JP5100231B2 - Group III nitride production equipment - Google Patents

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Description

本発明は、III族窒化物膜およびIII族窒化物バルク結晶基板の作製に用いることの出来る、原料としてIII族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを用いたIII族窒化物製造装置に関する。   The present invention relates to a group III nitride manufacturing apparatus using a group III halide gas and a nitrogen source gas as raw materials, which can be used for manufacturing a group III nitride film and a group III nitride bulk crystal substrate.

III族窒化物(AlGaIn1−X−YN,0≦X≦1,0≦Y≦1,0≦X+Y≦1)半導体は可視領域から紫外領域に相当するエネルギー帯の全領域で直接遷移型のバンド構造を持ち、高効率な発光デバイスの作製が可能である。また、高い絶縁耐圧を有することから、次世代の電子デバイス材料としても注目を集めている。 III-nitride (Al X Ga Y In 1- X-Y N, 0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1) semiconductor whole area of energy band corresponding to the ultraviolet region from the visible region In addition, it has a direct transition band structure, and a highly efficient light emitting device can be manufactured. Moreover, since it has a high withstand voltage, it attracts attention as a next-generation electronic device material.

一般的に、III族窒化物半導体デバイスは、精密な膜厚制御が可能な有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)、分子線エピタキシー法(MBE法)などによって単結晶基板上にIII族窒化物膜の積層構造を形成することにより製造される。   In general, a group III nitride semiconductor device is a group III nitride formed on a single crystal substrate by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) or a molecular beam epitaxy method (MBE method) capable of precise film thickness control. It is manufactured by forming a laminated structure of physical films.

単結晶基板材料としては、III族窒化物と格子整合する基板の入手が困難なため、主にサファイア、Siなどが用いられているが、III族窒化物との格子定数差が大きいため、III族窒化物膜内に多くの貫通転位や積層欠陥が内包されてしまい、高い結晶性を有するIII族窒化物膜を得ることは困難であった。   As a single crystal substrate material, it is difficult to obtain a substrate that is lattice-matched with a group III nitride, so sapphire, Si, etc. are mainly used, but since the lattice constant difference with the group III nitride is large, III Many threading dislocations and stacking faults are included in the group nitride film, and it is difficult to obtain a group III nitride film having high crystallinity.

近年、ハライド気相エピタキシー法(HVPE)法により製造された高い結晶性を有する窒化ガリウム(GaN)バルク基板が開発され、青色発光素子や電子デバイス用途の高品位基板として使用されている。   In recent years, gallium nitride (GaN) bulk substrates having high crystallinity manufactured by a halide vapor phase epitaxy (HVPE) method have been developed and used as high-quality substrates for blue light emitting devices and electronic devices.

しかしながら、高いAl組成を必要とする半導体デバイス、例えば300nm以下の紫外線を発生する発光ダイオードを作製する場合においては、GaNバルク基板が、紫外線吸収体となり、高い発光効率を得ることは困難となる。また、Al組成の増加に伴い、GaNバルク基板上のIII族窒化物膜中には引っ張り応力が働くため、III族窒化物膜にクラックが発生するなどの問題も発生する。   However, in the case of manufacturing a semiconductor device that requires a high Al composition, for example, a light emitting diode that generates ultraviolet rays of 300 nm or less, the GaN bulk substrate becomes an ultraviolet absorber, and it is difficult to obtain high luminous efficiency. Further, as the Al composition increases, a tensile stress acts in the group III nitride film on the GaN bulk substrate, so that a problem such as generation of a crack in the group III nitride film also occurs.

このような状況に鑑みて、現在、次世代の単結晶基板として窒化アルミニウム(AlN)バルク基板の開発が活発に行われている。AlNはバンドギャップが6.0eV程度で、実質的に210nm以上の光に対して透明であり、またIII族窒化物の中で最も格子定数が小さいため、AlN基板上に積層したIII族窒化物膜に圧縮応力が加わり、クラックの抑制効果も期待される。   In view of such a situation, an aluminum nitride (AlN) bulk substrate is being actively developed as a next-generation single crystal substrate. AlN has a band gap of about 6.0 eV, is substantially transparent to light of 210 nm or more, and has the smallest lattice constant among group III nitrides. Therefore, group III nitride laminated on an AlN substrate is used. A compressive stress is applied to the film, and a crack suppressing effect is also expected.

単結晶AlNバルク基板の製造方法としては、昇華法、安熱法、融液法、HVPE法など様々な手法が検討されているが、上記手法により製造したAlNバルク体を基板として使用するためには、少なくとも100μm以上の厚みを有していることが好ましいことから、大きな成長速度が期待できるHVPE法は、製造上の観点から優れた手法であると考えられる。   Various methods such as a sublimation method, a low temperature method, a melt method, and an HVPE method have been studied as a method for manufacturing a single crystal AlN bulk substrate. In order to use an AlN bulk body manufactured by the above method as a substrate. Since it is preferable to have a thickness of at least 100 μm or more, the HVPE method that can be expected to have a high growth rate is considered to be an excellent method from the viewpoint of manufacturing.

HVPE法を用いてアルミニウム系III族窒化物結晶を成長させる場合には、一例を挙げると図4に示すような水平型HVPE装置400が使用される。図4に示す装置は、円筒状の石英ガラスなどの材質で構成される筒状の反応管410と、該反応管410の外部に配置される加熱手段420と、該反応管410の内部に配置されるサセプタ(基板支持台)430と、を有する。反応管410は通常水平に設置され、その一方の端部に位置する原料ガス供給手段450からキャリアガス及び原料ガスが、反応管410の長さ方向に沿って、サセプタ430の上に載置される基板(たとえばサファイア基板)440の面に対して平行に流れるように供給され、他方の端部からキャリアガス及び未反応の反応ガスを排出されるような構造となっている。なお、通常、基板は水平に置かれるので反応ガスも水平方向に流れることから、このような装置は一般に水平型装置と呼ばれている。   When an aluminum-based group III nitride crystal is grown using the HVPE method, for example, a horizontal HVPE apparatus 400 as shown in FIG. 4 is used. The apparatus shown in FIG. 4 includes a cylindrical reaction tube 410 made of a material such as cylindrical quartz glass, a heating means 420 disposed outside the reaction tube 410, and an inside of the reaction tube 410. Susceptor (substrate support base) 430. The reaction tube 410 is usually installed horizontally, and carrier gas and source gas are placed on the susceptor 430 along the length direction of the reaction tube 410 from the source gas supply means 450 located at one end thereof. A substrate (for example, a sapphire substrate) 440 is supplied so as to flow parallel to the surface of the substrate 440, and the carrier gas and unreacted reaction gas are discharged from the other end. In general, since the substrate is placed horizontally, the reaction gas also flows in the horizontal direction. Therefore, such a device is generally called a horizontal device.

原料ガス供給手段450は、反応管の一方の端部から所定の領域に二重管451が挿入された同心円状の三重管ノズル構造であり、二重管451の内管452の内側の空間を通路としてキャリアガス(たとえば水素ガス)で希釈されたIII族元素源ガスである“ハロゲン化アルミニウムを含むIII族ハロゲン化物ガス”が供給され、二重管451の外管453と反応管410の間の空間を通路としてキャリアガス(たとえば水素ガス)で希釈された窒素源ガス(たとえばアンモニアガス)が供給され、二重管の内管452と外管453の間の空間を通路として、バリアガス(たとえば窒素ガス)ガスが供給される。バリアガスは、ガス吐出口となる二重管端部近傍でIII族元素源ガスと窒素源ガスとが直ちに混合反応し、このときに生成する生成物がガス吐出口付近に析出して該ガス吐出口を閉塞させてしまうのを防止するために供給される。   The source gas supply means 450 is a concentric triple tube nozzle structure in which a double tube 451 is inserted into a predetermined region from one end of the reaction tube, and a space inside the inner tube 452 of the double tube 451 is formed. “Group III halide gas containing aluminum halide” which is a group III element source gas diluted with a carrier gas (for example, hydrogen gas) is supplied as a passage between the outer tube 453 of the double tube 451 and the reaction tube 410. A nitrogen source gas (for example, ammonia gas) diluted with a carrier gas (for example, hydrogen gas) is supplied as a passage, and a barrier gas (for example, a space between the inner tube 452 and the outer tube 453 of the double tube is used as a passage. Nitrogen gas) gas is supplied. In the barrier gas, the group III element source gas and the nitrogen source gas immediately mix and react in the vicinity of the end of the double pipe serving as the gas discharge port, and the product generated at this time is deposited near the gas discharge port to cause the gas discharge. It is supplied to prevent the outlet from being blocked.

また、サセプタ430の上には基板(たとえばサファイア基板)440が載置され、加熱手段により基板を加熱し、該基板440上にIII族元素源ガスと窒素源ガスとの反応によりアルミニウム系III族窒化物が成長する。良好な結晶層(成長層)を得るためには、基板は通常1000℃以上に加熱される。基板を加熱する方法(加熱手段)としては、(1)反応管の外部に取り付けられたヒーターにより反応管を直接加熱し、反応器壁を介しての熱伝導や輻射熱により基板を加熱する方法、(2)反応管の内部に取り付けられた円筒型発熱部材(たとえばカーボン)に反応管外部から高周波加熱により円筒型発熱部材を加熱し、その輻射熱により基板を加熱する方法、(3)基板をカーボン製の基板支持台(サセプタ)上に保持し、反応管外部から高周波加熱により基板を直接加熱する方法、(4)反応管外部から光を照射して基板を加熱する方法、(5)サセプタ自体に発熱体を埋め込み、通電してサセプタを加熱し、その熱伝導により基板を加熱する方法、(6)サセプタおよび/または基板をマイクロ波等の電磁波で加熱する方法等がある。   Further, a substrate (for example, a sapphire substrate) 440 is placed on the susceptor 430, and the substrate is heated by a heating means, and an aluminum-based group III group is formed on the substrate 440 by a reaction between a group III element source gas and a nitrogen source gas. Nitride grows. In order to obtain a good crystal layer (growth layer), the substrate is usually heated to 1000 ° C. or higher. As a method for heating the substrate (heating means), (1) a method in which the reaction tube is directly heated by a heater attached to the outside of the reaction tube, and the substrate is heated by heat conduction or radiant heat through the reactor wall, (2) A method in which a cylindrical heating member (for example, carbon) mounted inside the reaction tube is heated by high-frequency heating from the outside of the reaction tube and the substrate is heated by radiant heat. (3) The substrate is made of carbon. A method of heating the substrate directly from the outside of the reaction tube by high-frequency heating, which is held on a substrate support stand (susceptor), (4) A method of heating the substrate by irradiating light from the outside of the reaction tube, (5) The susceptor itself There are a method in which a heating element is embedded, the susceptor is heated by energization and the substrate is heated by heat conduction, and a method (6) the susceptor and / or the substrate is heated by electromagnetic waves such as microwaves.

そして、このような水平型の装置を用いることにより、毎時100μm以上という速度で窒化アルミニウム単結晶膜を形成することができるといわれている。   By using such a horizontal apparatus, it is said that an aluminum nitride single crystal film can be formed at a rate of 100 μm / hour or more.

特開2003−303774号公報JP 2003-303774 A 特開2006−073578号公報JP 2006-073578 A 特開2006−114845号公報JP 2006-114845 A

しかしながら、上記したような従来の水平型装置では、サセプタは反応管に単に挿入された状態で設置されているため、基板表面と接触しない原料ガスの割合が多く、経済的でないばかりでなく、サセプタの側面と衝突することによってガスの流れに乱れが生じ、安定に膜成長を行うことが困難となる傾向がある。   However, in the conventional horizontal apparatus as described above, since the susceptor is installed in a state where it is simply inserted into the reaction tube, the ratio of the source gas that does not contact the substrate surface is large, which is not economical and is not economical. The gas flow is disturbed by the collision with the side surface of the film, and it is difficult to stably grow the film.

このような問題は、図2に示す装置200のように、サセプタを収容できるような穴214の開いた仕切り板212を反応管210内に設置し、この穴214の中にサセプタ230を、仕切り板の上面とサセプタの上面が同一面を形成するようにして収容するように設置して、仕切り板で仕切られた上部の空間にのみ原料ガスを含むガスが流通させるようにすることにより解決することができると考えられる。   Such a problem is that a partition plate 212 having a hole 214 that can accommodate a susceptor is installed in the reaction tube 210 as in the apparatus 200 shown in FIG. 2, and the susceptor 230 is partitioned in the hole 214. The problem is solved by installing the upper surface of the plate and the upper surface of the susceptor so that the upper surface of the susceptor is accommodated and allowing the gas containing the source gas to circulate only in the upper space partitioned by the partition plate. It is considered possible.

そこで、本発明者らは図2に示すような装置を作製し、該装置を用いて、良好な単結晶膜の形成が可能な条件下で長時間成長を行うことにより300μmを越えるような厚さのlN単結晶膜の形成を実際に試みた。   Therefore, the present inventors manufactured a device as shown in FIG. 2 and used this device to grow for a long time under the condition that a good single crystal film can be formed. An attempt was made to form a 1N single crystal film.

その結果、原料ガスの有効利用という点では所期の効果を得ることができたが、成膜時間の経過に伴い実効的なAlN成長速度が低下し、最終的には実効的なAlN成長速度が0と見積もられる状態となってしまうという問題が発生することが明らかとなった。   As a result, the desired effect was obtained in terms of effective utilization of the source gas, but the effective AlN growth rate decreased with the passage of film formation time, and finally the effective AlN growth rate. It has become clear that there is a problem in that it becomes a state that is estimated to be zero.

そこで、本発明は、図2に示すような水平型の装置を用いたときに起こるこのような問題、すなわち経時的に成膜速度が低下するという問題の発生を防止して厚い単結晶窒化アルミニウム膜を安定して効率良く製造することができる方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention prevents the occurrence of such a problem that occurs when a horizontal apparatus as shown in FIG. 2 is used, that is, a problem that the film formation rate decreases with time. An object is to provide a method capable of stably and efficiently producing a membrane.

本発明者らは、上記したような問題が発生する原因を検討するため、AlN成長後の炉内の状況を注意深く観察した。その結果、上流側に位置する仕切り板の孔の周縁部の角部近傍260に多量の堆積物が形成されていることを確認した。   The present inventors carefully observed the situation inside the furnace after the growth of AlN in order to investigate the cause of the above problems. As a result, it was confirmed that a large amount of deposit was formed in the corner vicinity 260 of the peripheral edge of the hole of the partition plate located on the upstream side.

本発明者等はこのような観察結果から、前記問題の発生機構を次のように推定した。すなわち、図2に示すような装置では、サセプタは狭い空間に収納されガスの流通による空冷効果もないために熱がこもりやすく、AlN成長過程においてはサセプタの周縁部やそれと近接する仕切り板の孔の周縁部も基板温度に近い高温となってしまうと考えられる。基板表面のような平坦部と比べて角部や凸部などは結晶核が形成され易いため、基板よりも上流側におけるサセプタの周縁部やそれと近接する仕切り板の孔の周縁部では結晶核が形成されやすい状態にあるといえる。そして、何らかのきっかけで結晶核が形成してしまうと、該部分の温度は結晶形成に十分な温度となっているので結晶形成が一気に進んでしまい、最終的に肥大化した多結晶体もしくはアモルファス状の堆積物となる。さらに、該堆積箇所は非駆動箇所であるため、一旦形成された堆積物はAlN成長終了時まで基板上流場側で肥大化し続け、該堆積物によって基板上への原料の供給が遮蔽されることにより、基板表面における成膜速度が低下すると推定した。   The present inventors estimated the occurrence mechanism of the problem as follows from such observation results. That is, in the apparatus as shown in FIG. 2, since the susceptor is housed in a narrow space and there is no air cooling effect due to the gas flow, heat is easily trapped. It is considered that the peripheral edge of the substrate becomes a high temperature close to the substrate temperature. Crystal nuclei are more likely to be formed at corners and protrusions compared to flat parts such as the substrate surface. It can be said that it is easy to form. Then, if crystal nuclei are formed for some reason, the temperature of the portion is sufficient for crystal formation, so that crystal formation proceeds at a stretch, and finally the enlarged polycrystal or amorphous state It becomes a deposit. Furthermore, since the deposition site is a non-driven site, the deposit once formed continues to grow on the upstream side of the substrate until the end of the growth of AlN, and the supply of the raw material onto the substrate is shielded by the deposit. Therefore, it was estimated that the film formation rate on the substrate surface was reduced.

そして、本発明者等は、このような推定に基づき、基板上流部において結晶核形制を抑制し、急激な堆積物の生成を防止する方法について様々検討を行った。その結果、成膜時にサセプタを回転させると共に、サセプタに断熱機構及び/又は冷却機構が配設してサセプタの周縁端部の温度を基板の温度よりも150℃以上低温とした場合には、成膜速度を長時間安定保つことができることを見出し、本発明を完成するに至った。   Based on such estimation, the present inventors have made various studies on methods for suppressing crystal nucleus formation in the upstream portion of the substrate and preventing abrupt deposit formation. As a result, when the susceptor is rotated during film formation and the susceptor is provided with a heat insulating mechanism and / or a cooling mechanism so that the temperature at the peripheral edge of the susceptor is 150 ° C. lower than the substrate temperature, It has been found that the film speed can be kept stable for a long time, and the present invention has been completed.

すなわち、第一の本発明は、反応部111を有する反応器110と、基板を保持するためのサセプタ130と、該サセプタに保持される基板を加熱するための加熱手段120と、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとの組み合わせからなる原料ガスを前記反応部内に供給する原料ガス供給手段150と、を備え、前記原料ガスを前記基板表面沿った流れで供給すると共に前記反応部内で該原料ガスを反応させて加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成するIII族窒化物製造装置において、前記反応部は、前記サセプタが収納可能な穴114を有する平坦な底面113を有し、前記サセプタ130は、該サセプタに保持される基板140の面に対して垂直な軸を回転軸131として回転可能に、且つ該サセプタの基板を保持する側の面(基板側面)132が前記底面と実質的に同一面を形成するようにして前記穴の内部に収納設置されており、更に該サセプタには、加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成する稼動時において、該サセプタの周縁端部133の温度を基板の温度よりも150℃以上低温とする断熱機構及び/又は冷却機構が配設されていることを特徴とするIII族窒化物製造装置100である。   That is, the first present invention includes a reactor 110 having a reaction section 111, a susceptor 130 for holding a substrate, a heating means 120 for heating the substrate held by the susceptor, and a group III halide. A raw material gas supply means 150 for supplying a raw material gas comprising a combination of a gas and a nitrogen source gas into the reaction part, and supplying the raw material gas in a flow along the substrate surface, and the raw material gas in the reaction part In the group III nitride manufacturing apparatus for forming a layer made of group III nitride on the surface of the substrate heated by reacting the substrate, the reaction part has a flat bottom surface 113 having a hole 114 that can accommodate the susceptor. The susceptor 130 is rotatable about an axis perpendicular to the surface of the substrate 140 held by the susceptor as a rotation axis 131, and the susceptor 130 holds the substrate. A surface (substrate side surface) 132 is housed and installed in the hole so as to form substantially the same surface as the bottom surface, and the susceptor is made of III nitride on the heated substrate surface. A heat insulation mechanism and / or a cooling mechanism is provided to make the temperature of the peripheral edge 133 of the susceptor 150 ° C. or more lower than the temperature of the substrate during operation of forming the layer. This is a nitride manufacturing apparatus 100.

また、第二の本発明は、上記本発明のIII族窒化物製造装置を用いてIII族窒化物を製造する方法であって、前記サセプタを回転させながら1000℃以上の温度に加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成すると共に、原料ガスと接触する前記周縁部外側端部の温度を基板温度よりも150℃以上低く制御することを特徴とする方法である。   The second aspect of the present invention is a method for producing a group III nitride using the group III nitride production apparatus of the present invention, wherein the susceptor is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher while rotating. In this method, a layer made of a group III nitride is formed on the substrate surface, and the temperature of the outer edge of the peripheral edge in contact with the source gas is controlled to be 150 ° C. lower than the substrate temperature.

本発明の装置は、サセプタを反応部底面に設けられた穴の中に収納し、反応ガスの流通の障害とならないように設置しているので、反応部(反応ガスの流路ともなる)を狭くすることができ、反応ガスの利用率を高くすることができる。また、反応ガスがサセプタの側面と衝突して気流が乱れることがないので、安定して反応を行うことができ、その条件制御も容易に行うことができる。さらに、サセプタを回転させることによりサセプタ周縁部の状態の均一化を図り、局所的な堆積物の肥大化が起こりにくい状態とするとともにサセプタに断熱機構及び/又は冷却機構が配設することによりサセプタの周縁部やそれと近接する仕切り板の孔の周縁部の温度上昇を抑制し、結晶成長自体が起こりにくい状態としているので、長時間成膜を行っても成膜速度が急激に低下することなく安定して成膜を続けることが可能となっている。   In the apparatus of the present invention, the susceptor is housed in a hole provided in the bottom surface of the reaction part, and is installed so as not to obstruct the flow of the reaction gas. It can be narrowed and the utilization rate of the reaction gas can be increased. In addition, since the reaction gas does not collide with the side surface of the susceptor and the airflow is not disturbed, the reaction can be performed stably and the condition control can be easily performed. Further, by rotating the susceptor, the peripheral portion of the susceptor is made uniform so that local deposits are hardly enlarged, and the susceptor is provided with a heat insulating mechanism and / or a cooling mechanism. The temperature rise at the peripheral edge of the plate and the peripheral edge of the hole in the adjacent partition plate is suppressed, and the crystal growth itself is difficult to occur. It is possible to continue film formation stably.

本発明のIII族窒化物製造装置は、従来の水平型HVPE装置と同様に、反応部を有する反応器と、基板を保持するためのサセプタと、該サセプタに保持される基板を加熱するための加熱手段と、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとの組み合わせからなる原料ガスを前記反応部内に供給する原料ガス供給手段と、を備えている。そして、前記原料ガスを前記基板表面に沿った流れで供給すると共に前記反応部内で該原料ガスを反応させて加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成する。   The group III nitride production apparatus of the present invention is similar to a conventional horizontal HVPE apparatus in that a reactor having a reaction part, a susceptor for holding a substrate, and a substrate held by the susceptor are heated. Heating means and source gas supply means for supplying a source gas comprising a combination of a group III halide gas and a nitrogen source gas into the reaction section. Then, the source gas is supplied in a flow along the substrate surface, and the source gas is reacted in the reaction portion to form a layer made of a group III nitride on the heated substrate surface.

本発明の装置は、後述する特徴点を除いて、従来の水平型HVPE装置と特に変わる点はなく、従来の水平型HVPE装置で採用されている基板加熱手段および原料ガス供給手段が何ら制限なく採用できる。たとえば、原料ガス供給手段としては図4に示される装置と同様の手段、すなわち同心円状の三重管構造となっているガス導入菅からキャリアガスで適宜稀釈された原料ガスおよびバリアガスを供給する手段が採用できる。該手段に於いては、三重管の中心部の流路からキャリアガスで希釈されたIII族ハロゲン化物ガスが供給され、最も外側の流路から空間を流路としてキャリアガスで希釈された窒素源ガスが供給され、両者の中間の流路からバリアガスガスが供給される。   The apparatus of the present invention is not particularly different from the conventional horizontal HVPE apparatus, except for the features described later, and the substrate heating means and source gas supply means employed in the conventional horizontal HVPE apparatus are not limited. Can be adopted. For example, as the source gas supply means, the same means as the apparatus shown in FIG. 4, that is, means for supplying source gas and barrier gas appropriately diluted with carrier gas from a gas inlet having a concentric triple pipe structure, Can be adopted. In this means, a group III halide gas diluted with a carrier gas is supplied from the flow path at the center of the triple tube, and a nitrogen source diluted with the carrier gas from the outermost flow path as a flow path. A gas is supplied, and a barrier gas gas is supplied from an intermediate flow path between the two.

III族ハロゲン化物ガスとしては、三塩化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウム、一塩化ガリウム等のハロゲン化ガリウム、三塩化インジウム等のハロゲン化インジウム、又はこれらの混合物が使用できる。これらIII族ハロゲン化物ガスは、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどのIII族金属とハロゲン化水素を反応させることにより得ることができる。また、III族ハロゲン化物ガスは、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化インジウム等のIII族ハロゲン化物そのものを加熱、気化させることにより得ることもできる。この場合、III族ハロゲン化物には無水結晶であり、かつ不純物の少ないものを使用するのが好ましい。原料ガスに不純物が混入すると形成される結晶に欠陥が発生するばかりでなく、物理的化学的特性の変化をもたらすため、ガスの原料となる物質は高純度品を用いる必要がある。III族窒化物として窒化アルミニウムを製造する場合には、三塩化アルミニウムが好適に使用される。なお、III族ハロゲン化物ガスは、ガス温度が100℃以下になった場合に配管や反応装置内に析出する恐れがあるため、100℃以上、より好ましくは150℃以上に加熱して、ガス温度を管理することが望ましい。   As the group III halide gas, aluminum halide such as aluminum trichloride, gallium halide such as gallium monochloride, indium halide such as indium trichloride, or a mixture thereof can be used. These group III halide gases can be obtained by reacting a group III metal such as aluminum, gallium or indium with a hydrogen halide. The group III halide gas can also be obtained by heating and vaporizing a group III halide itself such as aluminum halide, gallium halide, or indium halide. In this case, it is preferable to use a group III halide which is an anhydrous crystal and has few impurities. When impurities are mixed in the source gas, not only defects are generated in the formed crystal, but also changes in physical and chemical characteristics are required. Therefore, it is necessary to use a high-purity product as the gas source material. When producing aluminum nitride as the group III nitride, aluminum trichloride is preferably used. In addition, since the group III halide gas may be deposited in the piping or the reaction apparatus when the gas temperature becomes 100 ° C. or lower, the gas is heated to 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher. It is desirable to manage.

窒素源ガスとしては、窒素を含有する反応性ガスが採用されるが、コストと取扱易さの点で、アンモニアガスが好ましい。   As the nitrogen source gas, a reactive gas containing nitrogen is adopted, but ammonia gas is preferable in terms of cost and ease of handling.

キャリアガス及びバリアガスとしては水素、窒素、ヘリウム、またはアルゴンの単体ガス、もしくはそれらの混合ガスが使用可能であり、あらかじめ精製器を用いて酸素、水蒸気、一酸化炭素或いは二酸化炭素等の不純ガス成分を除去しておくことが好ましい。   The carrier gas and barrier gas can be a single gas of hydrogen, nitrogen, helium, or argon, or a mixed gas thereof. Impurity gas components such as oxygen, water vapor, carbon monoxide or carbon dioxide using a purifier in advance. Is preferably removed.

また、基板加熱手段としては、図4で示す装置において適用可能とされている加熱手段(背景技術に於いて(1)〜(6)として示されている方法)を採用することができる。   As the substrate heating means, heating means (methods shown as (1) to (6) in the background art) that can be applied in the apparatus shown in FIG. 4 can be employed.

本発明のIII族窒化物製造装置は、従来の水平型HVPE装置と比較して、下記1〜3に示す特徴点を有する。
1. 前記反応部の底面を平坦にし、該底面に穴を設けて、該穴の中に前記サセプタを、該サセプタの基板を保持する側の面が前記底面と実質的に同一面を形成するようにして収納設置した点。
2. サセプタを該サセプタに保持される基板面に対して垂直な軸を回転軸として回転可能に設置した点。
3. 加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成する稼動時において、該サセプタの周縁端部の温度を基板の温度よりも150℃以上低温とする断熱機構及び/又は冷却機構をサセプタに配設した点。
The group III nitride production apparatus of the present invention has the following features 1 to 3 as compared with the conventional horizontal HVPE apparatus.
1. The bottom surface of the reaction part is flattened, and a hole is provided in the bottom surface so that the susceptor is formed in the hole, and the surface of the susceptor that holds the substrate is substantially flush with the bottom surface. The point that was installed.
2. The point that the susceptor is rotatably installed with an axis perpendicular to the substrate surface held by the susceptor as a rotation axis.
3. A heat insulating mechanism and / or a cooling mechanism that lowers the temperature of the peripheral edge of the susceptor by 150 ° C. or more than the temperature of the substrate during operation of forming a layer made of group III nitride on the heated substrate surface. The point arranged in.

以下、図面を参照してこれら特徴点について詳しく説明する。   Hereinafter, these characteristic points will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、代表的な本発明のIII族窒化物製造装置100の模式図(部分断面の模式図)である。該装置100は、水平型の装置であり、筒状の反応器110の内部に仕切り板112を設置し、該仕切り板で区切られた上部の空間が反応部111となっている。上記仕切り板112には、穴114が設けられており、該穴114の内部にサセプタ130が収納設置されている。サセプタ130はその基板側面132を上向きに、該基板側面132と仕切り板112の上面とが実質的に同一面を形成するようにして収納されている。したがって、反応部の底面113は仕切り板112の上面とサセプタ130の基板側面132で構成されることになる。なお、上記基板側面132と仕切り板上面が実質的に同一面を形成するとは、原料ガス流通の障害となるような凹凸は極力排除されている状態を指し、具体的には両者の高低差が5mm以下、好ましくは2mm以下であることを意味する。   FIG. 1 is a schematic diagram (schematic diagram of a partial cross section) of a typical group III nitride production apparatus 100 of the present invention. The apparatus 100 is a horizontal apparatus. A partition plate 112 is installed inside a cylindrical reactor 110, and an upper space partitioned by the partition plate is a reaction unit 111. The partition plate 112 is provided with a hole 114, and a susceptor 130 is accommodated in the hole 114. The susceptor 130 is accommodated such that the substrate side surface 132 faces upward and the substrate side surface 132 and the upper surface of the partition plate 112 form substantially the same surface. Therefore, the bottom surface 113 of the reaction part is composed of the top surface of the partition plate 112 and the substrate side surface 132 of the susceptor 130. In addition, the said board | substrate side surface 132 and the partition plate upper surface form substantially the same surface refers to the state by which the unevenness | corrugation which becomes a hindrance of raw material gas distribution is excluded as much as possible, specifically, the height difference of both is high. It means 5 mm or less, preferably 2 mm or less.

反応部は、反応器内壁と仕切り板上面で囲われた空間であり、原料ガス供給手段150から供給される原料ガスやキャリアガスなどのガスがこの空間を流れることからフローチャンネルと呼ばれることもある。該反応部壁面を構成する材料(すなわち、反応器および仕切り板を構成する材料)としては、サセプタからの熱輻射に対する耐熱性および、原料ガスに対するガス耐性を有している材料の中から任意に選択することが出来るが、加工の容易さなどから、石英、SUS、AlN焼結体、AlNおよびBN混合焼結体などを用いることが好ましい。石英もしくはSUSを使用する場合は、それぞれの材料の耐熱性能を考慮して、石英においては1100℃以上、SUSについては800℃以上に加熱されないように注意を払う必要がある。   The reaction section is a space surrounded by the inner wall of the reactor and the upper surface of the partition plate, and a gas such as a raw material gas or a carrier gas supplied from the raw material gas supply means 150 flows through this space, and is sometimes called a flow channel. . The material constituting the reaction part wall surface (that is, the material constituting the reactor and the partition plate) is arbitrarily selected from materials having heat resistance against heat radiation from the susceptor and gas resistance against the source gas. Although it can be selected, quartz, SUS, AlN sintered body, AlN and BN mixed sintered body, etc. are preferably used from the viewpoint of ease of processing. When using quartz or SUS, it is necessary to pay attention not to heat the quartz to 1100 ° C. or higher and SUS to 800 ° C. or higher in consideration of the heat resistance performance of each material.

また、反応部壁面を冷媒流通管と接触させ、該流通管内に冷媒を循環させて上記の温度以上への過昇温を防止するように反応部内の温度を管理することも、製造プロセスを安定して行う上で非常に有用な手法である。   In addition, the temperature in the reaction part can be controlled by bringing the reaction part wall surface into contact with the refrigerant flow pipe and circulating the refrigerant in the flow pipe to prevent overheating above the above temperature. This is a very useful technique.

サセプタ130は、真上に基板140を載置する基板載置部134と該基板載置部を囲繞する周縁部135を有しており、該基板載置部134の内部には基板を加熱する加熱手段120となる炭素製発熱体137が埋設されている。該炭素製発熱体には図示しない電量供給装置から電力を気供給し、通電することによりヒーターとして機能する。   The susceptor 130 has a substrate platform 134 on which the substrate 140 is placed, and a peripheral portion 135 surrounding the substrate platform, and the substrate is heated inside the substrate platform 134. A carbon heating element 137 serving as the heating means 120 is embedded. The carbon heating element functions as a heater by supplying electric power from a power supply device (not shown) and energizing it.

また、サセプタの基板載置部134の表面には、基板がずれないように基板が嵌合するような凹部が形成されていることが好ましい。基板はこの嵌合凹部に載置せられるが、載置された基板表面の高さはサセプタ上面の高さよりも0.01〜0.5mm、特に0.05〜0.3mm高くなっていることが好ましい。基板表面の高さをサセプタ上面の高さよりも僅かに高くすることにより基板上流部に堆積物が僅かに形成されたとしても、それによる反応ガス流通阻害の影響を小さくするくすことができる。   Moreover, it is preferable that a recess is formed on the surface of the substrate mounting portion 134 of the susceptor so that the substrate is fitted so that the substrate is not displaced. The substrate is placed in this fitting recess, but the height of the placed substrate surface is 0.01 to 0.5 mm, especially 0.05 to 0.3 mm higher than the height of the susceptor upper surface. Is preferred. Even if a deposit is slightly formed in the upstream portion of the substrate by making the height of the substrate surface slightly higher than the height of the susceptor upper surface, it is possible to reduce the influence of the reaction gas flow inhibition caused by the deposit.

また、該サセプタ130は、これに保持される基板面に対して垂直な軸を回転軸131として回転可能に設置されている。サセプタを回転させながら結晶成長を行うことにより、サセプタ周縁部の状態の均一化を図ると共に核形成箇所を円周方向に分散させることにより局所的な核形成が起こりにくい状態とすることができる。基板の回転は、図示しないモーターを用いて行われる。   Further, the susceptor 130 is rotatably installed with an axis perpendicular to the substrate surface held by the susceptor 130 as a rotation axis 131. By performing crystal growth while rotating the susceptor, it is possible to make the state of the peripheral portion of the susceptor uniform and to disperse the nucleation sites in the circumferential direction so that local nucleation hardly occurs. The rotation of the substrate is performed using a motor (not shown).

さらに、本発明のIII族窒化物製造装置においては、加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成する稼動時(成膜時)において、該サセプタの周縁端部133の温度を基板の温度よりも150℃以上低温とする断熱機構及び/又は冷却機構が、サセプタに配設される。このような断熱機構及び/又は冷却機構としては、(1)前記サセプタにおいてその真上に基板を載置する基板載置部と該基板載置部を囲繞する周縁部との間に両者を隔てるように形成された溝、(2)前記周縁部を強制冷却する冷却装置、および(3)放熱又は断熱により前記周縁部の外周角部の温度を加熱された基板の温度よりも150℃以上低温となるような十分な幅を有する前記周縁部を挙げることができ、これらは併用可能である。   Furthermore, in the group III nitride manufacturing apparatus of the present invention, the temperature of the peripheral edge portion 133 of the susceptor is set during operation (during film formation) for forming a layer made of group III nitride on the heated substrate surface. A heat insulating mechanism and / or a cooling mechanism that lowers the temperature by 150 ° C. or more from the temperature of the substrate is disposed on the susceptor. As such a heat insulation mechanism and / or a cooling mechanism, (1) in the susceptor, the substrate placing part for placing the substrate immediately above and a peripheral part surrounding the substrate placing part are separated from each other. (2) a cooling device that forcibly cools the peripheral portion, and (3) a temperature of 150 ° C. or more lower than the temperature of the substrate heated at the outer peripheral corner of the peripheral portion by heat dissipation or heat insulation. The peripheral portion having a sufficient width such that can be mentioned, and these can be used in combination.

図4に示す装置では上記(1)および(3)を採用している。すなわち、(1)として基板載置部134と周縁部135の間には、両者を隔てる環状の溝136が形成されている。溝を設けて伝熱面積を小さくすることにより断熱し、基板載置部から周縁部への熱伝導による周縁部の加熱が抑制される。また、周縁部135は上記(3)として機能するような十分な幅を有している。基板載置部から伝わった熱は、反応部を流通するガス(キャリアガス、原料ガスおよびバリアガスの混合ガス)との熱交換により冷却されるため、上記(1)による効果、更には基板を回転させる効果と相俟って、所期の効果を達成することができる。周縁部の幅は、サセプタの材質、基板を加熱するためにサセプタに供給される熱量、周縁部の形状、伝熱面積、流通ガスの組成、流量、温度、サセプタの回転速度などを勘案して、成膜時におけるサセプタの周縁端部の温度が基板の温度よりも150℃以上低温となるように決定される。成膜時(稼動時)におけるサセプタの周縁端部の温度は、基板温度よりも150℃以上低温、好ましくは250℃以上低温であればよいが、原料ガス中のIII族ハロゲン化物の析出を防止する観点からその下限は300℃、より好ましくは400℃以上とすることが好ましい。すなわち、成膜時(稼動時)におけるサセプタの周縁端部の温度は、300℃〜(基板温度−150℃)であることが好ましく、400℃〜(基板温度−250℃)であることがより好ましい。   The apparatus shown in FIG. 4 adopts the above (1) and (3). That is, as (1), an annular groove 136 is formed between the substrate platform 134 and the peripheral portion 135 to separate them. Heat is insulated by providing a groove to reduce the heat transfer area, and heating of the peripheral edge due to heat conduction from the substrate mounting portion to the peripheral edge is suppressed. The peripheral edge 135 has a sufficient width to function as (3) above. Since the heat transferred from the substrate mounting part is cooled by heat exchange with the gas flowing through the reaction part (mixed gas of carrier gas, source gas and barrier gas), the effect of (1) above, and further the substrate is rotated. Combined with the effect to be achieved, the desired effect can be achieved. The width of the peripheral portion takes into account the material of the susceptor, the amount of heat supplied to the susceptor to heat the substrate, the shape of the peripheral portion, the heat transfer area, the composition of the flow gas, the flow rate, the temperature, the rotational speed of the susceptor, etc. The temperature of the peripheral edge of the susceptor during film formation is determined to be 150 ° C. or more lower than the temperature of the substrate. The temperature at the peripheral edge of the susceptor during film formation (during operation) may be 150 ° C. or more, preferably 250 ° C. or more lower than the substrate temperature, but it prevents precipitation of group III halides in the source gas. Therefore, the lower limit is preferably 300 ° C., more preferably 400 ° C. or more. That is, the temperature at the peripheral edge of the susceptor during film formation (during operation) is preferably 300 ° C. to (substrate temperature−150 ° C.), more preferably 400 ° C. to (substrate temperature−250 ° C.). preferable.

なお、上記(2)の周縁部を強制冷却する冷却装置としては、周縁部の裏面に温度制御された冷媒を接触させる装置、或いは裏面に低温の不活性ガスを吹き付ける装置などが採用でき、このような装置を用いれば周縁部の幅を狭くすることも可能である。   In addition, as the cooling device for forcibly cooling the peripheral portion of (2), a device for bringing a temperature-controlled refrigerant into contact with the back surface of the peripheral portion or a device for blowing a low-temperature inert gas on the back surface can be adopted. If such an apparatus is used, the width of the peripheral edge can be reduced.

サセプタを構成する材料としては、耐熱性およびアンモニア耐性を有した材料が好適に使用される。このような材料を例示すれば、AlN焼結体、パイロリティック窒化ボロン(PBN)、AlNおよびBN混合焼結体、炭化タンタル(TaC)、炭化珪素(SiC)、炭素、石英、サファイアなどが使用できるが、加熱時に構造体中の酸素成分が脱離してAlN中へ取り込まれることを防ぐために、AlN焼結体、PBN、AlNおよびBN混合焼結体、TaC、およびSiCなどの基酸化物セラミックスまたは炭素を使用するのが好ましい。このとき、TaCおよびSiCについては、バルク体として使用してもよいし、コーティング材として使用してもよい。コーティング材として使用する場合には、例えば炭素基材のような異種材料からなる基材の表面に化学気相堆積法(CVD法)等によってコーティングを施し、TaC膜又はSiC膜を形成すればよい。また、炭素についてもバルク体、コーティング材の両方として使用可能である。   As a material constituting the susceptor, a material having heat resistance and ammonia resistance is preferably used. Examples of such materials include AlN sintered bodies, pyrolytic boron nitride (PBN), AlN and BN mixed sintered bodies, tantalum carbide (TaC), silicon carbide (SiC), carbon, quartz, sapphire, etc. Basic oxide ceramics such as AlN sintered body, PBN, AlN and BN mixed sintered body, TaC, and SiC in order to prevent the oxygen component in the structure from desorbing and being taken into AlN during heating. Or it is preferable to use carbon. At this time, TaC and SiC may be used as a bulk body or a coating material. When used as a coating material, for example, a TaC film or a SiC film may be formed by coating the surface of a substrate made of a different material such as a carbon substrate by a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. . Carbon can also be used as both a bulk material and a coating material.

しかしながら、基板載置部の材質は加熱手段としてどのような手段を採用するかによって制約を受ける。例えば、高周波加熱方式でサセプタ内に直接誘導電流を発生させて加熱する場合には、導電性を有するTaC、SiC、炭素の中から選定する必要がある。また、抵抗加熱により加熱する場合や、別の加熱源からの熱輻射によりサセプタを過熱する場合においては、導電性の有無は、加熱方式と関係なくなるため、上記の全ての材料の中から選定することが出来る。一方、周縁部の材質としては、断熱効果の観点から、熱伝導率の比較的低いPBN、AlNおよびBN混合焼結体を使用することが好ましい。なお、サセプタは必ずしも単一の材質で構成される必要はなく、例えば基板載置部と周縁部を別の材料で構成してもよく、更に周縁部を2層構造とし、それぞれを別の材料で構成してもよい。   However, the material of the substrate mounting portion is restricted by what means is used as the heating means. For example, when an induction current is directly generated in the susceptor by the high frequency heating method to heat the susceptor, it is necessary to select from conductive TaC, SiC, and carbon. In addition, when heating by resistance heating or when the susceptor is overheated by heat radiation from another heating source, the presence or absence of conductivity is irrelevant to the heating method, so select from all the above materials I can do it. On the other hand, as the material of the peripheral portion, it is preferable to use a PBN, AlN and BN mixed sintered body having a relatively low thermal conductivity from the viewpoint of a heat insulating effect. The susceptor does not necessarily need to be made of a single material. For example, the substrate mounting part and the peripheral part may be made of different materials, and the peripheral part has a two-layer structure, each of which is made of different materials. You may comprise.

本発明のIII族窒化物製造装置を用いた場合には、基板を1000℃以上の温度に加熱してIII族窒化物の成膜を行っても、サセプタを回転させ、更に原料ガスと接触する前記周縁部外側端部の温度を基板温度よりも150℃以上低く制御することができるので、サセプタの周縁部やそれと近接する仕切り板の孔の周縁部での結晶成長が抑制され、長時間製膜を行っても成膜速度急激に低下することなく安定して成膜を続けることができる。   When the group III nitride production apparatus of the present invention is used, even if the substrate is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher and the group III nitride film is formed, the susceptor is rotated and further contacted with the source gas Since the temperature of the outer edge of the peripheral edge can be controlled to be 150 ° C. lower than the substrate temperature, crystal growth at the peripheral edge of the susceptor and the peripheral edge of the partition plate adjacent to the susceptor is suppressed, and the product is manufactured for a long time. Even if the film is formed, the film formation can be continued stably without a rapid decrease in the film formation rate.

本発明のIII族窒化物製造装置を用いてIII族窒化物の製造を行う場合には、先ずサセプタに保持てからサセプタを回転させ、水素雰囲気中で基板を1000℃程度に加熱して表面のクリーニングを行い、その後原料ガスの流通を開始して加熱された基板上にIII族窒化物からなる層を形成すればよい。このとき、サセプタの回転速度は10〜4000rpm、特に50〜500rpmとするのが好ましい。また、III族窒化物からなる層の形成時(成膜時)における基板温度は、1000〜1700℃、特に1250〜1500℃とすることが好ましい。成長時間は所望の膜厚が得られるように成長速度を基に適時決定すればよく、所定の時間が経過した後、原料ガスの供給を停止し、サセプタを室温まで冷却し基板を反応炉から取り出せばよい。   When producing a group III nitride using the group III nitride production apparatus of the present invention, the substrate is first held in a susceptor, and then the susceptor is rotated, and the substrate is heated to about 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere. After cleaning, the flow of the raw material gas is started, and a layer made of a group III nitride may be formed on the heated substrate. At this time, the rotation speed of the susceptor is preferably 10 to 4000 rpm, particularly 50 to 500 rpm. Further, the substrate temperature at the time of forming a layer made of a group III nitride (during film formation) is preferably 1000 to 1700 ° C., particularly 1250 to 1500 ° C. The growth time may be determined in a timely manner based on the growth rate so as to obtain a desired film thickness. After a predetermined time has elapsed, the supply of the source gas is stopped, the susceptor is cooled to room temperature, and the substrate is removed from the reactor. Just take it out.

以下、実施例により本発明の内容を具体的に説明するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the content of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

実施例1
図1に示すような構造を有する装置を用いて、AlN単結晶の製造を行った。使用したサセプタは、基板載置部と周縁部とを有しており、その間には溝が設けられている。また、基板載置部と周縁部とは共にPBN製であり、基板載置部には炭素発熱体が埋設され、これに通電することにより基板を加熱することができるようになっている。
Example 1
An AlN single crystal was manufactured using an apparatus having a structure as shown in FIG. The used susceptor has a substrate mounting portion and a peripheral portion, and a groove is provided between them. The substrate mounting portion and the peripheral portion are both made of PBN, and a carbon heating element is embedded in the substrate mounting portion, and the substrate can be heated by energizing the carbon heating element.

AlN単結晶の製造の製造は、次のような手順で行った。すなわち、先ずサファイアC面基板をサセプタ上に保持し、サセプタを100rpmで回転させた。次いで水素を10slmの流量で流しながら、サファイア基板を1200℃まで加熱して、10分間保持することで表面のクリーニングを行った。その後、サセプタの回転状態および基板温度を保ったままで原料ガスの流通を開始した。このとき、原料ガス及びバリアガスの流量は、三塩化アルミニウム5ssccm、アンモニア20sccm、窒素(バリアガス)1500sccmとし、キャリアガス(水素)の流量を調節して全流量が10slmとなるようにした。また、反応部内の圧力は500Torrとなるようにした。   The manufacture of the AlN single crystal was performed according to the following procedure. That is, first, the sapphire C-plane substrate was held on the susceptor, and the susceptor was rotated at 100 rpm. Next, while flowing hydrogen at a flow rate of 10 slm, the sapphire substrate was heated to 1200 ° C. and held for 10 minutes to clean the surface. Thereafter, the flow of the source gas was started while maintaining the rotation state of the susceptor and the substrate temperature. At this time, the flow rates of the source gas and the barrier gas were aluminum trichloride 5 ssccm, ammonia 20 sccm, and nitrogen (barrier gas) 1500 sccm, and the total flow rate was adjusted to 10 slm by adjusting the flow rate of the carrier gas (hydrogen). The pressure in the reaction part was set to 500 Torr.

なお、III族原料ガスとして用いた該三塩化アルミニウムは、反応炉の上流側において、500℃に加熱保持した金属アルミニウムと塩化水素ガスを反応させることにより発生させて供給した。また、配管内への三塩化アルミニウムの析出を防止するため、金属アルミニウムと塩化水素を反応させる反応炉から反応部までの配管は200℃に加熱した。   The aluminum trichloride used as the group III source gas was generated and supplied by reacting metal aluminum heated to 500 ° C. and hydrogen chloride gas upstream of the reaction furnace. Moreover, in order to prevent precipitation of aluminum trichloride in the pipe, the pipe from the reaction furnace for reacting metal aluminum and hydrogen chloride to the reaction section was heated to 200 ° C.

所定時間成膜を行った後、三塩化アルミニウムの供給のみを停止し、成膜を終了した。なお、成膜は、成膜時間を60分、120分、360分、および600分と変えて4回行った。成膜時におけるサセプタ周縁部外周領域の温度を赤外放射温度計により測定したところ、その温度は、何れの場合も約980℃であった。   After film formation for a predetermined time, only the supply of aluminum trichloride was stopped and film formation was completed. The film formation was performed four times while changing the film formation time from 60 minutes, 120 minutes, 360 minutes, and 600 minutes. When the temperature of the outer peripheral region of the susceptor peripheral edge during film formation was measured with an infrared radiation thermometer, the temperature was about 980 ° C. in all cases.

三塩化アルミニウムの供給停止後、サセプタ温度が700℃以下になったことを確認してからアンモニアの供給を停止し、反応部内に供給するガスを窒素ガスに切り替え炉内を窒素置換した後、室温まで冷却してから基板を取り出した。取り出した基板の中心部を5mm角に壁開した後、スパッタリングコーターによりPtを10nmコーティングした。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)によりサンプルの断面を観察することにより、膜厚評価を行った。膜厚は成長時間60分、120分、360分、600分、でそれぞれ、42μm、78μm、235μm、397μmであった。図3に成長時間に対し、得られたAlN単結晶膜の膜厚をプロットしたものを示す。   After stopping the supply of aluminum trichloride, after confirming that the susceptor temperature became 700 ° C. or less, the supply of ammonia was stopped, the gas supplied into the reaction part was switched to nitrogen gas, the interior of the furnace was replaced with nitrogen, Then, the substrate was taken out. The central portion of the substrate thus taken out was opened to a 5 mm square, and then coated with 10 nm of Pt by a sputtering coater. Then, film thickness evaluation was performed by observing the cross section of a sample with a scanning electron microscope (SEM). The film thicknesses were 42 μm, 78 μm, 235 μm, and 397 μm at the growth time of 60 minutes, 120 minutes, 360 minutes, and 600 minutes, respectively. FIG. 3 shows a plot of the thickness of the obtained AlN single crystal film against the growth time.

比較例1
図2に示す構造を有する装置、すなわち、サセプタとして周縁部及び溝を有しておらず、回転不能に固定設置されている他は実施例1で用いたサセプタと同様のサセプタを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行った。膜厚は成長時間60分、120分、360分、600分でそれぞれ、40μm、77μm、190μm、230μmであった。図3に成長時間に対し、得られたAlN単結晶膜の膜厚をプロットしたものを示す。なお、成膜時におけるサセプタ周縁端部の温度は実施例1に比べ200℃近く高い約1160℃であり、360分以上成膜を行った後にはサセプタ上流部の仕切り板の孔の周縁部の角部近傍に結晶性の堆積物が付着していた。
Comparative Example 1
The apparatus having the structure shown in FIG. 2, that is, a susceptor similar to the susceptor used in Example 1 is used except that the susceptor does not have a peripheral portion and a groove and is fixedly installed so as not to rotate. The same operation as in Example 1 was performed. The film thicknesses were 40 μm, 77 μm, 190 μm, and 230 μm at the growth time of 60 minutes, 120 minutes, 360 minutes, and 600 minutes, respectively. FIG. 3 shows a plot of the thickness of the obtained AlN single crystal film against the growth time. The temperature at the peripheral edge of the susceptor at the time of film formation is about 1160 ° C., which is nearly 200 ° C. higher than in Example 1. After film formation for 360 minutes or more, the temperature at the peripheral edge of the partition plate hole at the upstream portion of the susceptor is Crystalline deposits were attached near the corners.

比較例2
実施例1においてサセプタを回転させない他は同様にして600分間成膜を行った。得られた膜の膜厚は310μmであり、製膜後に装置内を観察したところサセプタ上流部の仕切り板の孔の周縁部の角部近傍に結晶性の堆積物が付着していた。
Comparative Example 2
In Example 1, film formation was performed for 600 minutes in the same manner except that the susceptor was not rotated. The film thickness of the obtained film was 310 μm, and the inside of the apparatus was observed after the film formation. As a result, crystalline deposits were attached in the vicinity of the corner of the peripheral edge of the partition plate upstream of the susceptor.

本図は、代表的な本発明のIII族窒化物製造装置の模式図(部分断面の模式図)である。This figure is a schematic diagram (schematic diagram of a partial cross section) of a typical group III nitride production apparatus of the present invention. 本図は、比較例1で用いたIII族窒化物製造装置の模式図(部分断面の模式図)である。This figure is a schematic diagram (schematic diagram of a partial cross section) of the group III nitride production apparatus used in Comparative Example 1. 本図は、実施例1及び比較例1において、得られたAlN単結晶膜の膜厚と製膜時間との関係を示したグラフである。This figure is a graph showing the relationship between the film thickness of the obtained AlN single crystal film and the film formation time in Example 1 and Comparative Example 1. 本図は、従来の水平型HVPE装置の模式図(部分断面の模式図)である。This figure is a schematic diagram (schematic diagram of a partial cross section) of a conventional horizontal HVPE apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・III族窒化物製造装置
110・・・反応器
111・・・反応部
112・・・仕切り板
113・・・底面
114・・・穴
120・・・加熱手段
130・・・サセプタ
131・・・回転軸
132・・・基板側面
133・・・周縁端部
134・・・基板載置部
135・・・周縁部
136・・・溝
137・・・炭素製発熱体
140・・・基板
150・・・原料ガス供給手段
200・・・III族窒化物製造装置
210・・・反応器
211・・・反応部
212・・・仕切り板
213・・・底面
214・・・穴
220・・・加熱手段
230・・・サセプタ
237・・・炭素製発熱体
240・・・基板
250・・・原料ガス供給手段
260・・・仕切り板の孔の周縁部の角部近傍
400・・・水平型HVPE装置
410・・・反応管
420・・・加熱手段
430・・・サセプタ
440・・・基板
450・・・原料ガス供給手段
451・・・二重管
452・・・二重間の内管
453・・・二重間の外管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Group III nitride manufacturing apparatus 110 ... Reactor 111 ... Reaction part 112 ... Partition plate 113 ... Bottom 114 ... Hole 120 ... Heating means 130 ... Susceptor 131 ... Rotary shaft 132 ... Substrate side surface 133 ... Rim edge part 134 ... Substrate placement part 135 ... Rim part 136 ... Groove 137 ... Carbon heating element 140 ... Substrate 150 ... Raw material gas supply means 200 ... Group III nitride production apparatus 210 ... Reactor 211 ... Reaction section 212 ... Partition plate 213 ... Bottom 214 ... Hole 220 ... Heating means 230... Susceptor 237... Carbon heating element 240... Substrate 250 .. source gas supply means 260 .. vicinity of corner of peripheral edge of partition plate hole 400. Apparatus 410 ... reaction tube 420 ... heating Stage 430 · susceptor 440 ... substrate 450 ... source gas supply means 451 ... double tube 452 ... outer tube between the inner tube 453 ... double between double

Claims (6)

反応部を有する反応器と、基板を保持するためのサセプタと、該サセプタに保持される基板を加熱するための加熱手段と、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとの組み合わせからなる原料ガスを前記反応部内に供給する原料ガス供給手段と、を備え、前記原料ガスを前記基板表面に沿った流れで供給すると共に前記反応部内で該原料ガスを反応させて加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成するIII族窒化物製造装置において、
前記反応部は、前記サセプタが収納可能な穴を有する平坦な底面を有し、前記サセプタは、該サセプタに保持される基板面に対して垂直な軸を回転軸として回転可能に、且つ該サセプタの基板を保持する側の面が前記底面と実質的に同一面を形成するようにして前記穴の内部に収納設置されており、更に該サセプタには、加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成する稼動時において、該サセプタの周縁端部の温度を基板の温度よりも150℃以上低温とする断熱機構及び/又は冷却機構が配設されていることを特徴とするIII族窒化物製造装置。
A reactor gas having a reaction part, a susceptor for holding the substrate, a heating means for heating the substrate held by the susceptor, and a source gas comprising a combination of a group III halide gas and a nitrogen source gas A source gas supply means for supplying the reaction gas into the reaction section, and supplying the source gas in a flow along the substrate surface and reacting the source gas in the reaction section to heat the group III on the substrate surface. In a group III nitride manufacturing apparatus for forming a layer made of nitride,
The reaction portion has a flat bottom surface having a hole that can accommodate the susceptor, and the susceptor is rotatable about an axis perpendicular to a substrate surface held by the susceptor as a rotation axis. The surface holding the substrate is housed and installed in the hole so that the surface on the side of the substrate is substantially the same as the bottom surface, and the susceptor has a group III nitride on the heated substrate surface. A heat-insulating mechanism and / or a cooling mechanism is provided to make the temperature of the peripheral edge of the susceptor 150 ° C. or more lower than the temperature of the substrate during operation of forming a layer made of a material III Group nitride production equipment.
断熱機構及び/又は冷却機構が、
(1)前記サセプタにおいてその真上に基板を載置する基板載置部と該基板載置部を囲繞する周縁部との間に両者を隔てるように形成された溝、
(2)前記周縁部を強制冷却する冷却装置、および
(3)放熱又は断熱により前記周縁部の外周角部の温度を加熱された基板の温度よりも150℃以上低温となるような十分な幅を有する前記周縁部
からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物製造装置。
Insulation mechanism and / or cooling mechanism,
(1) In the susceptor, a groove formed so as to separate a substrate mounting portion on which the substrate is mounted and a peripheral portion surrounding the substrate mounting portion from each other,
(2) a cooling device that forcibly cools the peripheral edge, and (3) a sufficient width so that the temperature of the outer peripheral corner of the peripheral edge is 150 ° C. or more lower than the temperature of the substrate heated by heat dissipation or heat insulation. The group III nitride manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is at least one selected from the group consisting of the peripheral portions.
前記基板載置部および前記周縁部の基板を載置する側の面が、非酸化物セラミックス又は炭素で構成される請求項1又は2に記載のIII族窒化物製造装置。 3. The group III nitride manufacturing apparatus according to claim 1, wherein surfaces of the substrate mounting portion and the peripheral portion on which the substrate is mounted are made of non-oxide ceramics or carbon. 前記加熱手段による基板の加熱が、前記サセプタの基板の下層に位置する部分を発熱させる事により行われる請求項1乃至3のいずれかに記載のIII族窒化物製造装置。 4. The group III nitride manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the heating of the substrate by the heating unit is performed by generating heat in a portion of the susceptor located below the substrate. 5. 原料ガスとして三塩化アルミニウムとアンモニアとの組合せを使用し、III族窒化物からなる層として窒化アルミニウム単結晶層を形成する請求項1乃至4のいずれかに記載のIII族窒化物製造装置。 The group III nitride manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a combination of aluminum trichloride and ammonia is used as a source gas, and an aluminum nitride single crystal layer is formed as a layer made of group III nitride. 請求項1乃至5の何れかに記載のIII族窒化物製造装置を用いてIII族窒化物を製造する方法であって、前記サセプタを回転させながら1000℃以上の温度に加熱された前記基板表面にIII族窒化物からなる層を形成すると共に、原料ガスと接触する前記周縁部外側端部の温度を基板温度よりも150℃以上低く制御することを特徴とする方法。 6. A method for producing a group III nitride using the group III nitride production apparatus according to claim 1, wherein the substrate surface is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher while rotating the susceptor. And forming a layer made of a group III nitride, and controlling the temperature of the outer edge of the peripheral edge in contact with the source gas to be lower by 150 ° C. or more than the substrate temperature.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009043848A1 (en) * 2009-08-25 2011-03-03 Aixtron Ag CVD method and CVD reactor
JP5524758B2 (en) * 2010-08-03 2014-06-18 国立大学法人東京農工大学 Crystal growth equipment
JP2014216605A (en) * 2013-04-30 2014-11-17 住友電気工業株式会社 Manufacturing method and manufacturing apparatus of semiconductor substrate

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3297288B2 (en) * 1996-02-13 2002-07-02 株式会社東芝 Apparatus and method for manufacturing semiconductor device
JPH10167897A (en) * 1996-11-29 1998-06-23 Nissin Electric Co Ltd Method for growing gan film
JP3142054B2 (en) * 1996-12-03 2001-03-07 日本碍子株式会社 Chemical vapor deposition equipment
JP3803788B2 (en) * 2002-04-09 2006-08-02 農工大ティー・エル・オー株式会社 Vapor phase growth method of Al III-V compound semiconductor, Al III-V compound semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus
JP2005093505A (en) * 2003-09-12 2005-04-07 Hitachi Cable Ltd Vapor phase epitaxial growth device
JP2006073578A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Nokodai Tlo Kk METHOD AND EQUIPMENT FOR VAPOR PHASE EPITAXIAL GROWTH IN AlGaN
JP2006114845A (en) * 2004-10-18 2006-04-27 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Manufacturing method of aluminum-based group iii nitride
JP4719541B2 (en) * 2005-09-16 2011-07-06 大陽日酸株式会社 Semiconductor thin film growth equipment
JP5263248B2 (en) * 2010-09-16 2013-08-14 住友電気工業株式会社 Vapor growth apparatus and vapor growth method

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