JP6153489B2 - Crystal growth equipment - Google Patents

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本発明は、反応容器内に配置された基板を加熱しながら、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより、III族窒化物結晶を基板上に気相成長させる結晶成長装置に関する。   The present invention relates to a crystal growth apparatus for causing a group III nitride crystal to vapor-phase grow on a substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas while heating the substrate disposed in a reaction vessel. .

窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムといったIII族窒化物半導体結晶は広範囲のバンドギャップエネルギーの値を有しており、それらのバンドギャップエネルギーは、それぞれ6.2eV程度、3.4eV程度、0.7eV程度である。これらのIII族窒化物半導体は任意の組成の混晶半導体をつくることが可能であり、その混晶組成によって、上記のバンドギャップの間の値を取ることが可能である。   Group III nitride semiconductor crystals such as aluminum nitride, gallium nitride, and indium nitride have a wide range of band gap energy values, which are about 6.2 eV, about 3.4 eV, and about 0.7 eV, respectively. Degree. These group III nitride semiconductors can form mixed crystal semiconductors having an arbitrary composition, and can take values between the above band gaps depending on the mixed crystal composition.

したがって、III族窒化物半導体結晶を用いることにより、原理的には赤外光から紫外光までの広範囲な発光素子を作ることが可能となる。特に、近年ではアルミニウム系III族窒化物半導体(主に窒化アルミニウムガリウム混晶)を用いた発光素子の開発が精力的に進められている。アルミニウム系III族窒化物半導体を用いることにより紫外領域の短波長発光が可能となり、白色光源用の紫外発光ダイオード、殺菌用の紫外発光ダイオード、高密度光ディスクメモリの読み書きに利用できるレーザー、通信用レーザー等の発光光源が製造可能になる。   Therefore, by using a group III nitride semiconductor crystal, it is possible in principle to produce a wide range of light emitting elements from infrared light to ultraviolet light. In particular, in recent years, development of light-emitting elements using aluminum-based group III nitride semiconductors (mainly aluminum gallium nitride mixed crystals) has been vigorously advanced. By using an aluminum-based group III nitride semiconductor, it is possible to emit light with a short wavelength in the ultraviolet region, an ultraviolet light emitting diode for a white light source, an ultraviolet light emitting diode for sterilization, a laser that can be used for reading and writing of a high-density optical disk memory, and a communication laser A light emitting light source such as can be manufactured.

III族窒化物半導体(例えばアルミニウム系III族窒化物半導体)を用いた発光素子は、従来の半導体発光素子と同様に基板上に厚さが数ミクロン程度の半導体単結晶の薄膜(具体的にはn型半導体層、発光層、p型半導体層となる薄膜)を順次積層することにより形成可能である。このような半導体単結晶の薄膜の形成は、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、有機金属気相エピタキシー(MOVPE:Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法等の結晶成長方法を用いて行うことが可能であり、III族窒化物半導体発光素子についてもこのよう方法を採用して発光素子として好適な積層構造を形成することが試みられている。   A light-emitting element using a group III nitride semiconductor (for example, an aluminum-based group III nitride semiconductor) is a semiconductor single crystal thin film (specifically, a thickness of about several microns on a substrate, like a conventional semiconductor light-emitting element). The thin film can be formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer. Such a thin film of a semiconductor single crystal can be formed using a crystal growth method such as a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) method. Thus, it has been attempted to form a laminated structure suitable as a light emitting device by adopting such a method for the group III nitride semiconductor light emitting device.

現在、III族窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、基板としての結晶品質、紫外光透過性、量産性やコストの観点からサファイア基板が一般的に採用されている。しかし、サファイア基板上にIII族窒化物を成長させた場合、サファイア基板と半導体積層膜を形成するIII族窒化物(例えば窒化アルミニウムガリウム等)との間の格子定数や熱膨張係数等の違いに起因して、結晶欠陥(ミスフィット転位)やクラック等が生じ、素子の発光性能を低下させる原因になる。   Currently, in the manufacture of group III nitride semiconductor light-emitting devices, a sapphire substrate is generally employed from the viewpoint of crystal quality, ultraviolet light transparency, mass productivity, and cost as a substrate. However, when a group III nitride is grown on a sapphire substrate, there is a difference in lattice constant, thermal expansion coefficient, etc. between the sapphire substrate and the group III nitride (such as aluminum gallium nitride) forming the semiconductor laminated film. As a result, crystal defects (misfit dislocations), cracks, and the like occur, causing the light emitting performance of the device to deteriorate.

これらの問題を解決するためには、半導体積層膜の形成にあたり、格子定数が半導体積層膜の格子定数に近く、および熱膨張係数が半導体積層膜の熱膨張係数に近い基板を採用することが望ましい。III族窒化物半導体薄膜を形成する基板としては、III族窒化物単結晶基板が最も適しているといえる。例えばアルミニウム系III族窒化物半導体薄膜を形成する基板としては、窒化アルミニウム単結晶基板や窒化アルミニウムガリウム単結晶基板が最適である。したがって大面積かつ均質なIII族窒化物単結晶基板を量産できる方法の開発が望まれている。   In order to solve these problems, it is desirable to use a substrate having a lattice constant close to that of the semiconductor multilayer film and a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor multilayer film when forming the semiconductor multilayer film. . As a substrate on which the group III nitride semiconductor thin film is formed, a group III nitride single crystal substrate is most suitable. For example, an aluminum nitride single crystal substrate or an aluminum gallium nitride single crystal substrate is optimal as a substrate on which an aluminum-based group III nitride semiconductor thin film is formed. Therefore, development of a method capable of mass-producing a large area and homogeneous group III nitride single crystal substrate is desired.

III族窒化物単結晶を基板として用いるには、機械的強度の観点から少なくとも100μm以上の厚さが必要であるところ、上記のMBE法やMOVPE法は成膜速度が遅いという問題がある。成膜速度の速いIII族窒化物単結晶の成長方法としては、ハイドライド気相エピタキシー(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法が知られている(特許文献1〜3参照)。HVPE法はMBE法やMOVPE法と比較すると膜厚を精密に制御することには適していない一方で、結晶性の良好な単結晶を速い成膜速度で成長させることが可能であるため、単結晶基板の量産に適しているといえる。HVPE法によるIII族窒化物単結晶の成長は、III族元素源ガスであるIII族ハロゲン化物ガス(例えばハロゲン化アルミニウムガス等)と、窒素源ガス(例えばアンモニアガス)とを反応器中に供給し、両者のガスを加熱された基板上で反応させることにより行われる。   In order to use a group III nitride single crystal as a substrate, a thickness of at least 100 μm is necessary from the viewpoint of mechanical strength. However, the MBE method and the MOVPE method have a problem that the film forming speed is low. A hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method is known as a method for growing a group III nitride single crystal having a high deposition rate (see Patent Documents 1 to 3). The HVPE method is not suitable for precisely controlling the film thickness as compared with the MBE method or the MOVPE method, but a single crystal with good crystallinity can be grown at a high film formation rate. It can be said that it is suitable for mass production of crystal substrates. In the growth of a group III nitride single crystal by the HVPE method, a group III halide gas (for example, aluminum halide gas) that is a group III element source gas and a nitrogen source gas (for example, ammonia gas) are supplied into the reactor. The two gases are reacted on a heated substrate.

例えば特許文献3には、HVPE法によるアルミニウム系III族窒化物の製造方法として、ハロゲン化アルミニウムガスを含むIII族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応域に保持された基板上で反応させることにより、基板上に気相成長させてアルミニウム系III族窒化物を製造する方法において、該III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとの間にバリアガスを介在させて両反応ガスを反応域に流出せしめ、次いで基板上で両反応ガスを接触させて反応させることが開示されている。   For example, in Patent Document 3, as a method for producing an aluminum-based group III nitride by the HVPE method, a group III halide gas containing an aluminum halide gas and a nitrogen source gas are reacted on a substrate held in a reaction zone. In the method of producing an aluminum-based group III nitride by vapor growth on a substrate, both reaction gases are caused to flow into the reaction zone with a barrier gas interposed between the group III halide gas and the nitrogen source gas. Then, it is disclosed that both reaction gases are brought into contact with each other on the substrate to be reacted.

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

しかしながら本発明者らがさらに検討したところ、従来公知の気相成長装置を用いて幅の広い(径の大きい)基板上にHVPE法でIII族窒化物単結晶を成長させる場合には、基板の中心部と端部との間で成長速度に大きな差が生じることが判明した。中心部と端部の間で成長速度に大きな差があると、中心部と端部の間で単結晶基板の品質に差が生じるおそれがある。また成長後の単結晶において中心部と端部の間の厚みの差が大きいと、その後の加工に悪影響を及ぼすおそれもある。   However, as a result of further investigation by the present inventors, when a group III nitride single crystal is grown by a HVPE method on a wide (large diameter) substrate using a conventionally known vapor phase growth apparatus, It has been found that there is a large difference in growth rate between the center and the edge. If there is a large difference in the growth rate between the central portion and the end portion, the quality of the single crystal substrate may be different between the central portion and the end portion. In addition, if the difference in thickness between the center portion and the end portion of the single crystal after growth is large, the subsequent processing may be adversely affected.

本発明は、HVPE法によって幅の広い基板上にIII族窒化物を成長させる場合に、成長膜厚の均一性を向上させることが可能な結晶成長装置を提供することを課題とする。また該結晶成長装置を用いたIII族窒化物の製造方法を提供する。   An object of the present invention is to provide a crystal growth apparatus capable of improving the uniformity of the growth film thickness when a group III nitride is grown on a wide substrate by the HVPE method. In addition, a method for producing a group III nitride using the crystal growth apparatus is provided.

本発明の第1の態様は、
III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域を有する反応器と、
反応域に前記III族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段と、
反応域に前記窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段と
を有する結晶成長装置において、
反応器は、基板を回転可能に支持する支持台を反応域に有し、
III族ハロゲン化物ガス供給手段は、III族ハロゲン化物ガスを支持台の側上方から支持台の上方へ向けて吹き出すように配設されており、
III族ハロゲン化物ガス供給手段は、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口とを有し、該第2の吹き出し口は、第1の吹き出し口を取り囲んで配設されており、
第1の吹き出し口は、Y方向における最大幅が鉛直方向における最大幅よりも大きい形状を有し、該Y方向は、水平方向であって上面視において該第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ線分の中点および支持台上面の回転中心を通る直線と直交する方向であり、当該一方の最外端及び他方の最外端はそれぞれ上面視において、上記回転中心を通る直線が第1の吹き出し口の最も外側の開口部に対して外側から接する接点であり、
第1の吹き出し口のY方向における最大幅aと、支持台の最大幅Dとの比a/Dが、0.05以上2以下であることを特徴とする、結晶成長装置である。
The first aspect of the present invention is:
A reactor having a reaction zone for growing a group III nitride on a substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas;
A group III halide gas supply means for supplying the group III halide gas to the reaction zone;
In a crystal growth apparatus having nitrogen source gas supply means for supplying the nitrogen source gas to the reaction zone,
The reactor has a support base in the reaction zone for rotatably supporting the substrate,
The group III halide gas supply means is arranged to blow out the group III halide gas from the upper side of the support base toward the upper side of the support base.
The group III halide gas supply means has a first blow-out port from which the group III halide gas flows out and a second blow-out port through which the barrier gas flows out, and the second blow-out port is a first blow-out port. It is placed around the mouth,
The first air outlet has a shape in which the maximum width in the Y direction is larger than the maximum width in the vertical direction, and the Y direction is a horizontal direction and is the outermost one of the first air outlets in a top view. It is the direction perpendicular to the midpoint of the line segment connecting the end and the other outermost end and the straight line passing through the center of rotation of the upper surface of the support base, the one outermost end and the other outermost end in top view, The straight line passing through the rotation center is a contact point that contacts the outermost opening of the first outlet from the outside,
The crystal growth apparatus is characterized in that a ratio a / D between the maximum width a in the Y direction of the first outlet and the maximum width D of the support base is 0.05 or more and 2 or less.

本発明の第2の態様は、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより、加熱された基板上にIII族窒化物単結晶を成長させる、III族窒化物の製造方法であって、本発明の第1の態様に係る結晶成長装置を用いてIII族窒化物単結晶を製造することを特徴とする、III族窒化物の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a group III nitride production method in which a group III nitride single crystal is grown on a heated substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas. A group III nitride manufacturing method is characterized in that a group III nitride single crystal is manufactured using the crystal growth apparatus according to the first aspect of the present invention.

本発明の第1の態様に係る結晶成長装置によれば、HVPE法によって幅の広い基板上にIII族窒化物を成長させる場合において成長膜厚の均一性を向上させることが可能である。   With the crystal growth apparatus according to the first aspect of the present invention, it is possible to improve the uniformity of the growth film thickness when a group III nitride is grown on a wide substrate by the HVPE method.

本発明の第2の態様に係るIII族窒化物の製造方法によれば、幅の広い基板上にIII族窒化物を成長させる場合においても成長膜厚の均一性を向上させることが可能である。   According to the method for producing a group III nitride according to the second aspect of the present invention, it is possible to improve the uniformity of the grown film thickness even when the group III nitride is grown on a wide substrate. .

本発明の一の実施形態に係る結晶成長装置100を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically crystal growth device 100 concerning one embodiment of the present invention. 図1のA−A’矢視図である。It is an A-A 'arrow line view of FIG. 図1のB−B’矢視図であり、III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル部分をX方向正面から見た図である。FIG. 3 is a view taken along the line B-B ′ of FIG. 1, and is a view of a nozzle portion of the group III halide gas supply unit 30 as viewed from the front in the X direction. 本発明の他の一の実施形態において、図2に対応する図である。FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2 in another embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態において、図3に対応する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 in another embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態において、図3に対応する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 in another embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態において、図3に対応する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 in another embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態において、図3に対応する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 in another embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態において、図3に対応する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 in another embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態において、図3に対応する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 in another embodiment of the present invention. 比較例1で使用した従来型のIII族ハロゲン化物ガス供給手段のノズル部分を正面から見た図であり、図3に対応する図である。It is the figure which looked at the nozzle part of the conventional group III halide gas supply means used by the comparative example 1 from the front, and is a figure corresponding to FIG. 実施例1〜2及び比較例1の結果をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the result of Examples 1-2 and the comparative example 1. FIG.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図では、符号を一部省略することがある。本明細書において、数値A及びBについて「A〜B」は、特に別途規定されない限り、「A以上B以下」を意味する。該表記において数値Aの単位を省略する場合には、数値Bに付された単位が数値Aの単位として適用されるものとする。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawing, some symbols may be omitted. In the present specification, “A to B” for the numerical values A and B means “A or more and B or less” unless otherwise specified. In the notation, when the unit of the numerical value A is omitted, the unit attached to the numerical value B is applied as the unit of the numerical value A. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to these forms.

<1.結晶成長装置>
本発明の第1の態様に係る結晶成長装置について説明する。図1は、本発明の一の実施形態に係る結晶成長装置100の模式図である。結晶成長装置100は、III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域20を有する反応器10と、反応域20にIII族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段30と、反応域20に窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段40とを有する。
<1. Crystal growth equipment>
The crystal growth apparatus according to the first aspect of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a crystal growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The crystal growth apparatus 100 includes a reactor 10 having a reaction zone 20 for growing a group III nitride on a substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas, and a group III halide gas in the reaction zone 20. A group III halide gas supply means 30 and a nitrogen source gas supply means 40 for supplying a nitrogen source gas to the reaction zone 20.

反応器10は、外チャンバ11と、外チャンバ11の内側に形成された内チャンバ12とを有しており、内チャンバ12は、内チャンバ12内部に反応域20を有している。反応域20には支持台(サセプタ)22が設置されており、該支持台22は基板21を回転可能に支持するために、回転駆動軸23に連結されている。回転駆動軸23は、電動機(不図示)からの動力を支持台22に伝達し、支持台22を適切な回転速度で回転させる。反応器10はさらに、支持台22を加熱するための、高周波コイル等の加熱手段24を有する。なお加熱手段24としては、支持台22を適切に加熱できる限りにおいて、高周波コイル以外にも、抵抗式ヒータその他の公知の加熱手段を採用可能である。   The reactor 10 has an outer chamber 11 and an inner chamber 12 formed inside the outer chamber 11, and the inner chamber 12 has a reaction zone 20 inside the inner chamber 12. A support base (susceptor) 22 is installed in the reaction zone 20, and the support base 22 is connected to a rotary drive shaft 23 to rotatably support the substrate 21. The rotary drive shaft 23 transmits power from an electric motor (not shown) to the support base 22, and rotates the support base 22 at an appropriate rotational speed. The reactor 10 further has a heating means 24 such as a high-frequency coil for heating the support base 22. In addition, as long as the support base 22 can be heated appropriately as a heating means 24, a well-known heating means other than a high frequency coil can be employ | adopted.

III族ハロゲン化物ガス供給手段30は、III族ハロゲン化物ガスを支持台22の側上方から支持台22の上方へ向けて吹き出すように配設されている。III族ハロゲン化物ガス供給手段30は、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32とを有する。第2の吹き出し口32は、第1の吹き出し口を取り囲んで設けられている。   The group III halide gas supply means 30 is arranged to blow out the group III halide gas from the upper side of the support table 22 toward the upper side of the support table 22. The group III halide gas supply means 30 has a first outlet 31 through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 through which the barrier gas flows out. The second air outlet 32 is provided so as to surround the first air outlet.

窒素源ガス供給手段40は、支持台22の側上方かつIII族ハロゲン化物ガス供給手段30の第1の吹き出し口31及び第2の吹き出し口32の上方から支持台22の上方へ向けて窒素源ガスを吹き出すように配設されている。
窒素源ガス供給手段40をIII族ハロゲン化物ガス供給手段30よりも上方に配設することにより、支持台22上に均一に窒素源ガスを供給することができる。また、窒素源ガス供給手段40は、III族ハロゲン化物ガス供給手段30よりも上方に配設することが好ましいが、窒素源ガスとしてアンモニアガスを使用する場合には、アンモニアガスは比較的拡散し易いため、窒素源ガス供給手段40をIII族ハロゲン化物ガス供給手段30の下方に配設することもできる。
The nitrogen source gas supply means 40 is a nitrogen source from above the support base 22 and from above the first blowout port 31 and the second blowout opening 32 of the group III halide gas supply means 30 to above the support stand 22. It arrange | positions so that gas may be blown out.
By disposing the nitrogen source gas supply means 40 above the group III halide gas supply means 30, the nitrogen source gas can be uniformly supplied onto the support base 22. Further, the nitrogen source gas supply means 40 is preferably disposed above the group III halide gas supply means 30, but when ammonia gas is used as the nitrogen source gas, the ammonia gas is relatively diffused. Since it is easy, the nitrogen source gas supply means 40 can be disposed below the group III halide gas supply means 30.

本実施形態において、反応器10の内チャンバ12は、反応域20を内部に有することから、石英ガラス、アルミナ、サファイア、耐熱ガラス等の耐熱性および耐酸性の非金属材料で構成されることが好ましく、III族ハロゲン化物ガス供給手段30及び窒素源ガス供給手段40も同様の材質で構成されることが好ましい。外チャンバ11は、内チャンバ12と同様の材質で構成してもよい。ただし外チャンバ11は反応域20に直接には接していないので、一般的な金属材料、たとえばステンレス鋼等で構成することも可能である。   In this embodiment, since the inner chamber 12 of the reactor 10 has the reaction zone 20 inside, it may be composed of a heat-resistant and acid-resistant nonmetallic material such as quartz glass, alumina, sapphire, and heat-resistant glass. Preferably, the group III halide gas supply means 30 and the nitrogen source gas supply means 40 are also made of the same material. The outer chamber 11 may be made of the same material as the inner chamber 12. However, since the outer chamber 11 is not in direct contact with the reaction zone 20, it can be made of a general metal material such as stainless steel.

図1において、紙面左右方向がX方向であり、紙面上下方向がZ方向であり、紙面に垂直な方向がY方向である。第1の吹き出し口31は、Y方向における最大幅が鉛直方向(すなわちZ方向)における最大幅よりも大きい形状を有している。図2は、図1においてIII族ハロゲン化物ガス供給手段30及び支持台22を上面視で示した図(図1のA−A’矢視図)である。図2においては説明の便宜のため、III族ハロゲン化物ガス供給手段30のうち第1の吹き出し口31及びIII族ハロゲン化物ガスの流路のみを図示し、第2の吹き出し口32およびバリアガスの流路は図から省略している。図2を参照しつつ、Y方向についてさらに説明する。   In FIG. 1, the left-right direction on the paper is the X direction, the vertical direction on the paper is the Z direction, and the direction perpendicular to the paper is the Y direction. The first outlet 31 has a shape in which the maximum width in the Y direction is larger than the maximum width in the vertical direction (that is, the Z direction). 2 is a top view of the group III halide gas supply means 30 and the support base 22 shown in FIG. 1 (a view taken along the line A-A 'in FIG. 1). In FIG. 2, for the convenience of explanation, only the first outlet 31 and the group III halide gas flow path of the group III halide gas supply means 30 are shown, and the second outlet 32 and the flow of the barrier gas are shown. The road is omitted from the figure. The Y direction will be further described with reference to FIG.

図2において、第1の吹き出し口31の一方の最外端Pは、支持台22の回転中心Cを通る直線が第1の吹き出し口31の一方の最も外側の開口部31aに対して外側(図2において回転中心Cを通る直線がX方向となす角度の絶対値が大きくなる側)から接する接点である。また第1の吹き出し口31の他方の最外端Qは、支持台22の回転中心Cを通る直線が第1の吹き出し口31の他方の最も外側の開口部31bに対して外側から接する接点である。
図2においてY方向は、線分PQの中点M及び支持台22の回転中心Cを通る直線MCと直交する方向である。図2においてY方向は紙面上下方向と同一になっており、図1においてY方向は紙面に垂直な方向と同一になっている。
In FIG. 2, one outermost end P of the first blowing port 31 has a straight line passing through the rotation center C of the support base 22 outside the one outermost opening 31 a of the first blowing port 31 ( In FIG. 2, the contact point is the contact point from the side where the absolute value of the angle formed by the straight line passing through the rotation center C and the X direction increases. The other outermost end Q of the first outlet 31 is a contact point where a straight line passing through the rotation center C of the support base 22 contacts the other outermost opening 31b of the first outlet 31 from the outside. is there.
In FIG. 2, the Y direction is a direction orthogonal to the straight line MC passing through the midpoint M of the line segment PQ and the rotation center C of the support base 22. In FIG. 2, the Y direction is the same as the vertical direction of the paper surface, and in FIG. 1, the Y direction is the same as the direction perpendicular to the paper surface.

第1の吹き出し口31のY方向における最大幅a、及び、支持台22の最大幅Dを、図2に併せて示している。本発明の結晶成長装置100において、比a/Dの値は0.05〜2であることが必要であり、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.3以上であり、また好ましくは1.8以下、より好ましくは1.5以下である。
上記比a/Dの値が0.05〜2であることにより、支持台22上に均一にIII族ハロゲン化物ガスを供給することができる。
The maximum width a in the Y direction of the first outlet 31 and the maximum width D of the support base 22 are also shown in FIG. In the crystal growth apparatus 100 of the present invention, the value of the ratio a / D needs to be 0.05 to 2, preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and preferably 1 .8 or less, more preferably 1.5 or less.
When the value of the ratio a / D is 0.05 to 2, the group III halide gas can be uniformly supplied onto the support base 22.

図3は、図1のB−B’矢視図であり、III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズルをX方向の正面から見た図である。図3を参照しつつ、III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズルについてさらに説明する。
III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32とを有する。第1の吹き出し口31は、隔壁31w、31wによって画定され且つY方向に離隔された、III族ハロゲン化物ガスが流出する2つの開口部31a、31bを有している。2つの開口部31a、31bは、上面視(Z方向)において重複する部分を有していない。2つの開口部31a、31b、及び隔壁31w、31wを外壁30wが取り囲むことにより、外壁30wと隔壁31w、31wとの間に、第2の吹き出し口32が第1の吹き出し口31を取り囲むように設けられている。すなわち、第2の吹き出し口32は、第1の吹き出し口31の全周を取り囲むように設けられた一の開口部により構成されている。第1の吹き出し口31は、Y方向における最大幅aが、鉛直方向(Z方向)における最大幅bよりも大きい形状を有している。
FIG. 3 is a BB ′ arrow view of FIG. 1, and is a view of the nozzle of the group III halide gas supply means 30 as viewed from the front in the X direction. The nozzle of the group III halide gas supply means 30 will be further described with reference to FIG.
The nozzle of the group III halide gas supply means 30 has a first outlet 31 through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 through which the barrier gas flows out. The first outlet 31 has two openings 31a and 31b, which are defined by the partition walls 31w a and 31w b and separated in the Y direction, from which the group III halide gas flows out. The two openings 31a and 31b do not have overlapping portions in a top view (Z direction). The outer wall 30w surrounds the two openings 31a and 31b and the partition walls 31w a and 31w b , so that the second outlet 32 is located between the outer wall 30w and the partition walls 31w a and 31w b. Is provided so as to surround. In other words, the second outlet 32 is constituted by one opening provided so as to surround the entire circumference of the first outlet 31. The first outlet 31 has a shape in which the maximum width a in the Y direction is larger than the maximum width b in the vertical direction (Z direction).

図3において、第1の吹き出し口31が有する隣接する2つの開口部31a、31bについて、該2つの開口部31a、31bが水平方向(Y方向)に離隔している距離dabと、該2つの開口部31a、31bのそれぞれの水平方向(Y方向)の最大幅c及びcとの比:dab/c及びdab/cの値が、いずれも0.1〜10であることが好ましい。その下限はより好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.5以上であり、その上限はより好ましくは5以下、さらに好ましくは3以下である。
開口部31a、31bから排出されたIII族ハロゲン化物ガスは、放射状に広がって排出されるため、上記比(dab/c及びdab/c)の値が0.1〜10であることにより、III族ハロゲン化物ガスを効率よく支持台22上に(基板21上に)供給することができる。
In FIG. 3, for two adjacent openings 31 a and 31 b of the first outlet 31, the distance d ab between which the two openings 31 a and 31 b are separated in the horizontal direction (Y direction), and the 2 The ratio of each of the openings 31a and 31b to the maximum horizontal width c a and c b in the horizontal direction (Y direction): the values of d ab / c a and d ab / c b are both 0.1 to 10 Preferably there is. The lower limit is more preferably 0.2 or more, still more preferably 0.5 or more, and the upper limit is more preferably 5 or less, still more preferably 3 or less.
Opening 31a, III Group halide gas discharged from 31b is to be discharged radiate, the value of the ratio (d ab / c a and d ab / c b) is 0.1 to 10 Thus, the group III halide gas can be efficiently supplied onto the support table 22 (on the substrate 21).

なお、III族ハロゲン化物ガス供給手段30は、単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管30aを有し、第1の吹き出し口31の複数の開口部31a、31bのいずれにも、単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管30aを通じてIII族ハロゲン化物ガスが導かれるように構成されている(図2参照)。このような構成によれば、装置の構成を単純化することができる。   The group III halide gas supply means 30 has a single group III halide gas supply pipe 30a, and a single III group is provided in any of the plurality of openings 31a and 31b of the first outlet 31. The group III halide gas is guided through the group halide gas supply pipe 30a (see FIG. 2). According to such a configuration, the configuration of the apparatus can be simplified.

本発明の結晶成長装置によれば、HVPE法によって幅の広い基板上にIII族窒化物を成長させる場合において成長膜厚の均一性を向上させることが可能であるが、本発明者らはその理由を次のように推測している。すなわち、III族ハロゲン化物ガス供給手段のノズルが扁平かつ上記所定のa/D比を有することにより、基板の成長表面におけるIII族ハロゲン化物ガスの供給量と、基板の成長表面における窒素源ガスの供給量との両方がより均一になり、その結果基板上の位置によるIII族窒化物の生成速度のムラが低減されるものと考えている。
そのため、本発明の結晶成長装置は、径の大きな基板上、例えば、20mm以上の最長径を有する基板上へ結晶成長させる場合に好適に用いることができる。また、本発明の結晶成長装置は、支持台22上に複数の基板を配置して、それぞれの基板上へ結晶成長させる場合にも好適に用いることができる。
According to the crystal growth apparatus of the present invention, it is possible to improve the uniformity of the growth film thickness when the group III nitride is grown on a wide substrate by the HVPE method. The reason is guessed as follows. That is, when the nozzle of the group III halide gas supply means is flat and has the predetermined a / D ratio, the supply amount of the group III halide gas on the growth surface of the substrate and the nitrogen source gas on the growth surface of the substrate It is thought that both the supply amount and the supply amount become more uniform, and as a result, unevenness in the generation rate of the group III nitride depending on the position on the substrate is reduced.
Therefore, the crystal growth apparatus of the present invention can be suitably used for crystal growth on a substrate having a large diameter, for example, a substrate having a longest diameter of 20 mm or more. The crystal growth apparatus of the present invention can also be suitably used when a plurality of substrates are arranged on the support base 22 and crystals are grown on the respective substrates.

本発明に関する上記説明では、図2に示したように、III族ハロゲン化物ガス供給手段30が単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管30aを有し、第1の吹き出し口31の複数の開口部31a、31bのいずれにも、単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管30aを通じてIII族ハロゲン化物ガスが導かれる形態の結晶成長装置100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。III族ハロゲン化物ガス供給手段が、第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管と第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管とを含む複数のIII族ハロゲン化物ガス供給管を有し、第1の吹き出し口の複数の開口部が、第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じてIII族ハロゲン化物ガスが導かれる第1の開口部と、第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じてIII族ハロゲン化物ガスが導かれる第2の開口部とを少なくとも有する形態とすることも可能である。そのような他の実施形態における図2に対応する図を図4に示す。図4において、第1の吹き出し口31の第1の開口部31aには第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管30aを通じてIII族ハロゲン化物ガスが導かれ、第2の開口部31bには第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管30bを通じてIII族ハロゲン化物ガスが導かれる。このような形態によれば、複数のIII族ハロゲン化物ガス供給管30a、30bのそれぞれについて流量制御装置を個別に設けることにより、基板上におけるIII族ハロゲン化物ガスの供給量の均一性を高めることが容易になる。   In the above description regarding the present invention, as shown in FIG. 2, the group III halide gas supply means 30 has a single group III halide gas supply pipe 30a, and a plurality of openings of the first outlet 31 are provided. In both 31a and 31b, the crystal growth apparatus 100 in which the group III halide gas is guided through the single group III halide gas supply pipe 30a is illustrated, but the present invention is not limited to this form. The group III halide gas supply means has a plurality of group III halide gas supply pipes including a first group III halide gas supply pipe and a second group III halide gas supply pipe, and the first blowout A plurality of openings in the mouth include a first opening through which a group III halide gas is introduced through a first group III halide gas supply pipe, and a group III halide gas through a second group III halide gas supply pipe. It is also possible to have a form having at least a second opening through which is guided. A diagram corresponding to FIG. 2 in such another embodiment is shown in FIG. In FIG. 4, the group III halide gas is introduced into the first opening 31a of the first outlet 31 through the first group III halide gas supply pipe 30a, and the second opening 31b is supplied with the second opening 31a. The group III halide gas is led through the group III halide gas supply pipe 30b. According to such a configuration, the flow rate control device is individually provided for each of the plurality of group III halide gas supply pipes 30a and 30b, thereby improving the uniformity of the supply amount of the group III halide gas on the substrate. Becomes easier.

本発明に関する上記説明では、III族ハロゲン化物ガス供給手段30が有する第1の吹き出し口31の複数の開口部31a、31bが、上面視において重複する部分を有しない形態の結晶成長装置100(図3参照)を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。III族ハロゲン化物ガス供給手段が有する第1の吹き出し口の複数の開口部が、上面視において重複する部分を有する形態の結晶成長装置とすることも可能である。そのような他の一の実施形態における、III族ハロゲン化物ガス供給手段30’のノズルをX方向の正面から見た図を図5に示す。図5は図3に対応する図である。図5に示すIII族ハロゲン化物ガス供給手段30’のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31’と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32’とを有する。第1の吹き出し口31’は、隔壁31w’、31w’によって画定され且つY方向に離隔された、III族ハロゲン化物ガスが流出する2つの開口部31a’、31b’を有している。2つの開口部31a’、31b’は、上面視(Z方向)において重複する部分を有している。2つの開口部31a’、31b’、及び隔壁31w’、31w’を外壁30w’が取り囲むことにより、外壁30w’と隔壁31w’、31w’との間に、第2の吹き出し口32’が第1の吹き出し口31’を取り囲むように設けられている。このような形態の第1の吹き出し口31’及び第2の吹き出し口32’を有するIII族ハロゲン化物ガス供給手段を備える結晶成長装置によっても本発明の効果を奏することが可能である。 In the above description relating to the present invention, the crystal growth apparatus 100 in a form in which the plurality of openings 31a and 31b of the first outlet 31 of the group III halide gas supply means 30 do not have overlapping portions in a top view (FIG. However, the present invention is not limited to this form. It is also possible to provide a crystal growth apparatus having a configuration in which the plurality of openings of the first outlet included in the group III halide gas supply means have overlapping portions in a top view. FIG. 5 shows a view of the nozzle of the group III halide gas supply means 30 ′ viewed from the front in the X direction according to another embodiment. FIG. 5 corresponds to FIG. The nozzle of the group III halide gas supply means 30 ′ shown in FIG. 5 has a first outlet 31 ′ through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 ′ through which the barrier gas flows out. The first outlet 31 ′ has two openings 31 a ′ and 31 b ′ defined by the partition walls 31 w a ′ and 31 w b ′ and spaced apart in the Y direction, from which the group III halide gas flows out. . The two openings 31a ′ and 31b ′ have overlapping portions in a top view (Z direction). The second opening 31a ′, 31b ′ and the partition walls 31w a ′, 31w b ′ are surrounded by the outer wall 30w ′, so that the second outlet is provided between the outer wall 30w ′ and the partition walls 31w a ′, 31w b ′. 32 'is provided so as to surround the first outlet 31'. The effect of the present invention can also be achieved by a crystal growth apparatus provided with a group III halide gas supply means having the first blowout port 31 'and the second blowout port 32' having such a configuration.

本発明に関する上記説明では、III族ハロゲン化物ガス供給手段30が有する第1の吹き出し口31の複数の開口部、すなわち第1の開口部31aと第2の開口部31bとが、分離した2つの隔壁31w及び31wによって隔てられている形態の結晶成長装置100を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されない。第1の吹き出し口の複数の開口部を隔てる隔壁が一体に形成されている形態の結晶成長装置とすることも可能である。そのような他の一の実施形態におけるIII族ハロゲン化物ガス供給手段30''のノズルをX方向の正面から見た図を図6に示す。図6は図3に対応する図である。図6において、III族ハロゲン化物ガス供給手段30''のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31''と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32''とを有する。第1の吹き出し口31''は、単一の一体型の隔壁31wabによって画定され且つY方向に離隔された、III族ハロゲン化物ガスが流出する2つの開口部31a''、31b''を有している。2つの開口部31a''、31b''は、上面視(Z方向)において重複する部分を有していない。2つの開口部31a''、31b''、及び隔壁31wabを外壁30w''が取り囲むことにより、外壁30w''と隔壁31wabとの間に、第2の吹き出し口32''が第1の吹き出し口31''を取り囲むように設けられている。なお図6に示すように、第1の吹き出し口の各開口部(31a''、31b'')のY方向の最大幅(c、c)は、第1の吹き出し口(31'')の鉛直方向(Z方向)における最大幅(b)と異なっていてもよい。このような形態によれば、反応域20において、窒素源ガスとIII族ハロゲン化物ガスが混合しやすくなり反応効率が向上する。 In the above description regarding the present invention, the plurality of openings of the first outlet 31 of the group III halide gas supply means 30, that is, the first opening 31a and the second opening 31b are separated from each other. the partition wall 31w a and 31w b crystal growth apparatus 100 forms are separated by a mainly exemplified, but the present invention is not limited to this embodiment. It is also possible to provide a crystal growth apparatus in which the partition walls that separate the plurality of openings of the first outlet are integrally formed. FIG. 6 shows a view of the nozzle of the group III halide gas supply means 30 ″ according to another embodiment as viewed from the front in the X direction. FIG. 6 corresponds to FIG. In FIG. 6, the nozzle of the group III halide gas supply means 30 ″ has a first outlet 31 ″ through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 ″ through which the barrier gas flows out. Have. The first outlet 31 '' is defined by a single integral partition wall 31w ab is and spaced in the Y direction, the two openings 31a of group III halide gas flows out '', the 31b '' Have. The two openings 31a '' and 31b '' do not have overlapping portions in the top view (Z direction). The outer wall 30w '' surrounds the two openings 31a '' and 31b '' and the partition wall 31w ab , so that the second outlet 32 '' is formed between the outer wall 30w '' and the partition wall 31w ab . Is provided so as to surround the outlet 31 ''. As shown in FIG. 6, the maximum width (c a , c b ) in the Y direction of each opening (31a ″, 31b ″) of the first outlet is the first outlet (31 ″). ) May be different from the maximum width (b) in the vertical direction (Z direction). According to such a form, in the reaction zone 20, the nitrogen source gas and the group III halide gas are easily mixed and the reaction efficiency is improved.

本発明に関する上記説明では、第2の吹き出し口32が、第1の吹き出し口31の全周を取り囲むように設けられた一の開口部により構成されている形態の結晶成長装置100を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されない。III族ハロゲン化物ガス供給手段の第2の吹き出し口が、第1の吹き出し口の複数の開口部のそれぞれを取り囲むように離隔して設けられた、バリアガスが流出する複数の開口部により構成されている形態の結晶製造装置とすることも可能である。そのような他の一の実施形態における、III族ハロゲン化物ガス供給手段30'''のノズルをX方向の正面から見た図を図7に示す。図7は図3に対応する図である。図7において、III族ハロゲン化物ガス供給手段30'''のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31'''と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32'''とを有する。第1の吹き出し口31'''は、隔壁31w'''、31w'''によって画定され且つY方向に離隔された、III族ハロゲン化物ガスが流出する2つの開口部31a'''、31b'''を有している。2つの開口部31a'''、31b'''は、上面視(Z方向)において重複する部分を有していない。第1の吹き出し口31'''の開口部31a'''及び隔壁31w'''を外壁30w'''が取り囲むことにより、外壁30w'''と隔壁31w'''との間に、第2の吹き出し口32'''の開口部32a'''が第1の吹き出し口31'''の開口部31a'''を取り囲むように設けられている。また第1の吹き出し口31'''の開口部31b'''及び隔壁31w'''を外壁30w'''が取り囲むことにより、外壁30w'''と隔壁31w'''との間に、第2の吹き出し口32'''の開口部32b'''が第1の吹き出し口31'''の開口部31b'''を取り囲むように設けられている。第2の吹き出し口32'''の2つの開口部32a'''及び32b'''は、隔壁30w'''及び30w'''によりY方向に離隔して設けられている。このようにして、第2の吹き出し口32'''は、第1の吹き出し口31'''の複数の開口部31a'''、31b'''のそれぞれを取り囲むように離隔して設けられた、バリアガスが流出する複数の開口部32a'''、32b'''により構成されている。 In the above description related to the present invention, the crystal growth apparatus 100 in the form in which the second blowing port 32 is configured by one opening provided so as to surround the entire circumference of the first blowing port 31 is mainly exemplified. However, the present invention is not limited to this form. The second blow-out port of the group III halide gas supply means is configured by a plurality of openings through which the barrier gas flows out so as to surround each of the plurality of openings of the first blow-out port. It is also possible to provide a crystal manufacturing apparatus of a certain form. FIG. 7 shows a view of the nozzle of the group III halide gas supply means 30 ′ ″ as seen from the front in the X direction according to another embodiment. FIG. 7 corresponds to FIG. In FIG. 7, the nozzle of the group III halide gas supply means 30 ′ ″ includes a first outlet 31 ′ ″ through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 ″ through which the barrier gas flows out. 'And have. The first outlet 31 ′ ″ has two openings 31a ′ ″ defined by the partition walls 31w a ′ ″ and 31w b ′ ″ and separated from each other in the Y direction, from which a group III halide gas flows out. , 31b ′ ″. The two openings 31a ′ ″ and 31b ′ ″ do not have overlapping portions in the top view (Z direction). The outer wall 30w a ′ ″ surrounds the opening 31a ′ ″ and the partition wall 31w a ′ ″ of the first outlet 31 ′ ″, so that the outer wall 30w a ′ ″ and the partition wall 31w a ′ ″ In the middle, the opening 32a ′ ″ of the second outlet 32 ′ ″ is provided so as to surround the opening 31a ″ ′ of the first outlet 31 ′ ″. 'The outer wall 30 w b' first outlet 31 '''opening 31b of the''' and the partition wall 31w b '' by surrounding the 'also' and partition wall 31w b 'outer wall 30 w b' 'and'' In the meantime, the opening 32b ′ ″ of the second outlet 32 ′ ″ is provided so as to surround the opening 31b ′ ″ of the first outlet 31 ′ ″. The two openings 32a ′ ″ and 32b ′ ″ of the second outlet 32 ′ ″ are spaced apart in the Y direction by partition walls 30w a ′ ″ and 30w b ′ ″. In this way, the second outlet 32 ′ ″ is provided so as to surround each of the plurality of openings 31a ′ ″ and 31b ′ ″ of the first outlet 31 ′ ″. In addition, a plurality of openings 32a ′ ″ and 32b ′ ″ through which the barrier gas flows out are configured.

本発明に関する上記説明では、III族ハロゲン化物ガス供給手段30の第1の吹き出し口31が2つの開口部31a、31bを有する形態の結晶成長装置100を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されない。III族ハロゲン化物ガス供給手段の第1の吹き出し口が、III族ハロゲン化物ガスが流出する開口部を3つ以上有する形態の結晶成長装置とすることも可能である。そのような他の一の実施形態におけるIII族ハロゲン化物ガス供給手段30(4)のノズルをX方向の正面から見た図を図8に示す。図8は図3に対応する図である。図8において、III族ハロゲン化物ガス供給手段30(4)のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31(4)と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32(4)とを有する。第1の吹き出し口31(4)は、隔壁31w (4)、31w (4)、31w (4)によって画定され且つY方向に離隔された3つの開口部31a(4)、31b(4)、31c(4)を有している。3つの開口部31a(4)、31b(4)、31c(4)は、上面視(Z方向)において重複する部分を有していない。3つの開口部31a(4)、31b(4)、31c(4)及び隔壁31w (4)、31w (4)、31w (4)を外壁30w(4)が取り囲むことにより、外壁30w(4)と隔壁31w (4)、31w (4)、31w (4)との間に、第2の吹き出し口32(4)が第1の吹き出し口31(4)を取り囲むように設けられている。
図8において、第1の吹き出し口31(4)が有する複数の開口部31a(4)、31b(4)、31c(4)のうち隣接する2つの開口部の組(すなわち31a(4)と31b(4)の組、及び、31b(4)と31c(4)の組)のいずれについても、該隣接する2つの開口部が上面視においてY方向に離隔している距離d(すなわちdab、dbc)と、該隣接する2つの開口部のそれぞれのY方向の最大幅c及びcとの比d/c及びd/cの両方(すなわちdab/c及びdab/cの両方、並びに、dbc/c及びdbc/cの両方。言い換えれば、dab/c、dab/c、dbc/c、dbc/cの全て)が0.1以上10以下であることが好ましく、その下限はより好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.5以上であり、その上限はより好ましくは5以下、さらに好ましくは3以下である。
なお、第1の吹き出し口31(4)が有する、III族ハロゲン化物ガスが流出する開口部の数は、本発明の効果を損ねないために8以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。
In the above description regarding the present invention, the crystal growth apparatus 100 in which the first outlet 31 of the group III halide gas supply means 30 has the two openings 31a and 31b is mainly exemplified. It is not limited to. It is also possible to provide a crystal growth apparatus in which the first outlet of the group III halide gas supply means has three or more openings through which the group III halide gas flows out. The figure which looked at the nozzle of the group III halide gas supply means 30 (4) in other one such embodiment from the front of the X direction is shown in FIG. FIG. 8 corresponds to FIG. In FIG. 8, the nozzles of the group III halide gas supply means 30 (4) include a first outlet 31 (4) through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 (4 ) through which the barrier gas flows out. ) . The first outlet 31 (4) has three openings 31a (4) , 31b ( 31 ) defined by the partition walls 31w a (4) , 31w b (4) , 31w c (4) and separated in the Y direction. 4) and 31c (4) . The three openings 31a (4) , 31b (4) , 31c (4) do not have overlapping portions in the top view (Z direction). The outer wall 30w (4) surrounds the three openings 31a (4) , 31b (4) , 31c (4) and the partition walls 31w a (4) , 31w b (4) , 31w c (4) by the outer wall 30w. The second outlet 32 (4) surrounds the first outlet 31 (4) between (4) and the partition walls 31w a (4) , 31w b (4) , 31w c (4). Is provided.
In FIG. 8, a set of two adjacent openings (that is, 31a (4) and a plurality of openings 31a (4) , 31b (4) , 31c (4) included in the first outlet 31 (4). 31b (4) and 31b (4) and 31c (4)) , the distance d (that is, d ab ) that the two adjacent openings are separated in the Y direction when viewed from above. , D bc ) and the respective ratios d / c 1 and d / c 2 of the maximum widths c 1 and c 2 in the Y direction of each of the two adjacent openings (ie, d ab / c a and d ab / C b , and both d bc / c b and d bc / c c , in other words, all of d ab / c a , d ab / c b , d bc / c b , d bc / c c ) Is preferably from 0.1 to 10 and the lower limit is Preferably 0.2 or more, even more preferably 0.5 or more, its upper limit is more preferably 5 or less, more preferably 3 or less.
The number of openings through which the group III halide gas flows out of the first outlet 31 (4) is preferably 8 or less, and preferably 4 or less, so as not to impair the effects of the present invention. Is more preferable.

本発明に関する上記説明では、III族ハロゲン化物ガス供給手段30の第1の吹き出し口31が、1以上の隔壁31w、31wによってY方向に離隔された、III族ハロゲン化物ガスが流出する2つの開口部31a、31bを有する形態の結晶成長装置100を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されない。III族ハロゲン化物ガス供給手段の第1の吹き出し口が、III族ハロゲン化物ガスの流路を狭めるように設けられた突出部を、少なくとも第1の吹き出し口の開口部において有し、第1の吹き出し口の開口部が、第1の領域と、該第1の領域からY方向に離隔した第2の領域と、第1の領域及び第2の領域を連結し且つ第1の領域及び第2の領域よりも鉛直方向の幅が狭い第3の領域とを含む形態の結晶成長装置とすることも可能である。そのような他の一の実施形態におけるIII族ハロゲン化物ガス供給手段30(5)のノズルをX方向の正面から見た図を図9に示す。図9は図3に対応する図である。図9において、III族ハロゲン化物ガス供給手段30(5)のノズルは、III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口31(5)と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口32(5)とを有する。第1の吹き出し口31(5)は、一体の隔壁31w(5)によって第2の吹き出し口32(5)と隔てられており、外壁30w(5)が隔壁31w(5)を取り囲むことによって、第2の吹き出し口32(5)が第1の吹き出し口31(5)の全周を取り囲むように設けられている。隔壁31w(5)は、第1の吹き出し口31(5)の開口部において、III族ハロゲン化物ガスの流路を狭めるように設けられた突出部31p、31pを有している。該突出部31p、31pの存在により、第1の吹き出し口31(5)の開口部は、第1の領域31R1と、第1の領域31R1からY方向に離隔した第2の領域31R2と、第1の領域31R1及び第2の領域31R2を連結し且つ第1の領域31R1及び第2の領域31R2よりも鉛直方向(Z方向)の幅が狭い第3の領域31R3とを有している。このような形態によっても、本発明の効果を奏することが可能である。かかる形態においては、第1の吹き出し口31(5)の開口部において、その鉛直方向(Z方向)における最大幅bに対して鉛直方向(Z方向)における幅が80%(図9中のbth)以下である部分のY方向の幅をcnarrowとするとき、cnarrowは第1の吹き出し口31(5)の開口部のY方向の最大幅aの10〜90%であることが好ましい。さらに、cnarrowが第1の吹き出し口31(5)の開口部のY方向の最大幅aの10〜90%を満足する場合には、第3の領域31R3は、図9に示した通り1箇所であってもよいし、図10に示すように複数箇所あってもよい。図10は図9に対応する図であり、図10中の隔壁31w(6)は、第1の吹き出し口31(6)の開口部において、III族ハロゲン化物ガスの流路を狭めるように設けられた突出部31p’、31p’、31p’、31p’(以下単に「31p’」ということがある。)を有している。該突出部31p’の存在により、第1の吹き出し口31(6)の開口部は、第1の領域31R1’と、第1の領域31R1’からY方向に離隔した第2の領域31R2’と、第1の領域31R1’及び第2の領域31R2’を連結し且つ第1の領域31R1’及び第2の領域31R2’よりも鉛直方向(Z方向)の幅が狭い第3の領域31R3’と、第2の領域31R2’からY方向に離隔したさらなる第1の領域31R1''と、第1の領域31R1''及び第2の領域31R2’を連結し且つ第1の領域31R1''及び第2の領域31R2’よりも鉛直方向(Z方向)の幅が狭い第3の領域31R3''と、を有している。図10におけるように第3の領域が複数箇所(例えば図10においては31R3’、31R3'')存在する場合には、cnarrowは、それらの合計幅(例えば図10においてはcnarrow +cnarrow )とする。また、第3の領域が複数箇所存在する場合には、第3の領域以外の領域(すなわち第1の領域および/または第2の領域)が3つ以上存在することになるが、この場合、第3の領域以外の領域の数(すなわち、第3の領域の数+1。例えば図9においては2であり、図10においては3である。)は、本発明の効果を損なわないために8以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。
なお図9及び図10においては突出部31pを隔壁31w(5)、31w(6)の内壁の上下両方に設けているが、片方のみに設けてもよい。
In the above description of the present invention, the first outlet 31 of the group III halide gas supply means 30, one or more partition walls 31w a, spaced in the Y direction by 31w b, group III halide gas flows out 2 Although the crystal growth apparatus 100 having the form having the two openings 31a and 31b is mainly exemplified, the present invention is not limited to the form. The first blowout port of the group III halide gas supply means has a protrusion provided so as to narrow the flow path of the group III halide gas at least at the opening of the first blowout port, The opening of the air outlet connects the first region, the second region separated from the first region in the Y direction, the first region and the second region, and the first region and the second region. It is also possible to provide a crystal growth apparatus that includes a third region that is narrower in the vertical direction than this region. FIG. 9 shows a view of the nozzle of the group III halide gas supply means 30 (5) according to another embodiment as viewed from the front in the X direction. FIG. 9 corresponds to FIG. In FIG. 9, the nozzles of the group III halide gas supply means 30 (5) include a first outlet 31 (5) through which the group III halide gas flows out and a second outlet 32 (5 ) through which the barrier gas flows out. ) . The first outlet 31 (5) is separated from the second outlet 32 (5) by an integral partition wall 31w (5) , and the outer wall 30w (5) surrounds the partition wall 31w (5) . The second outlet 32 (5) is provided so as to surround the entire circumference of the first outlet 31 (5) . The partition wall 31w (5) has protrusions 31p and 31p provided so as to narrow the flow path of the group III halide gas at the opening of the first outlet 31 (5) . Due to the presence of the protrusions 31p, 31p, the opening of the first outlet 31 (5) has a first region 31R1, a second region 31R2 separated from the first region 31R1 in the Y direction, and a second region 31R2. The first region 31R1 and the second region 31R2 are connected to each other, and the third region 31R3 is narrower in the vertical direction (Z direction) than the first region 31R1 and the second region 31R2. The effect of the present invention can also be achieved by such a form. In such an embodiment, the width of the opening of the first outlet 31 (5) is 80% in the vertical direction (Z direction) with respect to the maximum width b in the vertical direction (Z direction) (b in FIG. 9). when the width of the Y direction of th) is less than or equal parts as c narrow, it is preferable c narrow is 10 to 90% of the maximum width a of the Y direction of the opening of the first outlet 31 (5) . Furthermore, when c narrow satisfies 10 to 90% of the maximum width a in the Y direction of the opening of the first outlet 31 (5) , the third region 31R3 is 1 as shown in FIG. It may be a place, or a plurality of places as shown in FIG. FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 9, and the partition wall 31 w (6) in FIG. 10 is provided so as to narrow the group III halide gas flow path at the opening of the first outlet 31 (6). Projecting portions 31p ′, 31p ′, 31p ′, 31p ′ (hereinafter sometimes simply referred to as “31p ′”). Due to the presence of the protruding portion 31p ′, the opening of the first outlet 31 (6) has a first region 31R1 ′ and a second region 31R2 ′ separated from the first region 31R1 ′ in the Y direction. The third region 31R3 ′ connecting the first region 31R1 ′ and the second region 31R2 ′ and having a narrower width in the vertical direction (Z direction) than the first region 31R1 ′ and the second region 31R2 ′ Further, the first region 31R1 ″ separated from the second region 31R2 ′ in the Y direction, the first region 31R1 ″ and the second region 31R2 ′ are connected, and the first region 31R1 ″ and the first region And a third region 31R3 ″ having a narrower width in the vertical direction (Z direction) than the second region 31R2 ′. As shown in FIG. 10, when there are a plurality of third regions (for example, 31R3 ′ and 31R3 ″ in FIG. 10), c narrow is a total width thereof (for example, c narrow 1 + c narrow in FIG. 10). 2 ). In addition, when there are a plurality of third regions, there are three or more regions other than the third region (that is, the first region and / or the second region). In this case, The number of regions other than the third region (that is, the number of the third regions + 1, for example, 2 in FIG. 9 and 3 in FIG. 10) is 8 so as not to impair the effects of the present invention. Or less, more preferably 4 or less.
9 and 10, the protruding portions 31p are provided on both the upper and lower sides of the inner walls of the partition walls 31w (5) and 31w (6) , but may be provided only on one side.

図1〜図10で本発明の形態を例示したが、その中でも、III族ハロゲン化物ガス供給手段30の第1の吹き出し口31および第2の吹き出し口32は左右対称(すなわちYZ平面への正射影がZ軸について対称)となることが好ましい。具体的には、III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル部分をX方向正面から見た図(すなわちYZ平面への正射影)において、図3、図6、図7、図8、図9、図10のように、III族ハロゲン化物ガス供給手段30の第1の吹き出し口31および第2の噴出し口32が左右対称(すなわちZ軸について対称)となることが好ましい。第1の吹き出し口31及び第2の吹き出し口32を左右対称とすることによって、III族ハロゲン化物ガスおよび窒素源ガスを支持台22上へ(基板21上へ)より均一に供給することが可能となる。   1 to 10 exemplify the embodiment of the present invention, among which the first outlet 31 and the second outlet 32 of the group III halide gas supply means 30 are symmetrical (that is, normal to the YZ plane). It is preferable that the projection is symmetrical with respect to the Z axis. Specifically, in a view of the nozzle portion of the group III halide gas supply means 30 as viewed from the front in the X direction (ie, orthogonal projection onto the YZ plane), FIG. 3, FIG. 6, FIG. 7, FIG. As shown in FIG. 10, it is preferable that the first outlet 31 and the second outlet 32 of the group III halide gas supply means 30 are symmetrical (that is, symmetrical about the Z axis). By making the first blowout port 31 and the second blowout port 32 bilaterally symmetric, the group III halide gas and the nitrogen source gas can be supplied more uniformly onto the support base 22 (on the substrate 21). It becomes.

<2.III族窒化物の製造方法>
本発明の第2の態様に係るIII族窒化物の製造方法について説明する。本発明のIII族窒化物の製造方法は、HVPE法によってIII族窒化物を製造する方法であって、上記本発明の第1の態様に係る結晶成長装置を用いてIII族窒化物単結晶を成長させることを特徴とする。
<2. Method for Producing Group III Nitride>
A method for producing a group III nitride according to the second aspect of the present invention will be described. The method for producing a group III nitride according to the present invention is a method for producing a group III nitride by an HVPE method, wherein a group III nitride single crystal is produced using the crystal growth apparatus according to the first aspect of the present invention. It is characterized by growing.

結晶成長装置100(図2)においてIII族ハロゲン化物ガス供給手段30から流出させるIII族ハロゲン化物ガスとしては、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウム;三塩化ガリウム、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、等のIII族ハロゲン化物ガスを特に制限なく使用可能である。混晶を製造する場合には、複数のIII族ハロゲン化物ガスを含有する混合ガスを使用する。なお一般に、反応速度の速いハロゲン化アルミニウムガスを使用する場合には特に基板上の場所に依存して成長速度にムラが生じやすいことから、本発明の結晶成長装置はIII族元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物(以下「Al系III族窒化物」ということがある。)の単結晶を成長させる場合に特に好ましく用いることができ、窒化アルミニウムの単結晶を成長させる場合に最も好ましく用いることができる。この観点から、本発明のIII族窒化物の製造方法においては、III族ハロゲン化物ガスがハロゲン化アルミニウムガスを含むことが好ましく、III族ハロゲン化物ガスがハロゲン化アルミニウムガスであることが特に好ましい。   The group III halide gas flowing out from the group III halide gas supply means 30 in the crystal growth apparatus 100 (FIG. 2) includes aluminum halides such as aluminum trichloride and aluminum tribromide; gallium trichloride, gallium monochloride, etc. A group III halide gas such as indium halide such as indium trichloride or the like can be used without particular limitation. When producing a mixed crystal, a mixed gas containing a plurality of group III halide gases is used. In general, when an aluminum halide gas having a high reaction rate is used, the crystal growth apparatus of the present invention contains aluminum as a group III element because unevenness in the growth rate is likely to occur, particularly depending on the location on the substrate. It can be particularly preferably used when growing a single crystal of a group III nitride (hereinafter sometimes referred to as “Al group III nitride”), and is most preferably used when growing a single crystal of aluminum nitride. it can. From this viewpoint, in the Group III nitride production method of the present invention, the Group III halide gas preferably contains an aluminum halide gas, and the Group III halide gas is particularly preferably an aluminum halide gas.

結晶成長装置100においてIII族ハロゲン化物ガス供給手段30から流出させるバリアガスとしては、不活性である点、及び、分子量が大きいためにIII族ハロゲン化物ガスや窒素源ガスのバリアガスへの拡散が遅い(バリア効果が高い)点で、窒素ガス若しくはアルゴンガス、又はこれらの混合ガスを好ましく用いることができる。ただしバリアガスの効果を調整するために、窒素ガス若しくはアルゴンガス又はこれらの混合ガスに、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス等の、不活性な(すなわち、III族ハロゲン化物ガス及び窒素源ガスと反応しない)低分子量ガスを混合してもよい。   The barrier gas flowing out from the group III halide gas supply means 30 in the crystal growth apparatus 100 is inactive, and the diffusion of the group III halide gas or nitrogen source gas into the barrier gas is slow due to its large molecular weight ( Nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas thereof can be preferably used in terms of a high barrier effect. However, in order to adjust the effect of the barrier gas, nitrogen gas or argon gas or a mixed gas thereof is inert to hydrogen gas, helium gas, neon gas, etc. (ie, does not react with group III halide gas and nitrogen source gas) ) Low molecular weight gas may be mixed.

III族窒化物単結晶を析出させる基板21の材質としては、例えばサファイア、シリコン、シリコンカーバイド、酸化亜鉛、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、ガリウムヒ素、ホウ素化ジルコニウム、ホウ素化チタニウム等を特に制限なく採用できる。   Examples of the material of the substrate 21 on which the group III nitride single crystal is deposited include, for example, sapphire, silicon, silicon carbide, zinc oxide, gallium nitride, aluminum nitride, aluminum gallium nitride, gallium arsenide, zirconium boride, and titanium boride. Can be used without restriction.

III族ハロゲン化物ガス供給手段30から反応域20に供給されたIII族ハロゲン化物ガスを窒化してIII族窒化物単結晶を得るために、窒素源ガス供給手段40から窒素源ガスを流出させる。この窒素源ガスは通常キャリアガスによって希釈した状態で供給する。窒素源ガスとしては、窒素を含有する反応性ガスを特に制限なく採用可能であるが、コストと取扱の容易性の点で、アンモニアガスを好ましく用いることができる。キャリアガスとしては、水素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、若しくはアルゴンガス、又はこれらの混合ガスを特に制限なく用いることができ、水素ガスを含むキャリアガスを用いることが好ましい。   In order to obtain a group III nitride single crystal by nitriding the group III halide gas supplied from the group III halide gas supply means 30 to the reaction zone 20, the nitrogen source gas is caused to flow out from the nitrogen source gas supply means 40. This nitrogen source gas is usually supplied in a state diluted with a carrier gas. As the nitrogen source gas, a reactive gas containing nitrogen can be used without particular limitation, but ammonia gas can be preferably used from the viewpoint of cost and ease of handling. As the carrier gas, hydrogen gas, nitrogen gas, helium gas, argon gas, or a mixed gas thereof can be used without particular limitation, and a carrier gas containing hydrogen gas is preferably used.

III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させる前に、基板21に付着している有機物を除去するため、反応域20に水素ガスを含むキャリアガスを流通しながら基板21を支持台22を介して加熱することにより、サーマルクリーニングを行うことが好ましい。基板21としてサファイア基板を用いる場合、一般的には1100℃で10分間程度保持する。その後、III族ハロゲン化物ガス供給手段30からIII族ハロゲン化物ガスを反応域20に供給し、窒素源ガス供給手段40から窒素源ガスを反応域20に供給しながら、好ましくは1000〜1700℃に加熱された基板21上にIII族窒化物単結晶を成長させる。本発明におけるIII族窒化物の成長は通常大気圧付近の圧力下で行われる。   Before the reaction between the group III halide gas and the nitrogen source gas, the substrate 21 is supported on the support base 22 while circulating a carrier gas containing hydrogen gas in the reaction zone 20 in order to remove organic substances adhering to the substrate 21. It is preferable to perform thermal cleaning by heating through. When a sapphire substrate is used as the substrate 21, it is generally held at 1100 ° C. for about 10 minutes. Thereafter, the group III halide gas is supplied from the group III halide gas supply means 30 to the reaction zone 20, and the nitrogen source gas is supplied from the nitrogen source gas supply means 40 to the reaction zone 20, preferably at 1000 to 1700 ° C. A group III nitride single crystal is grown on the heated substrate 21. The growth of the group III nitride in the present invention is usually performed under a pressure near atmospheric pressure.

III族ハロゲン化物ガスの供給量は、標準状態における体積流量により管理しても良いが、分圧により決定すると理解し易い。すなわち、基板上に供給される全ガス(キャリアガス、III族ハロゲン化物ガス、窒素源ガス、バリアガス)の標準状態における体積の合計に対するIII族ハロゲン化物ガスの標準状態における体積の割合がIII族ハロゲン化物ガスの供給分圧とされる。   The supply amount of the group III halide gas may be controlled by the volume flow rate in the standard state, but it is easy to understand if it is determined by the partial pressure. That is, the ratio of the volume in the standard state of the group III halide gas to the total volume in the standard state of all gases (carrier gas, group III halide gas, nitrogen source gas, barrier gas) supplied onto the substrate is the group III halogen. The supply partial pressure of the chemical gas is used.

III族ハロゲン化物ガスの供給分圧は1Pa〜1000Paの濃度範囲が選択される。窒素源ガスの供給量は特に制限されるものではないが、一般的には、供給する上記III族ハロゲン化物ガスの0.5〜500倍の供給量が好適に選択される。成長時間は所望の成長膜厚が達成されるように適宜調節される。一定時間結晶成長を行った後、III族ハロゲン化物ガスの供給を停止することにより結晶成長を終了する。その後基板21を室温まで降温する。以上の操作により、基板21上にIII族窒化物単結晶を成長させることができる。   A concentration range of 1 Pa to 1000 Pa is selected as the supply partial pressure of the group III halide gas. The supply amount of the nitrogen source gas is not particularly limited, but in general, a supply amount of 0.5 to 500 times that of the group III halide gas to be supplied is suitably selected. The growth time is appropriately adjusted so that a desired growth film thickness is achieved. After crystal growth for a certain time, the crystal growth is terminated by stopping the supply of the group III halide gas. Thereafter, the substrate 21 is cooled to room temperature. Through the above operation, a group III nitride single crystal can be grown on the substrate 21.

以下、実施例及び比較例に基づき本発明についてさらに詳述するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is explained in full detail based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to these Examples.

<実施例1>
図1の結晶成長装置100により、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させた。支持台22に保持した最大径48mmの正方形状の基板を10回転/分の速度で回転しながら、III族ハロゲン化物ガス供給手段30から塩化アルミニウムガスを供給し、窒素源ガス供給手段40からアンモニアガスを供給して、20分間成長させた。なお支持台22の平面形状は基板と同一であった(すなわちD=48mm)。III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル形状は、図6において、a=15mm、b=c=c=5mm、dab=5mm、a/D=0.31、dab/c=dab/c=1である形状とした。成長終了後、基板の中心から4mm毎に成長膜厚を測定し、成長速度を評価した。結果を図12に示す。
<Example 1>
An aluminum nitride single crystal was grown on a sapphire single crystal substrate by the crystal growth apparatus 100 of FIG. While rotating a square substrate having a maximum diameter of 48 mm held on the support base 22 at a speed of 10 revolutions / minute, aluminum chloride gas is supplied from the group III halide gas supply means 30 and ammonia is supplied from the nitrogen source gas supply means 40. Gas was supplied and allowed to grow for 20 minutes. The planar shape of the support base 22 was the same as that of the substrate (that is, D = 48 mm). The nozzle shape of the group III halide gas supply means 30 is as follows. In FIG. 6, a = 15 mm, b = c a = c b = 5 mm, d ab = 5 mm, a / D = 0.31, d ab / c a = The shape was d ab / c b = 1. After completion of the growth, the growth film thickness was measured every 4 mm from the center of the substrate to evaluate the growth rate. The results are shown in FIG.

<実施例2>
III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル形状を、図6においてa=20mm、b=c=c=5mm、dab=10mm、a/D=0.42、dab/c=dab/c=2である形状とした以外は実施例1と同様にして、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させた。結果を図12に示す。
<Example 2>
The nozzle shape of the group III halide gas supply means 30 is as follows. In FIG. 6, a = 20 mm, b = c a = c b = 5 mm, d ab = 10 mm, a / D = 0.42, d ab / c a = d An aluminum nitride single crystal was grown on the sapphire single crystal substrate in the same manner as in Example 1 except that the shape was ab / c b = 2. The results are shown in FIG.

<比較例1>
III族ハロゲン化物ガス供給手段30のノズル形状を、図11に示す従来型の形状であってa=c=b=7.5mm、d=0mm、a/D=0.16、d/c=0である形状とした以外は実施例1と同様にして、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させた。結果を図12に示す。
<Comparative Example 1>
The nozzle shape of the group III halide gas supply means 30 is the conventional shape shown in FIG. 11, where a = c = b = 7.5 mm, d = 0 mm, a / D = 0.16, d / c = An aluminum nitride single crystal was grown on the sapphire single crystal substrate in the same manner as in Example 1 except that the shape was 0. The results are shown in FIG.

<評価結果>
図12に示すように、従来型の形状を有するノズルから塩化アルミニウムガスを供給する形態の結晶成長装置によって窒化アルミニウムを成長させた比較例1に対し、本発明に係る結晶成長装置によって窒化アルミニウムを成長させた実施例1及び2では、基板中心からの距離による成長速度の違いが緩和されていた。
<Evaluation results>
As shown in FIG. 12, in contrast to Comparative Example 1 in which aluminum nitride is grown by a crystal growth apparatus in which aluminum chloride gas is supplied from a nozzle having a conventional shape, aluminum nitride is deposited by the crystal growth apparatus according to the present invention. In the grown Examples 1 and 2, the difference in growth rate due to the distance from the center of the substrate was alleviated.

以上の結果から、本発明によれば、HVPE法によって幅の広い基板上にIII族窒化物を成長させる場合に、成長膜厚の均一性を向上できることが示された。   From the above results, according to the present invention, it was shown that the uniformity of the growth film thickness can be improved when a group III nitride is grown on a wide substrate by the HVPE method.

100 結晶成長装置
10 反応器
11 外チャンバ
12 内チャンバ
20 反応域
21 基板
22 支持台(サセプタ)
23 回転駆動軸
24 加熱手段
30 III族ハロゲン化物ガス供給手段
30a、30b III族ハロゲン化物ガス供給管
30w 外壁
31 (III族ハロゲン化物ガスが流出する)第1の吹き出し口
31a、31b (III族ハロゲン化物ガス供給手段の)開口部
31w、31w、31w 隔壁
31p 突出部
31R1 (III族ハロゲン化物ガス供給手段の開口部の)第1の領域
31R2 (III族ハロゲン化物ガス供給手段の開口部の)第2の領域
31R3 (III族ハロゲン化物ガス供給手段の開口部の)第3の領域
32 (バリアガスが流出する)第2の吹き出し口
40 窒素源ガス供給手段
50 排気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Crystal growth apparatus 10 Reactor 11 Outer chamber 12 Inner chamber 20 Reaction zone 21 Substrate 22 Support stand (susceptor)
23 Rotating drive shaft 24 Heating means 30 Group III halide gas supply means 30a, 30b Group III halide gas supply pipe 30w Outer wall 31 (Group III halide gas flows out) First outlet 31a, 31b (Group III halogen) product of the gas supply means) opening 31w, 31w a, the opening of 31w b partition wall 31p projecting portion 31R1 (III group halide gas supply means) of the opening of the first region 31R2 (III group halide gas supply means ) Second region 31R3 Third region 32 (at the opening of the group III halide gas supply means) Second blowout port 40 (where the barrier gas flows out) Nitrogen source gas supply unit 50 Exhaust port

Claims (11)

III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域を有する反応器と、
前記反応域に前記III族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段と、
前記反応域に前記窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段と
を有する結晶成長装置において、
前記反応器は、前記基板を回転可能に支持する支持台を前記反応域に有し、
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段は、前記III族ハロゲン化物ガスを前記支持台の側上方から前記支持台の上方へ向けて吹き出すように配設されており、
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段は、前記III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口とを有し、該第2の吹き出し口は、前記第1の吹き出し口を取り囲んで配設されており、
前記第1の吹き出し口は、Y方向における最大幅が鉛直方向における最大幅よりも大きい形状を有し、前記Y方向は、水平方向であって上面視において該第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ線分の中点および前記支持台上面の回転中心を通る直線と直交する方向であり、前記一方の最外端及び他方の最外端はそれぞれ上面視において、前記回転中心を通る直線が前記第1の吹き出し口の最も外側の開口部に対して外側から接する接点であり、前記第1の吹き出し口の前記Y方向における最大幅は、上面視において前記第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ前記線分の前記Y方向における長さであり、
前記第1の吹き出し口の前記Y方向における最大幅aと、前記支持台の最大幅Dとの比a/Dが、0.05以上2以下であ
前記第1の吹き出し口が、1以上の隔壁によって前記Y方向に離隔された複数の開口部を有する、結晶成長装置。
A reactor having a reaction zone for growing a group III nitride on a substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas;
A group III halide gas supply means for supplying the group III halide gas to the reaction zone;
In a crystal growth apparatus having a nitrogen source gas supply means for supplying the nitrogen source gas to the reaction zone,
The reactor has a support base in the reaction zone for rotatably supporting the substrate,
The group III halide gas supply means is arranged to blow out the group III halide gas from the upper side of the support base toward the upper side of the support base,
The group III halide gas supply means has a first outlet from which the group III halide gas flows out and a second outlet from which the barrier gas flows out. 1 is placed around the outlet,
The first outlet has a shape in which the maximum width in the Y direction is larger than the maximum width in the vertical direction, and the Y direction is a horizontal direction and is the top of one of the first outlets in a top view. It is a direction perpendicular to a midpoint of a line segment connecting the outer end and the other outermost end and a straight line passing through the center of rotation of the upper surface of the support base, and the one outermost end and the other outermost end are respectively viewed from above. The straight line passing through the rotation center is a contact point that contacts the outermost opening of the first outlet from the outside, and the maximum width in the Y direction of the first outlet is the top view in the top view. The length in the Y direction of the line segment connecting one outermost end of the first outlet and the other outermost end;
And a maximum width a in the Y direction of the first outlet, the ratio a / D of the maximum width D of the support base is state, and are 0.05 to 2,
The crystal growth apparatus , wherein the first outlet has a plurality of openings separated in the Y direction by one or more partition walls .
前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部が、上面視において重複する部分を有しない、
請求項に記載の結晶成長装置。
The plurality of openings of the first outlet do not have overlapping portions in a top view;
The crystal growth apparatus according to claim 1 .
前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部のうち隣接する2つの開口部の組のいずれについても、該2つの開口部が上面視において水平方向に離隔している距離dと、該2つの開口部のそれぞれの水平方向の最大幅c及びcとの比d/c及びd/cの両方が0.1以上10以下である、
請求項1又は2に記載の結晶成長装置。
The distance d between the two openings adjacent to each other among the plurality of openings of the first blowout opening in the horizontal direction when viewed from above, and the two Both the ratios d / c 1 and d / c 2 of the horizontal maximum widths c 1 and c 2 of the openings are 0.1 or more and 10 or less,
The crystal growth apparatus according to claim 1 .
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段が単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管を有し、
前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部のいずれにも、前記単一のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じて前記III族ハロゲン化物ガスが導かれる、
請求項1〜3のいずれかに記載の結晶成長装置。
The group III halide gas supply means has a single group III halide gas supply pipe;
The group III halide gas is introduced into any of the plurality of openings of the first outlet through the single group III halide gas supply pipe.
The crystal growth apparatus in any one of Claims 1-3 .
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段が、第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管と第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管とを含む複数のIII族ハロゲン化物ガス供給管を有し、
前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部は、前記第1のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じて前記III族ハロゲン化物ガスが導かれる第1の開口部と、第2のIII族ハロゲン化物ガス供給管を通じて前記III族ハロゲン化物ガスが導かれる第2の開口部とを少なくとも有する、
請求項1〜3のいずれかに記載の結晶成長装置。
The group III halide gas supply means has a plurality of group III halide gas supply pipes including a first group III halide gas supply pipe and a second group III halide gas supply pipe;
The plurality of openings of the first outlet include a first opening through which the group III halide gas is guided through the first group III halide gas supply pipe, and a second group III halide gas. And at least a second opening through which the group III halide gas is led through a supply pipe,
The crystal growth apparatus in any one of Claims 1-3 .
前記第2の吹き出し口が、前記第1の吹き出し口の全周を取り囲むように設けられた一の開口部により構成されている、
請求項1〜のいずれかに記載の結晶成長装置。
The second outlet is configured by one opening provided so as to surround the entire circumference of the first outlet.
The crystal growth apparatus in any one of Claims 1-5 .
前記第2の吹き出し口が、前記第1の吹き出し口の前記複数の開口部のそれぞれを取り囲むように離隔して設けられた複数の開口部により構成されている、
請求項1〜5のいずれかに記載の結晶成長装置。
The second outlet is constituted by a plurality of openings provided so as to surround each of the plurality of openings of the first outlet.
The crystal growth apparatus in any one of Claims 1-5 .
III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にIII族窒化物を成長させる反応域を有する反応器と、
前記反応域に前記III族ハロゲン化物ガスを供給する、III族ハロゲン化物ガス供給手段と、
前記反応域に前記窒素源ガスを供給する、窒素源ガス供給手段と
を有する結晶成長装置において、
前記反応器は、前記基板を回転可能に支持する支持台を前記反応域に有し、
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段は、前記III族ハロゲン化物ガスを前記支持台の側上方から前記支持台の上方へ向けて吹き出すように配設されており、
前記III族ハロゲン化物ガス供給手段は、前記III族ハロゲン化物ガスが流出する第1の吹き出し口と、バリアガスが流出する第2の吹き出し口とを有し、該第2の吹き出し口は、前記第1の吹き出し口を取り囲んで配設されており、
前記第1の吹き出し口は、Y方向における最大幅が鉛直方向における最大幅よりも大きい形状を有し、前記Y方向は、水平方向であって上面視において該第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ線分の中点および前記支持台上面の回転中心を通る直線と直交する方向であり、前記一方の最外端及び他方の最外端はそれぞれ上面視において、前記回転中心を通る直線が前記第1の吹き出し口の最も外側の開口部に対して外側から接する接点であり、前記第1の吹き出し口の前記Y方向における最大幅は、上面視において前記第1の吹き出し口の一方の最外端と他方の最外端とを結ぶ前記線分の前記Y方向における長さであり、
前記第1の吹き出し口の前記Y方向における最大幅aと、前記支持台の最大幅Dとの比a/Dが、0.05以上2以下であり、
前記第1の吹き出し口が、前記III族ハロゲン化物ガスの流路を狭めるように設けられた突出部を、少なくとも前記第1の吹き出し口の開口部において有し、
前記第1の吹き出し口の開口部が、第1の領域と、該第1の領域から前記Y方向に離隔した第2の領域と、前記第1の領域及び前記第2の領域を連結し且つ前記第1の領域及び前記第2の領域よりも鉛直方向の幅が狭い第3の領域とを含む、結晶成長装置。
A reactor having a reaction zone for growing a group III nitride on a substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas;
A group III halide gas supply means for supplying the group III halide gas to the reaction zone;
A nitrogen source gas supply means for supplying the nitrogen source gas to the reaction zone;
In a crystal growth apparatus having
The reactor has a support base in the reaction zone for rotatably supporting the substrate,
The group III halide gas supply means is arranged to blow out the group III halide gas from the upper side of the support base toward the upper side of the support base,
The group III halide gas supply means has a first outlet from which the group III halide gas flows out and a second outlet from which the barrier gas flows out. 1 is placed around the outlet,
The first outlet has a shape in which the maximum width in the Y direction is larger than the maximum width in the vertical direction, and the Y direction is a horizontal direction and is the top of one of the first outlets in a top view. It is a direction perpendicular to a midpoint of a line segment connecting the outer end and the other outermost end and a straight line passing through the center of rotation of the upper surface of the support base, and the one outermost end and the other outermost end are respectively viewed from above. The straight line passing through the rotation center is a contact point that contacts the outermost opening of the first outlet from the outside, and the maximum width in the Y direction of the first outlet is the top view in the top view. The length in the Y direction of the line segment connecting one outermost end of the first outlet and the other outermost end;
The ratio a / D between the maximum width a in the Y direction of the first outlet and the maximum width D of the support base is 0.05 or more and 2 or less,
The first outlet has a protrusion provided so as to narrow the channel of the group III halide gas at least in the opening of the first outlet;
An opening of the first blowout port connects the first region, the second region separated from the first region in the Y direction, the first region, and the second region; and a said first region and said narrow vertical width than the second region the third region, crystal growth apparatus.
前記窒素源ガス供給手段は、前記支持台の側上方かつ前記第1の吹き出し口及び前記第2の吹き出し口の上方から前記支持台の上方へ向けて前記窒素源ガスを吹き出すように配設されている、請求項1〜のいずれかに記載の結晶成長装置。 The nitrogen source gas supply means is disposed so as to blow out the nitrogen source gas from above the support base and from above the first blowout port and the second blowout port to above the support stand. and that the crystal growth device according to any one of claims 1-8. 前記III族ハロゲン化物ガスが、ハロゲン化アルミニウムガスであり、
前記バリアガスが窒素ガス又はアルゴンガスを含み、
前記窒素源ガスがアンモニアガスであり、
前記III族窒化物が、窒化アルミニウムである、
請求項1〜のいずれかに記載の結晶成長装置。
The group III halide gas is an aluminum halide gas;
The barrier gas includes nitrogen gas or argon gas,
The nitrogen source gas is ammonia gas;
The III nitride is a nitride aluminum,
Crystal growing apparatus according to any one of claims 1-9.
III族ハロゲン化物ガスと窒素源ガスとを反応させることにより、加熱された基板上にIII族窒化物単結晶を成長させる、III族窒化物の製造方法であって、
請求項1〜10のいずれかに記載の結晶成長装置を用いてIII族窒化物単結晶を製造することを特徴とする、III族窒化物の製造方法。
A method for producing a group III nitride, wherein a group III nitride single crystal is grown on a heated substrate by reacting a group III halide gas and a nitrogen source gas,
Method of manufacturing according to claim 1, characterized in that to produce a group-III nitride single crystal using the crystal growth apparatus according to any one of 10, III-nitride.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7372059B2 (en) * 2019-06-27 2023-10-31 株式会社トクヤマ Method for manufacturing group III nitride single crystal
JP7296901B2 (en) * 2020-02-19 2023-06-23 株式会社トクヤマ Vapor phase growth apparatus and method for producing group III nitride single crystal

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01246365A (en) * 1987-11-21 1989-10-02 Kureha Chem Ind Co Ltd Production of solid film utilizing specific gravity difference between gaseous reactants and device therefor
JP2725355B2 (en) * 1988-04-05 1998-03-11 住友電気工業株式会社 Vapor phase epitaxial growth method
JP3489711B2 (en) * 1996-12-26 2004-01-26 日本電信電話株式会社 Vapor phase growth equipment
US6179913B1 (en) * 1999-04-16 2001-01-30 Cbl Technologies, Inc. Compound gas injection system and methods
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
JP2007317949A (en) * 2006-05-26 2007-12-06 Mie Univ Apparatus and method for creating group iii nitride crystal
JP5045032B2 (en) * 2006-08-28 2012-10-10 住友電気工業株式会社 Vapor phase growth apparatus and compound semiconductor film growth method
JP2010027868A (en) * 2008-07-18 2010-02-04 Toshiba Corp Vapor-phase growth apparatus and vapor-phase growth method
JP5524758B2 (en) * 2010-08-03 2014-06-18 国立大学法人東京農工大学 Crystal growth equipment
JP2012111677A (en) * 2010-11-02 2012-06-14 Hitachi Cable Ltd Method for manufacturing group iii nitride crystal, method for manufacturing group iii nitride template, the group iii nitride crystal, and the group iii nitride template
JP2013229554A (en) * 2012-03-30 2013-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp Method of manufacturing group xiii metal nitride semiconductor crystal in periodic table, nozzle for use in the same, and manufacturing apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7325644B2 (en) 2020-07-06 2023-08-14 三菱電機株式会社 rotary compressor

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