がＨＶＰＥ装置であると、化合物半導体を高速で成長させることができる。成長される化合物半導体としては、III−Ｖ族化合物半導体（例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等）やＩＩ−ＶＩ族化合物半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＯ等）がある。

気相成長装置１０は、第１の原料ガスＧ１と第２の原料ガスＧ２とを混合することによって化合物半導体を成長するための略円筒形の反応管１２を備える。原料ガスＧ１，Ｇ２は、生成される化合物半導体に応じて適宜選択される。原料ガスＧ１はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ等のIII族元素を含むことが好ましく、原料ガスＧ２はＡｓ、Ｐ、Ｎ等のＶ族元素を含むことが好ましい。また、これらの原料ガスＧ１，Ｇ２は、ガス流量を調整するために水素（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）などのキャリアガスで希釈されることがある。一実施例において、原料ガスＧ１はＨ_２希釈されたＡｌＣｌ_３であり、原料ガスＧ２はＨ_２希釈されたＮＨ_３である。この場合、原料ガスＧ１と原料ガスＧ２とを混合させることによって、化合物半導体としてＡｌＮ単結晶が成長される。

反応管１２の一端（上流側の端部）１２ａには、原料ガスＧ１を反応管１２内に供給するための第１の供給管２４と、原料ガスＧ２を反応管１２内に供給するための第２の供給管１６とが取り付けられている。供給管１６，２４は反応管１２に接続されている。

反応管１２の他端（下流側の端部）１２ｂには、反応管１２内において基板Ｗを水平に保持する基板ホルダ１４が取り付けられている。基板ホルダ１４は、供給管２４における反応管１２内に位置する端部２６に形成された第１の供給口２８の近くに基板Ｗを保持する。基板Ｗは、反応管１２内に収容されており、例えばシリコン（Ｓｉ）基板、サファイア基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、又はＧａＡｓ基板などの半導体基板である。図１では一例として１個の基板Ｗが配置されているが、複数の基板Ｗが配置されてもよい。この場合、複数の基板Ｗを複数の基板ホルダ１４にそれぞれ固定し、各基板ホルダ１４を反応管１２の内面に固定する。基板ホルダ１４は、反応管１２の管軸を取り囲むように円状に配置されることが好ましい。このような配置では、各基板間の成長速度の差が小さく、全ての基板に関して均一な膜が形成されやすい。複数の基板Ｗを配置すると、各基板Ｗ上に化合物半導体膜Ｍ（化合物半導体）を同時に成長させることができるので、生産性がより向上する。また、基板ホルダ１４に回転機構を取り付け、成長中に基板を回転すれば、基板面内の成長速度の均一性は向上する。原料ガスＧ１と原料ガスＧ２との混合ガスＧ４が基板Ｗに到達すると、基板Ｗ上に化合物半導体膜Ｍが成長される。反応管１２の他端１２ｂには、基板Ｗよりも下流側に位置する排気口４０が形成されている。

供給管２４の一方の端部２５は原料ガスＧ１を発生する供給装置２３につながっている。供給管２４の他方の端部２６は、反応管１２の中に位置する。供給管２４は、原料ガスＧ１を反応管１２内に供給するための第１の供給口２８が形成された端部２６と、端部２６よりも上流側に位置する端部２５とを有する。供給管２４は、反応管１２内に挿入されると共に反応管１２と二重管構造を形成する。すなわち、供給管２４の外壁が反応管１２の内壁と対向する部分を有することによって、反応管１２と供給管２４とは二重管構造を形成する。供給口２８よりも下流側の位置付近には基板Ｗが保持された基板ホルダ１４が配置されている。基板Ｗ上で高い成長速度を得るためには、供給口２８と基板Ｗとの距離（反応管１２の管軸方向における供給口２８と基板Ｗ表面の中心点との距離）ｄ１は、反応管１２の直径の０．５〜２倍であることが好ましい。

原料ガスＧ１の供給は、反応管１２の外で、固体ＡｌＣｌ_３を気化させてＡｌＣｌ_３ガスとしたのち、当該ＡｌＣｌ_３ガスを反応管１２に導入してもよいし、別途ヒーター２２ａを設けた生成管２１に、Ａｌペレット等の原料を収容したソースボートを設置してもよい。生成管２１内には、例えばＡｌペレットが収容されたソースボート２０が設置されている。生成管２１内には、導入管１８を介してガスＧ３が導入される。生成管２１内においてガスＧ３がソースボート２０の中のＡｌペレットに接触することによって、原料ガスＧ１が生成される。例えば、ガスＧ３としてＨ_２で希釈した塩化水素（ＨＣｌ）を用いて、ソースボート２０にＡｌペレットを収容した場合、原料ガスＧ１としてＨ_２で希釈したＡｌＣｌ_３が生成される。また、ここでは生成管２１は反応管１２の外に配置されてあるが、生成管２１を反応管１２の中に設置した構造をとることもできる。

供給管１６の放出口２９は、供給管２４の供給口２８よりも上流側に位置している。よって、供給管１６の放出口２９から放出される原料ガスＧ２は、供給管２４の端部２６と反応管１２との間から基板Ｗの表面に供給される。すなわち、供給管１６は、供給管２４の外壁と反応管１２の内壁との間に形成される空間ＳＰが原料ガスＧ２の流路となるように反応管１２に接続されている。これにより、供給管２４の端部２６と反応管１２との間に、原料ガスＧ２を基板Ｗの表面に供給するための第２の供給口３０が形成される。供給口３０は、反応管１２の管軸方向から見て供給口２８を環状に取り囲む。

供給管２４の端部２６は、供給口２８が下流側に向かうに連れて広くなる形状を有する。よって、原料ガスＧ１の流路断面積は、下流側に向かうに連れて大きくなる。これに伴って、供給管２４の外壁と反応管１２の内壁とによって形成される供給口３０は、下流側に向かうに連れて狭くなっている。よって、原料ガスＧ２の流路断面積は、下流側に向かうに連れて小さくなる。

反応管１２の周囲には、反応管１２の管軸方向に沿って延びるヒータ２２ｂが設けられていることが好ましい。ヒータ２２ｂは、ヒータ２２ａよりも下流側に位置する。ヒータ２２ａはソースボート２０を加熱し、原料ガスＧ１の生成を促進させる。ヒータ２２ｂは基板Ｗを加熱し、原料ガスＧ１と原料ガスＧ２との反応を促進させる。また、より少ない電力でソースボート２０、基板Ｗを十分に加熱するために、ヒータ２２ａ、ヒータ２２ｂの外周は、断熱材で覆われていることが好ましい。

ここで、気相成長装置１０を用いて化合物半導体を成長させる方法の一例について説明する。まず、反応管１２にキャリアガス（水素ガス、窒素ガスなど）を導入し、基板ホルダ１４が例えば１３００℃程度になるまで昇温する。次に、供給管１６から原料ガスＧ２を反応管１２内に供給し、基板ホルダ１４の温度を安定させる。さらに、供給管２４から原料ガスＧ１を反応管１２内に供給し、基板Ｗ上に化合物半導体膜Ｍを所定膜厚となるまで成長させる。このとき、反応管１２内の基板Ｗ上では原料ガスＧ１と原料ガスＧ２とが反応する。続いて、化合物半導体膜Ｍが所定膜厚となったら原料ガスＧ１の供給を停止し、キャリアガスを流しながら、ヒータを停止し、反応管１２が室温になるまで降温させる。温度が十分に低下したら、化合物半導体膜Ｍが成長された基板Ｗを反応管１２から取り出す。

本実施形態の気相成長装置１０では、供給管２４の端部２６において、原料ガスＧ１の平均流速が下流側に向かうに連れて減少し、原料ガスＧ２の平均流速が下流側に向かうに連れて増大する。よって、原料ガスＧ２が供給口３０から反応管１２内に供給される時に、原料ガスＧ２は供給管２４の内側に向かって急速に広がるため、渦が発生する。この渦により、原料ガスＧ１と原料ガスＧ２との混合が促進される。その結果、原料ガスＧ１と原料ガスＧ２との反応速度が大きくなるので、これらの原料ガスＧ１，Ｇ２が基板Ｗの表面に到達したときの化合物半導体膜Ｍの成長速度を向上させることができる。供給管２４の端部２６が上述の形状を有する気相成長装置１０では、供給管の管径が一定である通常の気相成長装置に比べて化合物半導体膜の成長速度を約２倍とすることができる。

さらに、供給口３０での原料ガスＧ２の平均流速が供給口２８での原料ガスＧ１の平均流速よりも大きいと、渦を多数発生させることができるので、原料ガスＧ１と原料ガスＧ２との混合をより促進することができる。原料ガスＧ２の供給口３０での平均流速は、原料ガスＧ１の供給口２８での平均流速の１０倍以上であることが特に好ましい。供給口２８での原料ガスＧ１の平均流速は、原料ガスＧ１の流量を供給口２８の面積（流路断面積）で割った値となる。供給口３０での原料ガスＧ２の平均流速は、原料ガスＧ２の流量を供給口３０の面積で割った値となる。供給口３０の面積と供給口２８の面積との比は、供給口３０での原料ガスＧ２の平均流速が供給口２８での原料ガスＧ１の平均流速よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。特に、供給口３０の面積が供給口２８の面積よりも小さいことが好ましい。

また、原料ガスＧ２の平均流速が原料ガスＧ１の平均流速よりも大きいと、反応管１２の内壁や供給管２４の端部２６に原料ガスＧ１が到達する量が減る。このため、反応管１２の内壁や供給管２４の端部２６に反応生成物が堆積することを抑制できる。よって、基板Ｗに到達する原料ガスＧ１，Ｇ２の量が増加するので、原料ガスＧ１，Ｇ２の利用効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る気相成長装置を模式的に示す図である。図２に示される気相成長装置１０ａは、供給管１６，２４に代えて供給管１１６，１２４を備えること以外は気相成長装置１０と同様の構成を有する。反応管１２内では、第１の原料ガスＧ１１と第２の原料ガスＧ１２とを混合することによって化合物半導体を成長させる。原料ガスＧ１１は、原料ガスＧ２と同種のガスであり、原料ガスＧ１２は、原料ガスＧ１と同種のガスであることが好ましい。

反応管１２の一端（上流側の端部）１２ａには、原料ガスＧ１１を反応管１２内に供給するための第１の供給管１２４と、原料ガスＧ１２を反応管１２内に供給するための第２の供給管１１６とが取り付けられている。供給管１１６，１２４は反応管１２に接続されている。

反応管１２の他端（下流側の端部）１２ｂには、反応管１２内において基板Ｗを水平に保持する基板ホルダ１４が取り付けられている。基板ホルダ１４は、供給管１２４における反応管１２内に位置する端部１２６に形成された第１の供給口１２８の近くに基板Ｗを保持する。原料ガスＧ１１と原料ガスＧ１２との混合ガスが基板Ｗに到達すると、基板Ｗ上に化合物半導体膜Ｍが成長される。

供給管１２４は、原料ガスＧ１１を反応管１２内に供給するための第１の供給口１２８が形成された端部１２６を有する。供給管１２４の外壁が反応管１２の内壁と対向する部分を有することによって、反応管１２と供給管１２４とは二重管構造を形成する。供給口１２８よりも下流側の位置付近には基板Ｗが保持された基板ホルダ１４が配置されている。基板Ｗ上で高い成長速度を得るためには、供給口１２８と基板Ｗとの距離（反応管１２の管軸方向における供給口１２８と基板Ｗ表面の中心点との距離）ｄ１は、反応管１２の直径の０．５〜２倍であることが好ましい。

供給管１１６は、供給管１２４の外壁と反応管１２の内壁との間に形成される空間ＳＰが原料ガスＧ１２の流路となるように反応管１２に接続されている。

供給管１１６の一端には、原料ガスＧ１２を反応管１２内に供給するための供給装置２３が取り付けられている。供給管１１６は、供給管２４の管径を一定にしたものである。供給管１１６の放出口１２９は、供給管１２４の供給口１２８よりも上流側に位置している。よって、放出口１２９から放出される原料ガスＧ１２は、供給管１２４の端部１２６と反応管１２との間から基板Ｗの表面に供給される。すなわち、供給管１２４の端部１２６と反応管１２との間に、原料ガスＧ１２を基板Ｗの表面に供給するための第２の供給口１３０が形成される。供給口１３０は、反応管１２の管軸方向から見て供給口１２８を環状に取り囲む。

供給管１２４の端部１２６は、供給口１２８が下流側に向かうに連れて広くなる形状を有する。よって、原料ガスＧ１１の流路断面積は、下流側に向かうに連れて大きくなる。これに伴って、供給管１２４の外壁と反応管１２の内壁とによって形成される供給口１３０は、下流側に向かうに連れて狭くなっている。よって、原料ガスＧ１２の流路断面積は、下流側に向かうに連れて小さくなる。

本実施形態の気相成長装置１０ａを用いると、第１実施形態と同様に、基板Ｗ上に化合物半導体膜Ｍを成長させることができる。また、気相成長装置１０ａでは、第１実施形態と同様に、原料ガスＧ１１と原料ガスＧ１２との混合が促進されるので、化合物半導体膜の成長速度を向上させることができる。さらに、気相成長装置１０ａでは、気相成長装置１０と同様の作用効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態では反応管、供給管の形状はガス流れに垂直な断面が略円形の円筒管であるが、例えば、その断面が三角形、四角形など多角形の管であっても同様の効果が得られる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示される気相成長装置１０を用いて、ＳｉＣ基板上にＡｌＮ膜を成長させた。気相成長装置１０としては、供給口２８の最大断面積が約９６２ｍｍ^２、供給口３０の最小断面積が約２９４ｍｍ^２のものを用いた。また、反応管１２の管軸方向における供給口２８とＳｉＣ基板表面の中心点との距離ｄ１を約１００ｍｍとした。基板ホルダ１４にＳｉＣ基板を設置した後、基板ホルダ１４の温度を１１００℃まで昇温した。Ａｌ原料としてはＡｌペレットを用いた。石英ボートに載せたＡｌペレットを５００℃に加熱した状態でＮ_２ガスで希釈したＨＣｌガスを流して、ＡｌＣｌ_３ガスを発生させた。一方、窒素原料としてＮＨ_３ガスを使用した。反応管１２内での平均的なＡｌＣｌ_３分圧が０．０１ａｔｍ、ＮＨ_３分圧が０．２ａｔｍとなるようにガス流量を調整した。ＨＣｌ分圧は０．０３ａｔｍであった。

上述の条件下においてＡｌＮ結晶を３０時間成長させた後、表面にＡｌＮ膜が成長したＳｉＣ基板を反応管１２から取り出した。ＡｌＮ膜の膜厚は１２４０μｍであったことから、ＡｌＮ結晶の成長速度は４１μｍ／ｈｒと見積もることができた。

（実施例２）
図１に示される気相成長装置１０を用いて、ＧａＡｓ基板上にＧａＮ膜を成長させた。気相成長装置１０としては、供給口２８の最大断面積が約９６２ｍｍ^２、供給口３０の最小断面積が約２９４ｍｍ^２のものを用いた。また、反応管１２の管軸方向における供給口２８とＳｉＣ基板表面の中心点との距離ｄ１を約１００ｍｍとした。基板ホルダ１４にＧａＡｓ基板を設置した後、基板ホルダ１４の温度を１０５０℃まで昇温した。Ｇａ原料としてはＧａ融液を用いた。石英ボートに載せたＧａ融液を８００℃に加熱した状態でＨ_２ガスで希釈したＨＣｌガスを流して、ＧａＣｌガスを発生させた。一方、窒素原料としてＮＨ_３ガスを使用した。反応管１２内での平均的なＧａＣｌ分圧が０．０１ａｔｍ、ＮＨ_３分圧が０．２ａｔｍとなるようにガス流量を調整した。ＨＣｌ分圧は０．０１ａｔｍであった。

上述の条件下においてＧａＮ結晶を３０時間成長させた後、表面にＧａＮ膜が成長したＧａＡｓ基板を反応管１２から取り出した。ＧａＮ膜の膜厚は２５２０μｍであったことから、ＧａＮ結晶の成長速度は８４μｍ／ｈｒと見積もることができた。

（実施例３）
図２に示される気相成長装置１０ａを用いて、ＳｉＣ基板上にＡｌＮ膜を成長させた。気相成長装置１０ａとしては、供給口１２８の最大断面積が約１４５１ｍｍ^２、供給口１３０の最小断面積が約１３８ｍｍ^２のものを用いた。また、反応管１２の管軸方向における供給口１２８とＳｉＣ基板表面の中心点との距離ｄ１を約１００ｍｍとした。基板ホルダ１４にＳｉＣ基板を設置した後、基板ホルダ１４の温度を１１００℃まで昇温した。Ａｌ原料としてはＡｌペレットを用いた。石英ボートに載せたＡｌペレットを５００℃に加熱した状態でＮ_２ガスで希釈したＨＣｌガスを流して、ＡｌＣｌ_３ガスを発生させた。一方、窒素原料としてＮＨ_３ガスを使用した。反応管１２内での平均的なＡｌＣｌ_３分圧が０．０１ａｔｍ、ＮＨ_３分圧が０．２ａｔｍとなるようにガス流量を調整した。ＨＣｌ分圧は０．０３ａｔｍであった。

上述の条件下においてＡｌＮ結晶を３０時間成長させた後、表面にＡｌＮ膜が成長したＳｉＣ基板を反応管１２から取り出した。ＡｌＮ膜の膜厚は９４０μｍであったことから、ＡｌＮ結晶の成長速度は３１μｍ／ｈｒと見積もることができた。

（比較例１）
図１に示される気相成長装置１０の供給管２４に代えて、端部が直管形状であり外側に広がっていない供給管を備える気相成長装置を用いて、実施例１と同様にしてＡｌＮ膜を成長させた。端部が直管形状の供給管の供給口の断面積は約７９ｍｍ^２、当該供給管の外壁と直管形状の反応管の内壁とによって形成される供給口の断面積は約１１７８ｍｍ^２であった。ＡｌＮ膜の膜厚は２９４μｍであったことから、ＡｌＮ結晶の成長速度は９．８μｍ／ｈｒと見積もることができた。

（比較例２）
図１に示される気相成長装置１０の供給管２４に代えて、端部が直管形状であり外側に広がっていない供給管を備える気相成長装置を用いて、実施例２と同様にしてＧａＮ膜を成長させた。端部が直管形状の供給管の供給口の断面積は約７９ｍｍ^２、当該供給管の外壁と直管形状の反応管の内壁とによって形成される供給口の断面積は約１１７８ｍｍ^２であった。ＧａＮ膜の膜厚は５１６μｍであったことから、ＧａＮ結晶の成長速度は１７．２μｍ／ｈｒと見積もることができた。

第１実施形態に係る気相成長装置を模式的に示す図である。第２実施形態に係る気相成長装置を模式的に示す図である。

符号の説明

１０，１０ａ…気相成長装置、１２…反応管、１４…基板ホルダ、１６，１１６…第２の供給管、２４，１２４…第１の供給管、２６，１２６…第１の供給管の端部、２８，１２８…第１の供給口、３０，１３０…第２の供給口、Ｇ１，Ｇ１１…第１の原料ガス、Ｇ２，Ｇ１２…第２の原料ガス、Ｍ…化合物半導体膜、ＳＰ…空間、Ｗ…基板。

Claims

第１の原料ガスと第２の原料ガスとを混合し化合物半導体を成長するための反応管と、
前記反応管内に挿入されており、前記第１の原料ガスを前記反応管内に供給するための第１の供給管と、
前記反応管に接続されており、前記第２の原料ガスを前記反応管内に供給するための第２の供給管と、
前記第１の供給管の前記反応管内に位置する端部に形成された第１の供給口の近くに基板を保持する基板ホルダと
を備え、
前記第１の供給管の外壁が前記反応管の内壁と対向する部分を有することによって、前記第１の供給管と前記反応管とが二重管構造を形成しており、
前記第１の供給管の外壁と前記反応管の内壁との間に形成される空間が前記第２の原料ガスの流路となるように前記第２の供給管が前記反応管に接続されており、
前記第１の原料ガスを供給するための前記第１の供給口は、下流側に向かうに連れて広くなっており、
前記第１の供給管の外壁と前記反応管の内壁とによって形成されており、前記第２の原料ガスを供給するための第２の供給口は、下流側に向かうに連れて狭くなっている、気相成長装置。
前記第２の供給口での前記第２の原料ガスの平均流速が前記第１の供給口での前記第１の原料ガスの平均流速よりも大きくなるように、前記第２の供給口の面積と前記第１の供給口の面積との比が設定されている、請求項１に記載の気相成長装置。
請求項１又は２に記載の気相成長装置を用いて化合物半導体膜を成長させる、化合物半導体膜の成長方法。