JP7002730B2 - Vapor deposition equipment - Google Patents
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Description
本明細書では、化合物半導体の気相成長装置に関する技術を開示する。 This specification discloses a technique relating to a vapor phase growth apparatus for a compound semiconductor.
GaN基板の低コストな製造法の構築が要求されている。現在のGaN基板は、1枚ごとに成長する枚葉式が主流であり、高コストの原因であった。なお、関連する技術が特許文献1に開示されている。
There is a demand for the construction of a low-cost manufacturing method for GaN substrates. The current GaN substrate is mainly a single-wafer type that grows one by one, which is a cause of high cost. The related technique is disclosed in
GaNの長尺結晶成長が可能となれば、1つの長尺結晶から複数枚のウェハを生成できるため、基板製造コストを低下させることができる。しかし、GaNを長尺結晶成長させることは困難である。要因の一つとして、長尺結晶成長させるとクラックが発生してしまうことが挙げられる。これは、成長した結晶の外周部の端面が、種基板の表面に対して垂直にならず、テーパ面になってしまうためである。テーパ面が酸素を取り込むと、格子定数が小さくなり、応力が発生するため、成長した結晶にクラックが入ってしまう。 If GaN long crystals can be grown, a plurality of wafers can be produced from one long crystal, so that the substrate manufacturing cost can be reduced. However, it is difficult to grow a long crystal of GaN. One of the factors is that cracks occur when long crystals are grown. This is because the end face of the outer peripheral portion of the grown crystal is not perpendicular to the surface of the seed substrate and becomes a tapered surface. When the tapered surface takes in oxygen, the lattice constant becomes small and stress is generated, so that the grown crystal cracks.
本明細書では、気相成長装置を開示する。この気相成長装置は、反応容器を備える。気相成長装置は、反応容器内に配置されており、第1面に基板を保持する基板保持面を備えた基板ホルダを備える。気相成長装置は、基板保持面に保持された基板に対応した孔部を備えたリング部を備える。気相成長装置は、第1原料ガスおよび第1原料ガスと反応する第2原料ガスを反応容器内に供給する原料ガス供給管を備える。第1原料ガスおよび第2原料ガスは、基板の表面に化合物半導体の結晶を成長させる原料ガスである。気相成長装置は、基板ホルダとリング部との少なくとも一方を、基板保持面に対して垂直な軸線に沿って移動させるアクチュエータを備える。アクチュエータは、基板に成長する化合物半導体の結晶の表面とリング部の表面との距離を一定に維持する。 This specification discloses a vapor deposition apparatus. This vapor deposition apparatus comprises a reaction vessel. The vapor phase growth apparatus is arranged in a reaction vessel and includes a substrate holder having a substrate holding surface for holding the substrate on the first surface. The vapor deposition apparatus includes a ring portion having a hole corresponding to the substrate held on the substrate holding surface. The vapor phase growth apparatus includes a raw material gas supply pipe that supplies a first raw material gas and a second raw material gas that reacts with the first raw material gas into the reaction vessel. The first raw material gas and the second raw material gas are raw material gases for growing crystals of compound semiconductors on the surface of the substrate. The vapor phase growth apparatus includes an actuator that moves at least one of the substrate holder and the ring portion along an axis perpendicular to the substrate holding surface. The actuator keeps the distance between the surface of the crystal of the compound semiconductor growing on the substrate and the surface of the ring portion constant.
本明細書の気相成長装置では、アクチュエータによって、基板に成長する化合物半導体の結晶の表面とリング部の表面との距離を一定に維持することができる。これにより、結晶が成長し厚さが厚くなっていく場合においても、基板外周部における第1および第2原料ガスの流れを一定に維持することができる。このことにより結晶が厚くなっても均質な結晶を得ることができる。さらに結晶の外周部をリング部の内壁面で支持することにより、成長させた結晶の外周部の端面を、基板の表面に対して垂直な面にすることができる。成長させた結晶にクラックが発生してしまう事態を防止することが可能となる。 In the vapor phase growth apparatus of the present specification, the actuator can maintain a constant distance between the surface of the crystal of the compound semiconductor growing on the substrate and the surface of the ring portion. As a result, even when the crystal grows and becomes thicker, the flow of the first and second raw material gases on the outer peripheral portion of the substrate can be kept constant. As a result, a homogeneous crystal can be obtained even if the crystal becomes thick. Further, by supporting the outer peripheral portion of the crystal with the inner wall surface of the ring portion, the end surface of the outer peripheral portion of the grown crystal can be made a plane perpendicular to the surface of the substrate. It is possible to prevent a situation in which cracks are generated in the grown crystal.
アクチュエータは、基板ホルダを第1面と反対側の第2面側へ移動させてもよい。基板ホルダの移動速度は化合物半導体の結晶の厚さ方向の成長速度と同等であってもよい。 The actuator may move the substrate holder to the second surface side opposite to the first surface. The moving speed of the substrate holder may be equal to the growth speed of the compound semiconductor crystal in the thickness direction.
アクチュエータは、基板保持面からリング部の表面までの距離の方が、基板保持面から基板に成長する化合物半導体の結晶の表面までの距離よりも所定距離だけ大きい状態を維持してもよい。 The actuator may maintain a state in which the distance from the substrate holding surface to the surface of the ring portion is larger than the distance from the substrate holding surface to the surface of the crystal of the compound semiconductor growing on the substrate by a predetermined distance.
リング部の表面が、第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な所定金属で覆われていてもよい。 The surface of the ring portion may be covered with a predetermined metal capable of decomposing the second raw material gas by a catalytic effect.
所定金属はタングステンを含む金属であってもよい。 The predetermined metal may be a metal containing tungsten.
原料ガス供給管のガス供給口が基板保持面と対向する位置に配置されていてもよい。アクチュエータは、基板に成長する化合物半導体の結晶の表面とガス供給口との距離を一定に維持するように、基板ホルダを移動させてもよい。 The gas supply port of the raw material gas supply pipe may be arranged at a position facing the substrate holding surface. The actuator may move the substrate holder so as to maintain a constant distance between the surface of the compound semiconductor crystal growing on the substrate and the gas supply port.
第1原料ガスはGaClを含むガスであってもよい。第2原料ガスはNH3を含むガスであってもよい。 The first raw material gas may be a gas containing GaCl. The second raw material gas may be a gas containing NH 3 .
<気相成長装置の構成>
図1に、本明細書の技術に係る気相成長装置1を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置1は、HVPE(Halide Vapor Phase Epitaxy)法を実施するための装置構成の一例である。気相成長装置1は、反応容器10を備えている。反応容器10は、円筒形状をしている。反応容器10は、石英で構成されていてもよい。反応容器10の内部には、原料ガス供給部20および基板ホルダ11が配置されている。
<Structure of vapor phase growth device>
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
図2に、基板ホルダ11、リングプレート12およびシャワーヘッド50の断面図の部分拡大図を示す。基板ホルダ11は、ホルダ本体11bおよび支持部11cを備えている。基板ホルダ11の下面には、基板保持面11aが備えられている。基板ホルダ11の支持部11cは、基板13の表面が略鉛直下向きになるように基板13を保持する。なお「略鉛直下向き」は、基板の法線が鉛直下方向に一致する態様に限定されない。基板の法線が鉛直下方向に対して45度までの傾きを含む概念である。基板13は、GaN単結晶を成長させるための種基板であり、GaNの単結晶である。基板13の表面は、+c面((0001)面ともいう)である。
FIG. 2 shows a partially enlarged view of a cross-sectional view of the
支持部11cの表面は、所定金属17で覆われている。所定金属17は、第2原料ガスG2を触媒効果によって分解可能な金属である。本実施例では、所定金属17として、タングステンを含む材料が使用されている。これにより、支持部11cの表面へのGaN多結晶の析出を抑制する効果が得られる。触媒効果によってNH3が分解されて発生する活性水素が、GaN多結晶の析出を抑制するためである。
The surface of the
基板ホルダ11の下側には、リングプレート12が配置されている。リングプレート12の表面は、所定金属18で覆われている。所定金属18は、第2原料ガスG2を触媒効果によって分解可能な金属である。本実施例では、所定金属18として、タングステンを含む材料が使用されている。これにより、リングプレート12の表面へのGaN多結晶の析出を抑制する効果が得られる。
A
リングプレート12の下面12aは、基板保持面11aに対応した面である。本実施例では、下面12aは、基板保持面11aと平行な平面である。リングプレート12は、基板保持面11aに保持された基板13に対応した孔部12bを備えている。ここで基板ホルダ11の中心軸をA1とする。支持部11cの内壁11cwの位置を位置P1とする。リングプレート12の孔部12bを形成している内壁12wの位置を位置P2とする。中心軸A1から位置P2までの距離D2は、中心軸A1から位置P1までの距離D1以上であってもよい。
The
図3に、図1のIII-III線における断面図を鉛直下方から見た図を示す。図3に示すように、リングプレート12は、リング形状の部材である。前述したように、距離D2が距離D1以上である場合には、リングプレート12の孔部12bの範囲内に、基板13の露出面の全面が含まれることになる。
FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 1 as viewed from vertically below. As shown in FIG. 3, the
基板ホルダ11の上部には、回転軸14の下端が接続している。回転軸14の上端部は、反応容器10の外部に突出している(図1参照)。回転軸14の上端部は、アクチュエータ15に接続している。これにより基板ホルダ11は、基板保持面11aに対して垂直な中心軸A1に沿って上方向(基板ホルダ11の上面11d側の方向)および下方向(基板ホルダ11の基板保持面11a側の方向)に移動させることが可能である。またアクチュエータ15によって、基板ホルダ11を回転させることが可能である。
The lower end of the
原料ガス供給部20の構造を説明する。原料ガス供給部20は、円筒形状の部材である。原料ガス供給部20は、円筒形のカバー24を備えている。カバー24の上端部には、円盤状のシャワーヘッド50が配置されている。原料ガス供給部20の下部には、HClガス供給管25の入口および第2原料ガス供給管22の入口が配置されている。HClガス供給管25の入口には、第1バルブ61が配置されている。第1バルブ61は、HClを含むガスの供給を制御する。HClガス供給管25の出口は、第1原料ガス生成部41に接続されている。第1原料ガス生成部41は、内部に金属ガリウムを格納している。第1原料ガス生成部41は、GaClを含んだ第1原料ガスG1を生成する部位である。第1原料ガス供給管21は、第1原料ガスG1を供給する管である。第1原料ガス供給管21の入口は、第1原料ガス生成部41に接続されている。第1原料ガス供給管21の出口は、シャワーヘッド50に接続されている。第2原料ガス供給管22の入口には、第2バルブ62が配置されている。第2バルブ62は、第2原料ガスG2を含むガスの供給を制御する。第2原料ガスG2は、NH3を含むガスである。第2原料ガス供給管22の出口は、シャワーヘッド50に接続されている。
The structure of the raw material
第1原料ガス供給管21および第2原料ガス供給管22は、鉛直方向(すなわち図1のz軸方向)へ伸びるように配置されている。第1原料ガス供給管21および第2原料ガス供給管22の経路上には、隔壁42が配置されている。隔壁42は、カバー24内を水平方向に伸びる石英板である。カバー24内の空間は、隔壁42によって上下に隔離されている。隔壁42は断熱材として機能する。
The first raw material
シャワーヘッド50は、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を基板13の表面近傍へ排出するための部位である。シャワーヘッド50は、基板ホルダ11の基板保持面11aと対向する位置に配置されている。シャワーヘッド50から排出された第1原料ガスG1および第2原料ガスG2は、反応容器10内を矢印Y1方向に鉛直上方に流れる。
The
シャワーヘッド50の構造を、図4を用いて説明する。図4は、図1のIV-IV線における断面図を鉛直上方から見た図である。シャワーヘッド50の表面には、第1原料ガスG1を排出する複数の第1ガス供給口51と、第2原料ガスG2を排出する複数の第2ガス供給口52が配置されている。多数のガス供給口から第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を排出することで、基板13表面へのガス供給量を面内で均一化することができる。よって、成長したGaN結晶膜厚の面内バラつきを抑制することが可能となる。シャワーヘッド50の表面において、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52が形成されていない領域は、所定金属53で覆われている。本実施例では、所定金属として、タングステンを含む材料が使用されている。
The structure of the
原料ガス供給部20の周囲には、反応容器10内のガスを排気するガス排気管23が構成されている。図4を用いて説明する。円筒形の反応容器10の内側に、さらに円筒形の原料ガス供給部20が配置されている。これにより、反応容器10の内壁と、原料ガス供給部20のカバー24の外壁との間に、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間が、ガス排気管23として機能する。
A
また、ガス排気管23の入口23a(図1参照)を、シャワーヘッド50の側面に位置させることができる。よって図1の矢印Y2に示すように、基板13の表面でGaN結晶成長に使用された第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を、シャワーヘッド50の側面方向かつ基板13の下方向に排気させることができる。反応容器10の下端には、ガス排気管23の出口23bが配置されている。ガス排気管23の入口23aから吸入されたガスは、出口23bからベントラインへ排出される。
Further, the
反応容器10の上部には、特定ガス供給管16が備えられている。特定ガス供給管16の入口には特定ガスG3が供給される。特定ガスG3は、図1の矢印Y3に示すように、基板ホルダ11の上方から鉛直下方へ流れ、ガス排気管23の入口23aに吸入される。これにより、特定ガスG3によってダウンフローを生成することができる。特定ガスG3は、酸素を含まないガスであって、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2と反応しないガスである。具体例としては、特定ガスG3は、水素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの少なくとも一つを含むガスである。
A specific
反応容器10の外側には、上部ヒータ31および下部ヒータ32が配置されている。上部ヒータ31が配置されている領域H1と下部ヒータ32が配置されている領域H2の境界近傍には、隔壁42が配置されている。上部ヒータ31によって、基板13をGaN結晶成長に十分な温度(1050±50℃)に加熱することができる。また下部ヒータ32によって、第1原料ガス生成部41をGaClの安定的な生成に必要な温度(750℃)以上に加熱することができる。
An
<気相成長方法>
HVPE法による気層成長条件の一例を列挙する。第1原料ガスG1中のGaClと第2原料ガスG2中のNH3の供給量は、モル比を1:20とした。反応容器10内の圧力は1000hPaとした。
<Chemical vapor deposition method>
An example of the air layer growth condition by the HVPE method is listed. The molar ratio of GaCl in the first raw material gas G1 and NH3 in the second raw material gas G2 was 1:20. The pressure in the
上部ヒータ31および下部ヒータ32をオンするとともに、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給を開始する。これにより、基板13上にGaN結晶層の気相成長を行うことができる。GaN結晶層の成長速度は、50~1000μm/hour程度である。図2の状態から図5の状態までGaN結晶層19が成長すると、アクチュエータ15は、基板ホルダ11を中心軸A1に沿って上方(矢印Y10方向)に移動させる制御を開始する。基板ホルダ11の上昇速度は、GaN結晶層19の成長速度と同等である。成長速度は、計算で予想してもよいし、実測により算出してもよい。図5の状態は、基板保持面11aからリングプレート12の下面12aまでの距離D3の方が、基板保持面11aからGaN結晶層19の表面19aまでの距離D4よりも所定距離PDだけ大きい状態である。換言すると、図5の状態は、GaN結晶層19の表面19aに対して、リングプレート12の下面12aが所定距離PDだけシャワーヘッド50側に突出している状態である。所定距離PDは、実験等によって任意の値に決定することができる。
The
図5の状態から、厚さT1だけGaN結晶層19をさらに成長させた状態の図を、図6に示す。基板ホルダ11の上昇速度は、GaN結晶層19の成長速度と同等であるため、基板ホルダ11も厚さT1と同等の距離だけ上昇している。その結果、距離D3の方が距離D4よりも所定距離PDだけ大きい状態が維持されている。また、GaN結晶層19の表面19aとシャワーヘッド50(ガス供給口)の表面との距離D5が、図5と図6において一定に維持される。
FIG. 6 shows a state in which the
<効果>
まず、図7および図8を用いて比較例を説明する。比較例は、本実施例に係るリングプレート12を備えない場合の例である。図7の状態から図8の状態へ、GaN結晶層19が成長し厚さが厚くなっていく場合において、厚さの増加に応じて基板ホルダ11を中心軸A1に沿って上方(矢印Y10方向)に移動させる場合を説明する。この場合、GaN結晶層19の表面19aとシャワーヘッド50(ガス供給口)の表面との距離D5は、一定に維持される。しかし、GaN結晶層19の外周に配置されている支持部11cの下面11csとシャワーヘッド50の表面との距離D6は、一定とはならず、基板ホルダ11が上昇するに従って大きくなる。すると、基板外周部における第1および第2原料ガスの流れを一定に維持することができなくなってしまう。すなわち、図7に示すガス流れY20aと、図8に示すガス流れY20bとが異なってしまう。すると、ガス流れの流路が不安定となり、GaN結晶層19の表面19aへの原料供給や温度分布が成長初期から変化してしまうため、結晶品質や分布が劣化してしまう場合がある。また結晶端面が開放された状態で厚膜化成長したGaN結晶層19の外周部の端面19bは、基板13の表面(c面)に対して垂直にならず、テーパ面になってしまう(図8参照)。これは、垂直面よりもテーパ面の方が安定な面であるためである。このようなテーパ面は、m面より安定な面({10-11}面)や、a面より安定な面({11-21}面、{11-22}面)である。そして、これらのテーパ面が酸素を取り込むと、格子定数が小さくなり、応力が発生するため、成長したGaN結晶層19にクラックが入ってしまう。
<Effect>
First, a comparative example will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The comparative example is an example in the case where the
一方、本実施例の気相成長装置1は、図5および図6に示すように、リングプレート12を備えている。リングプレート12の位置は、シャワーヘッド50に対して固定されている。従って、GaN結晶層19の厚さの増加に応じて基板ホルダ11を上方に移動させる場合においても、リングプレート12の下面12aとシャワーヘッド50の表面との距離D7を一定にすることができる。その結果、リングプレート12の第1の効果として、GaN結晶層19を長時間成長(すなわち厚膜成長)させる場合においても、厚さ方向に均質な結晶が得られることを、本発明者らは見出した。これは、基板ホルダ11を上昇させていく場合においても、リングプレート12によって、基板外周部における第1および第2原料ガスの流れを一定に維持することが可能であるためと考えられる。すなわち、GaN結晶層19の成長中においても、図5および図6に示すガス流れY20を同一にすることができるためと考えられる。
On the other hand, the vapor
またリングプレート12の第2の効果として、GaN結晶層19の外周部の端面19bを、基板13の表面に対して垂直にすることができることを、本発明者らは見出した。これは、GaN結晶層19の表面19aに対して、リングプレート12の下面12aが所定距離PDだけシャワーヘッド50側に突出させた状態を形成することができるためと考えられる(図5および図6参照)。具体的に説明する。リングプレート12の下面12aを突出させることにより、リングプレート12とGaN結晶層19との境界近傍の領域R1に、ガス流れの滞留を形成することができる。この滞留したガスの一部が、壁面に沿った垂直な結晶面(例えばm面({1-100}面)やa面({11-20}面))の形成に寄与しているものと考えられる。これにより、成長したGaN結晶層端面19bに酸素原子が取り込まれ、GaN結晶層19にクラックが入ってしまう事態を防止することが可能となる。また、GaN結晶層19から複数枚のウェハを切り出す際に、一定面積のウェハを切り出すことが可能となる。
Further, as a second effect of the
図9に、実施例2に係る気相成長装置201を側面から見た概略断面図を示す。実施例2に係る気相成長装置201は、実施例1に係る気相成長装置1に対して、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給方向を上向きから横向きに変更するとともに、基板表面の向きを下向きから上向きに変更した構成を備えている。実施例2の気相成長装置201の基本的な構成は、実施例1の気相成長装置1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
気相成長装置201は、反応容器210、基板ホルダ211、リングプレート212、第1原料ガス供給管221、第2原料ガス供給管222、ガス排気管271、を備えている。基板ホルダ211は、ホルダ本体211bおよび支持部211cを備えている。基板ホルダ211の上面には、基板保持面211aが備えられている。基板保持面211aには、基板213が保持されている。
The gas
基板ホルダ211の上側には、リングプレート212が配置されている。リングプレート212の上面212aは、基板保持面211aに対応した面である。本実施例では、上面212aは、基板保持面211aと平行な平面である。リングプレート212は、基板213に対応した孔部212bを備えている。
A
基板ホルダ211の下部には、回転軸214を介してアクチュエータ215が接続されている。基板ホルダ211は、基板保持面211aに対して垂直な中心軸A2に沿って上下方向(図9のz方向)に移動させることが可能である。
An
反応容器210には、第1原料ガスG1を供給する第1原料ガス供給管221、および、第2原料ガスG2を供給する第2原料ガス供給管222が接続されている。第2原料ガス供給管222の内部には、第1原料ガス供給管221が配置されている。第1原料ガス供給管221の経路上には、第1原料ガス生成部241が配置されている。第1原料ガス生成部241の内部には、金属ガリウム243が格納されている。第1原料ガス供給管221の入口にはHClガスが供給され、ガス供給口からは第1原料ガスG1が排出される。第2原料ガス供給管222の入口には第2原料ガスG2が供給され、ガス供給口からは第2原料ガスG2が排出される。反応容器210には、ガス排気管271が接続されている。GaNの気相成長に使用された原料ガスは、ガス排気管271を介してベントラインへ排出される。
A first raw material
反応容器210の外周には、基板ホルダ211を取り囲むようにヒータ231が配置されている。ヒータ231は、ホットウォール方式により基板213を加熱する装置である。これにより、基板213をGaN結晶成長に十分な温度(1050±50℃)に維持することができる。また反応容器210内壁への副生成物の析出を抑制することができる。第2原料ガス供給管222の外側には、第1原料ガス生成部241を取り囲むようにヒータ233が配置されている。これにより、GaClを発生させるために、第1原料ガス生成部241を750℃以上に維持することができる。
A
<効果>
実施例2の気相成長装置201は、リングプレート212を備えている。リングプレート212は、反応容器210内に固定されている。従って、基板ホルダ211の下降速度と、基板213上に成長するGaN結晶層の成長速度とを同等に設定することにより、リングプレート212の上面212aとGaN結晶層の表面との距離を一定にすることができる。その結果、基板ホルダ211を下降させていく場合においても、基板外周部における第1および第2原料ガスの流れを一定に維持することが可能となる。厚さ方向に均質なGaN結晶層19を成長させることができる。またGaN結晶層の表面外周部の領域に、ガス流れの滞留を発生させることができる。これにより、成長したGaN結晶層の外周部の端面を、基板213の表面に対して垂直にすることが可能となる。よって、成長したGaN結晶層にクラックが入ってしまう事態を防止することができる。
<Effect>
The vapor
図10に、実施例3に係る気相成長装置301を側面から見た概略断面図を示す。実施例3に係る気相成長装置301は、実施例2に係る気相成長装置201に対して、第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の位置を、基板右側から基板上方側へ移動させた構成を備えている。また、ガス排気管271の位置を、基板左側から基板下方側へ移動させた構成を備えている。実施例2の気相成長装置201と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。
FIG. 10 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
実施例3の気相成長装置301においても、基板ホルダ211の下降速度と、基板213上に成長するGaN結晶層の成長速度とを同等に設定することにより、リングプレート212の上面212aとGaN結晶層の表面との距離を一定にすることができる。基板外周部における第1および第2原料ガスの流れを一定に維持することができるため、厚さ方向に均質なGaN結晶層を成長させることができる。また、GaN結晶層の表面外周部の領域にガス流れの滞留を発生させることができるため、成長したGaN結晶層の外周部の端面を、基板213の表面に対して垂直にすることが可能となる。
Also in the gas
<変形例>
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
<Modification example>
Although the examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above.
図2で説明したリングプレート12の下面12aは、平面に限られない。曲面であってもよいし、一部が平面であってもよい。また下面12aが平面部を備える場合には、その平面部が基板保持面11aに対して傾きを有していてもよい。図9および図10のリングプレート212の上面212aについても同様である。
The
基板13の形状は円形に限られない。正方形や六角形などの形状の基板も使用可能である。
The shape of the
リングプレート12や212は円形に限られず、多角形や矩形等の形状でもよい。またリングプレート12や212は、実質的にリング形状であればよく、完全に閉じた形状である必要はない。例えば、C字型の形状であってもよい。
The
図2において、距離D2が距離D1以上である場合を説明したが、この形態に限られない。例えば、距離D2が距離D1よりも小さくてもよい。これにより、GaN結晶層19の表面がリングプレート12の上面に到達するまでの初期期間(すなわちリングプレート12が機能し始めるまでの期間)に結晶径が縮小した場合においても、縮小後の結晶径にリングプレート12の孔部12bの内径を対応させることが可能となる。
In FIG. 2, the case where the distance D2 is equal to or greater than the distance D1 has been described, but the present invention is not limited to this form. For example, the distance D2 may be smaller than the distance D1. As a result, even when the crystal diameter is reduced in the initial period until the surface of the
種基板の表面が+c面である場合を説明したが、この形態に限られない。様々な面を種基板の表面として使用可能である。 The case where the surface of the seed substrate is the + c surface has been described, but the present invention is not limited to this form. Various surfaces can be used as the surface of the seed substrate.
結晶表面に垂直な端面の形成例としてm面({1-100}面)やa面({11-20}面)である場合を説明したが、この形態に限られない。様々な結晶面や中間的な表面形態を使用可能である。 As an example of forming the end face perpendicular to the crystal surface, the case of the m-plane ({1-100} plane) and the a-plane ({11-20} plane) has been described, but the present invention is not limited to this form. Various crystal planes and intermediate surface morphologies can be used.
NH3を触媒効果によって分解可能な金属の一例として、タングステンを説明したが、この材料に限られない。タングステンの酸化物(WOx)、タングステンの炭化物(WCx)、タングステンの窒化物(WNx)、なども使用可能である。またタングステンを含む金属(タングステン合金)、および、それらの酸化物、炭化物、窒化物も使用可能である。またルテニウム、イリジウム、白金、モリブデン、パラジウム、ロジウム、鉄、ニッケル、レニウム、などの他金属も使用可能である。また、これらの金属の酸化物、炭化物、窒化物や、これらの金属を含んだ合金なども使用可能である。 Tungsten has been described as an example of a metal in which NH 3 can be decomposed by a catalytic effect, but the material is not limited to this material. Tungsten oxide (WOx), tungsten carbide (WCx), tungsten nitride (WNx), and the like can also be used. Further, metals containing tungsten (tungsten alloy) and their oxides, carbides and nitrides can also be used. Other metals such as ruthenium, iridium, platinum, molybdenum, palladium, rhodium, iron, nickel and rhenium can also be used. Further, oxides, carbides and nitrides of these metals, alloys containing these metals and the like can also be used.
GaN結晶成長に十分な温度を1050±50℃と説明した。また、GaClの発生に必要な温度を、750℃以上と説明した。しかし、これらの温度は例示である。例えば、GaN結晶成長に十分な温度は、1050℃±100℃の範囲であってもよい。 The temperature sufficient for GaN crystal growth was described as 1050 ± 50 ° C. Further, it was explained that the temperature required for the generation of GaCl was 750 ° C. or higher. However, these temperatures are exemplary. For example, the temperature sufficient for GaN crystal growth may be in the range of 1050 ° C ± 100 ° C.
本明細書で説明している、第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の数や配置は一例であり、この形態に限られない。 The number and arrangement of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe described in the present specification are examples, and are not limited to this form.
本明細書に記載の技術は、HVPE法に限らず、様々な成長法に対して適用することが可能である。例えば、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法に適用することができる。この場合、第1原料ガスG1としてトリメチルガリウム(Ga(CH3)3))等を使用すればよい。 The technique described herein can be applied not only to the HVPE method but also to various growth methods. For example, it can be applied to the MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method. In this case, trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 )) or the like may be used as the first raw material gas G1.
本明細書に記載の技術は、GaNに限らず、様々な化合物半導体の結晶成長に適用することが可能である。例えば、GaAs結晶の成長に適用することができる。この場合、第2原料ガスG2としてアルシン(AsH5)を使用すればよい。 The technique described in the present specification can be applied not only to GaN but also to crystal growth of various compound semiconductors. For example, it can be applied to the growth of GaAs crystals. In this case, arsine (AsH 5 ) may be used as the second raw material gas G2.
第1原料ガスG1、第2原料ガスG2は、H2やN2などのキャリアガスと共に流してもよい。 The first raw material gas G1 and the second raw material gas G2 may be flown together with a carrier gas such as H2 or N2 .
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
リングプレート12は、リング部の一例である。下面は、第1面の一例である。上面は、第2面の一例である。
The
1:気相成長装置 10:反応容器 11:基板ホルダ 12、212:リングプレート 15:アクチュエータ 17、18、53:所定金属 21、221:第1原料ガス供給管 22、222:第2原料ガス供給管 41、241:第1原料ガス生成部 50:シャワーヘッド
1: Gas phase growth device 10: Reaction vessel 11:
Claims (9)
前記反応容器内に配置されており、第1面に基板を保持する基板保持面を備えた基板ホルダと、
前記基板保持面に保持された基板に対応した孔部を備えたリング部と、
第1原料ガスおよび前記第1原料ガスと反応する第2原料ガスを前記反応容器内に供給する原料ガス供給管であって、前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスは前記基板の表面に化合物半導体の結晶を成長させる原料ガスである、前記原料ガス供給管と、
前記基板ホルダと前記リング部との少なくとも一方を、前記基板保持面に対して垂直な軸線に沿って移動させるアクチュエータであって、前記基板に成長する前記化合物半導体の結晶の表面と前記リング部の表面との距離を一定に維持する前記アクチュエータと、
を備え、
前記リング部の表面が、前記第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な所定金属で覆われており、
前記第2原料ガスは、前記触媒効果によって分解されることで活性水素を発生するガスである、化合物半導体の気相成長装置。 With the reaction vessel,
A substrate holder arranged in the reaction vessel and having a substrate holding surface for holding the substrate on the first surface, and a substrate holder.
A ring portion having a hole corresponding to the substrate held on the substrate holding surface, and a ring portion.
A raw material gas supply pipe that supplies a first raw material gas and a second raw material gas that reacts with the first raw material gas into the reaction vessel, and the first raw material gas and the second raw material gas are on the surface of the substrate. The raw material gas supply pipe, which is the raw material gas for growing the crystals of the compound semiconductor,
An actuator that moves at least one of the substrate holder and the ring portion along an axis perpendicular to the substrate holding surface, the surface of the crystal of the compound semiconductor growing on the substrate and the ring portion. The actuator that maintains a constant distance from the surface,
Equipped with
The surface of the ring portion is covered with a predetermined metal capable of decomposing the second raw material gas by a catalytic effect.
The second raw material gas is a gas phase growth apparatus for compound semiconductors, which is a gas that generates active hydrogen by being decomposed by the catalytic effect .
前記基板ホルダの移動速度は前記化合物半導体の結晶の厚さ方向の成長速度と同等である、請求項1または2に記載の気相成長装置。 The actuator moves the substrate holder to the second surface side opposite to the first surface.
The vapor phase growth apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the moving speed of the substrate holder is equivalent to the growth rate in the thickness direction of the crystal of the compound semiconductor.
前記アクチュエータは、前記基板に成長する前記化合物半導体の結晶の表面と前記ガス供給口との距離を一定に維持するように、前記基板ホルダを移動させる、
請求項1~5の何れか1項に記載の気相成長装置。 The gas supply port of the raw material gas supply pipe is arranged at a position facing the substrate holding surface.
The actuator moves the substrate holder so as to maintain a constant distance between the surface of the crystal of the compound semiconductor growing on the substrate and the gas supply port.
The vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記第2原料ガスはNH3を含むガスである、請求項1~6の何れか1項に記載の気相成長装置。 The first raw material gas is a gas containing GaCl, and is a gas containing GaCl.
The vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the second raw material gas is a gas containing NH 3 .
第1原料ガスおよび前記第1原料ガスと反応する第2原料ガスを前記反応容器内に供給する原料ガス供給工程であって、前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスは前記基板の表面に化合物半導体の結晶を成長させる原料ガスである、前記原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の実行中において、前記基板に対応した孔部を備えたリング部を、前記基板に対して垂直な軸線に沿って前記基板と相対移動させる移動工程と、
を備え、
前記リング部の表面が、前記第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な所定金属で覆われており、
前記第2原料ガスは、前記触媒効果によって分解されることで活性水素を発生するガスであり、
前記移動工程は、前記基板に成長する前記化合物半導体の結晶の表面と前記リング部の表面との前記軸線方向の距離を、一定に維持するように行われる、化合物半導体の気相成長方法。 The process of arranging the substrate in the reaction vessel and
A raw material gas supply step of supplying a first raw material gas and a second raw material gas that reacts with the first raw material gas into the reaction vessel, wherein the first raw material gas and the second raw material gas are on the surface of the substrate. The raw material gas supply process, which is the raw material gas for growing the crystals of the compound semiconductor,
During the execution of the raw material gas supply step, a moving step of moving the ring portion having a hole corresponding to the substrate relative to the substrate along an axis perpendicular to the substrate.
Equipped with
The surface of the ring portion is covered with a predetermined metal capable of decomposing the second raw material gas by a catalytic effect.
The second raw material gas is a gas that generates active hydrogen by being decomposed by the catalytic effect.
The moving step is a method for growing a gas phase of a compound semiconductor, which is performed so as to maintain a constant distance between the surface of the crystal of the compound semiconductor growing on the substrate and the surface of the ring portion in the axial direction.
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