KR102072704B1 - 기상 성장 방법 - Google Patents

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Abstract

반응실 내에 설치된 지지부(7)에 기판 W를 적재하고, 상기 기판의 중심을 통과하는 회전축 A를 중심으로 1300rpm 이상 2000rpm 이하의 회전 속도로 지지부(7)와 함께 기판 W를 회전시키면서, 반응실 상방으로부터 기판 W 위에 유기 금속을 함유하는 원료 가스를 공급하고, 기판 W 위에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층을 성장시킨다.

Description

기상 성장 방법{VAPOR DEPOSITION METHOD}
본 발명은, 기상 성장 방법에 관한 것이다.
최근, 파워 반도체 디바이스 등의 용도로, 고내압, 초저 ON 저항이 기대되는 GaN계 HEMT(High Electron Mobility Transistor)의 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 GaN계 디바이스에 있어서, 예를 들어 AlGaN/GaN 헤테로 구조가 사용되고, 이들 층의 형성에는, MOCVD법(유기 금속 기상 성장법)이 이용된다.
AlGaN층의 형성에 있어서, Si 등의 웨이퍼가 적재된 챔버 내에, 원료 가스로서, 트리메틸알루미늄(TMA) 가스와, 트리메틸갈륨(TMG) 가스와, 암모니아를 포함하는 가스를 공급한다. 그리고, 공급된 원료 가스를 가열된 웨이퍼 위에서 반응시킴으로써, 웨이퍼 위에 AlGaN층을 성장시킨다.
그러나, 종래의 MOCVD법에서는, 트리메틸알루미늄과 암모니아가 웨이퍼에 도달하기 전에 기상 중에서 반응해버리기 때문에, 웨이퍼 면내에서의 AlGaN층의 두께나, Al 농도의 균일성(이하, '면내 균일성'이라고도 함)을 확보하는 것이 곤란하다는 등의 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, Ⅲ-Ⅴ족 반도체층의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 기상 성장 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태인 기상 성장 방법은, 반응실 내에 설치된 지지부에 기판을 적재하고, 기판의 중심을 통과하는 회전축을 중심으로 1300rpm 이상 2000rpm 이하의 회전 속도로 지지부와 함께 기판을 회전시키면서, 반응실 상방으로부터 기판 위에 유기 금속을 함유하는 원료 가스를 공급하고, 기판 위에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층을 성장시킨다.
도 1은, 본 실시 형태의 기상 성장 방법에 적용 가능한 기상 성장 장치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는, 도 1의 기상 성장 장치의 단면도이다.
도 3은, 기상 성장 방법의 제1 실험예를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 기상 성장 방법의 제2 실험예를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 기상 성장 방법의 제3 실험예를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 형태를 설명한다. 실시 형태는, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(기상 성장 장치(1))
도 1은, 본 실시 형태의 기상 성장 방법에 적용 가능한 기상 성장 장치(1)의 일례를 나타내는 평면도이다. 도 1의 기상 성장 장치(1)는, MOCVD법을 이용하는 낱장형의 에피택셜 성장 장치이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기상 성장 장치(1)는, 반응실의 일례인 4개의 챔버(2A 내지 2D)와, 카세트실(3)과, 반송실(4)을 구비한다.
챔버(2A 내지 2D)는, 대기압 미만의 압력하에서, 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 처리한다. 챔버(2A 내지 2D)는, 반송실(4)의 반송 방향 d를 따라 직선형상으로 배치되어 있다. 복수의 챔버(2A 내지 2D)를 가짐으로써, 기상 성장 장치(1)는, 복수 매의 웨이퍼(W)를 효율적으로 처리할 수 있다.
카세트실(3)은, 복수 매의 웨이퍼(W)를 유지하는 카세트(31)를 적재 가능한 적재대(32)를 갖는다. 카세트(31)는, 예를 들어 수지 또는 알루미늄으로 구성되어 있다. 카세트실(3)에는, 게이트 밸브(33)가 설치되어 있다. 게이트 밸브(33)를 통해 외부로부터 카세트실(3) 내에 카세트(31)를 반입할 수 있다. 카세트실(3) 내는, 게이트 밸브(33)를 폐쇄한 상태에서 진공 펌프(도시생략)에 의해 대기압 미만의 압력으로 감압할 수 있다.
반송실(4)은, 카세트실(3)과 챔버(2A 내지 2D)의 사이에 설치되어 있다. 반송실(4)에서는, 대기압 미만의 압력하에서, 카세트실(3)과 챔버(2A 내지 2D)의 사이에서 반송 방향 d로 웨이퍼(W)가 반송된다. 구체적으로는, 에피택셜 성장 전의 웨이퍼(W)가 카세트실(3)로부터 챔버(2A 내지 2D)로 반송되고, 에피택셜 성장 후의 웨이퍼(W)가 챔버(2A 내지 2D)로부터 카세트실(3)로 반송된다. 반송실(4)의 내부에는, 로봇 아암(41)과, 적재대(42)가 설치되어 있다. 로봇 아암(41)은, 카세트실(3) 또는 챔버(2A 내지 2D)의 사이에서, 웨이퍼(W)를 전달 가능하다. 적재대(42)는, 웨이퍼(W) 및 로봇 아암(41)을 탑재한 상태에서 반송 방향 d로 이동 가능하다. 따라서, 카세트실(3)로부터 에피택셜 성장 전의 웨이퍼(W)를 수취한 로봇 아암(41)을 적재대(42)에서 챔버(2A 내지 2D)까지 이동시켜, 로봇 아암(41)이 유지하는 웨이퍼(W)를 챔버(2A 내지 2D) 내로 반입할 수 있다. 또한, 챔버(2A 내지 2D)로부터 에피택셜 성장 후의 웨이퍼(W)를 수취한 로봇 아암(41)을 적재대(42)에서 카세트실(3)까지 이동시켜, 로봇 아암(41)이 유지하는 웨이퍼(W)를 카세트실(3) 내로 회수할 수 있다.
카세트실(3)과 반송실(4)의 사이 및 반송실(4)과 챔버(2A 내지 2D)의 사이에는, 개폐 가능한 게이트 밸브(43A 내지 43E)가 설치되어 있다. 게이트 밸브(43A)를 개방함으로써, 카세트실(3)과 반송실(4)의 사이에서 웨이퍼(W)를 이동할 수 있다. 또한, 게이트 밸브(43B 내지 43E)를 개방함으로써, 반송실(4)과 챔버(2A 내지 2D)의 사이에서 웨이퍼(W)를 이동할 수 있다.
도 2는, 도 1의 기상 성장 장치(1)의 단면도이다. 도 2는, 도 1의 기상 성장 장치(1)의 개개의 챔버(2A 내지 2D)의 내부의 구성을, 챔버(2A 내지 2D)의 상류 및 하류의 가스 유로와 함께 나타내고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기상 성장 장치(1)는, 상기 구성에 추가하여, 가스 공급부(5)와, 샤워 헤드(6)와, 지지부의 일례인 서셉터(7)와, 회전부(8)와, 회전 기구(9)와, 히터(10)와, 가스 배출부(11)와, 배기 기구(12)를 더 구비한다.
가스 공급부(5)는, 가스의 상류측에 있어서 챔버(2A 내지 2D)에 접속되어 있다. 가스 공급부(5)는, 복수의 저류부(5a)와, 복수의 가스관(5b)과, 복수의 가스 밸브(5c)를 갖는다. 저류부(5a)는, 가스 또는 가스의 액체 전구체를 개별로 저류한다. 웨이퍼(W) 위에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층을 성장시킬 때, 각 저류부(5a)에는, Ⅲ-Ⅴ족 반도체층의 원료 가스 또는 그 액체 전구체가 저류된다. 예를 들어, Ⅲ-Ⅴ족 반도체층으로서 AlGaN층을 성장시키는 경우, 각 저류부(5a)에는, 액체의 트리메틸알루미늄과, 액체의 트리메틸갈륨과, 암모니아가 각각 저류된다.
저류부(5a)에 저류된 트리메틸알루미늄은, 수소 등의 캐리어 가스로 버블링 즉 기화됨으로써, Ⅲ족 원료 가스의 일례로서, 트리메틸알루미늄을 함유하는 제1 원료 가스(이하, 'TMA 가스'라고도 함)로 된다. 또한, 저류부(5a)에 저류된 트리메틸갈륨은, 수소 등의 캐리어 가스로 버블링됨으로써, Ⅲ족 원료 가스의 일례로서, 트리메틸갈륨을 함유하는 제2 원료 가스(이하, 'TMG 가스'라고도 함)로 된다. AlGaN층을 성장시킬 때에는, 챔버(2A 내지 2D)에 대해, TMA 가스 및 TGA 가스의 공급과 함께 제3 원료 가스 즉 Ⅴ족 원료 가스의 일례인 암모니아 가스의 공급이 행해진다.
복수의 가스관(5b)은, 복수의 저류부(5a)의 각각과 가스 도입부(6a)를 접속한다. 복수의 가스 밸브(5c)는, 복수의 가스관(5b)의 각각에 설치되어 있다. 가스 밸브(5c)는, 대응하는 가스관(5b)을 흐르는 가스의 유량을 조정 가능하다. 실제의 배관은, 복수의 가스관을 결합하거나, 1개의 가스관을 복수의 가스관으로 분기하거나, 가스관의 분기나 결합을 조합하는 등의 복수의 구성을 취할 수 있다.
가스 도입부(6a)는, 챔버(2A 내지 2D)의 상부에 설치된 샤워 헤드(6)와 접속되어 있다. 샤워 헤드(6)는, 그 저면측에 샤워 플레이트(61)를 갖는다. 샤워 플레이트(61)에는, 복수의 가스 분출구(62)가 설치되어 있다. 샤워 플레이트(61)는, 스테인리스강이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료를 사용해서 구성할 수 있다. 샤워 헤드(6) 내에는, 복수의 가스관(5b)의 각각으로부터 공급된 복수의 가스가 도입된다. 도입된 복수의 가스는, 샤워 헤드(6) 내에서 혼합된 후, 샤워 플레이트(61)의 가스 분출구(62)를 통해 챔버(2A 내지 2D) 내에 공급된다. 또한, 샤워 플레이트(61)에 가로 방향의 가스 유로를 복수 설치하고, 복수 종류의 가스를 분리한 채 챔버(2A 내지 2D) 내의 웨이퍼(W)에 공급해도 된다.
서셉터(7)는, 챔버(2A 내지 2D) 내에서 웨이퍼(W)를 수평으로 지지한다. 서셉터(7)는, 회전 기구(9)의 상부에 설치되어 있으며, 서셉터(7)의 내주측에 설치된 거치 자리부(7a) 내에 웨이퍼(W)를 적재하여 지지한다. 또한, 도 2의 예에서는, 서셉터(7)는, 그 중앙에 개구부를 갖는 환상 형상이지만, 개구부가 없는 대략 평판 형상이어도 된다. 또한, 도 2의 예에서는, 서셉터(7)는, 1매의 웨이퍼(W)를 지지하고 있지만, 4매 등 복수 매의 웨이퍼(W)를 지지해도 된다.
회전부(8)는, 챔버(2A 내지 2D) 내에서 서셉터(7)를 유지하면서, 연직 방향의 회전축 A를 중심으로 회전한다. 회전축 A는, 서셉터(7)의 중심 및 웨이퍼(W)의 중심을 통과한다. 회전부(8)가 회전함으로써, 회전부(8)에 유지된 서셉터(7)는, 서셉터(7)에 지지된 웨이퍼(W)와 함께 회전축 A를 중심으로 회전한다.
회전 기구(9)는, 회전부(8)를 회전 구동한다. 회전 기구(9)는, 예를 들어 모터 등의 구동원과, 구동원을 제어하는 제어부와, 구동원의 구동력을 회전부(8)에 전달하는 타이밍 벨트나 기어 등의 전달 부재를 갖는다. 회전 기구(9)는, 소정의 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
후술하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층의 형성 시에는, 면내 균일성을 향상시키기 위해서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1300rpm 이상 2000rpm 이하로 제어한다.
히터(10)는, 서셉터(7) 및 웨이퍼(W)를 하방으로부터 가열한다. 히터(10)의 구체적인 가열 방식은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 저항 가열, 램프 가열 또는 유도 가열 등이어도 된다.
가스 배출부(11)는, 반응 후의 원료 가스를 챔버(2A 내지 2D)의 내부로부터 외부로 배출한다.
배기 기구(12)는, 배기 밸브(12a)와 진공 펌프(12b)의 작용에 의해, 가스 배출부(11)를 통해 챔버(2A 내지 2D) 내를 원하는 압력으로 제어한다.
(기상 성장 방법)
다음으로, 이상과 같이 구성된 낱장식의 기상 성장 장치(1)를 사용한 기상 성장 방법 즉 성막 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 기상 성장 방법에서는, MOCVD법에 의해, Ⅲ-Ⅴ족 반도체층으로서 AlGaN층을 성장시킨다. 또한, 이하의 설명에 있어서, AlN층 등의 HEMT에 있어서의 AlGaN층 이외의 반도체층의 프로세스에 대해서는 설명을 생략한다.
우선, 반송실(4)의 로봇 아암(41) 및 적재대(42)는, 게이트 밸브(43A 내지 43E)를 통해 카세트실(3)로부터 챔버(2A 내지 2D)까지 웨이퍼(W)를 반송한다. 그리고, 로봇 아암(41)은, 반송된 웨이퍼(W)를 서셉터(7)에 적재한다.
챔버(2A 내지 2D)에는, 가스 도입부(6a)로부터 샤워 헤드(6), 가스 분출구(62)를 통해 H2, N2, Ar 등의 불활성 가스가 소정의 유량으로 공급되어 있으며, 서셉터(7)에 웨이퍼(W)를 적재한 후, 게이트 밸브(43A 내지 43E)를 폐쇄한다. 그리고, 배기 기구(12)가, 가스 배출부(11)를 통해 챔버(2A 내지 2D) 내를 배기하여, 챔버(2A 내지 2D) 내의 압력을 원하는 압력으로 조정한다.
히터(10)에 의해 웨이퍼(W)를 에피택셜 성장 온도, 예를 들어 1000℃ 이상 또한 1100℃ 이하의 온도로 가열한다.
회전 기구(9)는, 회전부(8) 및 서셉터(7)를 통해 회전축 A를 중심으로 웨이퍼(W)를 소정의 회전 속도로 회전시킨다.
웨이퍼(W)를 회전시킨 상태에서, 가스 공급부(5)는, 챔버(2A 내지 2D) 내에, TMA 가스와, TMG 가스를, 암모니아 가스와 함께 공급한다.
가스 공급부(5)로부터 공급된 TMA 가스와, TMG 가스와, 암모니아 가스는, 챔버(2A 내지 2D)의 상부에 설치된 샤워 헤드(6)에 도입되고, 샤워 헤드(6) 내에서 혼합된다. 그리고, 혼합된 TMA 가스, TMG 가스 및 암모니아 가스는, 샤워 플레이트(61)의 가스 분출구(62)로부터 웨이퍼(W)를 향해 토출된다.
이와 같이 하여, 웨이퍼(W) 위에 소정 유량으로 원료 가스를 공급하면서, 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열하고, 소정의 회전 속도로 회전시킴으로써, 웨이퍼(W) 위에 AlGaN층이 형성된다.
여기서, 웨이퍼(W)면 위에서 기상 반응이 발생하는 두께 방향의 영역을 경계층이라 한다. 웨이퍼(W)의 회전 속도가 저속인 경우, 웨이퍼(W) 위에는, 두꺼운 불균일한 경계층이 형성된다고 생각된다. 경계층이 두꺼우면, 웨이퍼(W)에 도달하기 전에, 경계층에 있어서의 원료 가스의 기상 반응이 발생해 버린다. 따라서, 성장 속도는 저하된다. 또한, AlGaN층을 형성하기 위해서는, 비교적 기상 반응하기 쉬운 TMA 가스와, 기상 반응하기 어려운 TMG 가스를 동시에 흘리고, 암모니아 가스와 반응시켜 성막하기 때문에, 경계층 내에서의 가스의 거동에 의해 TMA와 암모니아가 우선적으로 반응하고, 파티클로 되어, AlGaN층의 성장에 기여하지 않고 배기된다. 이와 같이 기상 반응에 분포가 발생해 버리기 때문에, 막 두께뿐만 아니라, Al의 면내 분포도 저하되어 버린다. 특히, 가스를 샤워 헤드(6) 내에서 혼합하여 챔버(2A 내지 2D) 내에 공급하는 경우, 보다 기상 반응이 진행되기 쉬워진다.
이에 반하여, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)를 1300rpm 이상의 회전 속도로 고속 회전시킨다. 이 고속 회전과, 샤워 플레이트(61)로부터 웨이퍼(W)를 향해 강하하는 원료 가스의 흐름의 조합에 의해, 웨이퍼(W) 위에 두께가 얇고 또한 균일한 경계층을 형성할 수 있다.
여기서, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 1300rpm보다 저속인 경우, AlGaN층의 면내 균일성을 확보하는 것이 곤란해진다. 한편, 2000rpm보다 고속이면, 웨이퍼(W)나 회전 기구(9)의 미소한 얼라인먼트 어긋남 등에 기인하는 진동, 어긋남, 비산 등이 발생하여, 안정된 성막이 곤란해진다.
따라서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1300rpm 이상 2000rpm 이하로 함으로써, 안정적으로 AlGaN층의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 회전 속도를 1300rpm 이상 2000rpm 이하로 함으로써, AlGaN층의 막 두께의 면내 균일성뿐만 아니라, 웨이퍼 면내에 있어서의 Al 조성의 균일성도 향상시킬 수 있다. 웨이퍼(W)의 회전 속도는, 1500rpm 이상인 것이 바람직하고, 1500rpm 이상 1700rpm 이하인 것이 보다 바람직하다.
두께가 얇은 균일한 경계층을 형성함으로써, 웨이퍼(W)에 도달하기 전에 원료 가스의 기상 반응이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 얇은 경계층은, 웨이퍼(W)의 표면에 원료 가스를 도입하기 쉽고, 웨이퍼(W)의 표면에서의 균일한 기상 반응을 촉진할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 고속 회전에 의한 원심력에 의해, 웨이퍼(W) 위의 파티클을 웨이퍼(W) 위로부터 효율적으로 배출시킬 수 있다. 즉, 챔버(2A 내지 2D)의 상방으로부터 웨이퍼(W) 위에 공급된 원료 가스는, 웨이퍼(W) 위에서 경계층을 형성하고, 웨이퍼(W)의 외주로부터 배출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에, 높은 면내 균일성으로 AlGaN층을 성장시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 기상 성장 방법에서는, 낱장식의 기상 성장 장치(1)를 사용하고 있으므로, 뱃치식의 기상 성장 장치를 사용하는 경우와 비교하여 안정된 가스 흐름을 얻을 수 있어, AlGaN층을 안정적으로 에피택셜 성장시킬 수 있다.
또한, AlGaN층의 하지는, AlGaN층을 에피택셜 성장시키는 것이 가능한 구조이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 웨이퍼(W)의 일례인 AIN 기판 위에 형성된 AlN 버퍼층 등이어도 된다.
본 실시 형태의 기상 성장 방법은, AlN층, GaN층, InGaN층, pGaN층 등의 AlGaN층 이외의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층의 성장에도 유효하게 적용할 수 있다.
(실험예)
다음으로, 기상 성장 방법의 실험예에 대하여 설명한다.
도 3은, 기상 성장 방법의 제1 실험예를 나타내는 그래프이다. 제1 실험예에서는, 웨이퍼(W)의 회전 속도로서, 800rmp, 1000rmp, 1200rmp, 1500rmp의 4종류를 채용하고, 각 회전 속도하에서, MOCVD법에 의해 웨이퍼(W) 위에 AlGaN층을 에피택셜 성장시켰다. 또한, 히터(10)에 의한 웨이퍼(W)의 가열 온도는, 1060℃로 하였다. 그리고, 각 회전 속도의 각각의 하에서 성장한 AlGaN층의 두께를, 웨이퍼(W)의 중심 위치, 중심으로부터 20㎜의 위치, 중심으로부터 40㎜의 위치, 중심으로부터 60㎜의 위치 및 중심으로부터 80㎜의 위치의 각각에 있어서 측정하였다. AlGaN층의 두께 및 조성의 측정에는, X선 회절 장치를 사용하였다. 그리고, AlGaN층의 두께의 측정 결과를 도 3과 같이 그래프화하였다. 도 3에 있어서, 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은, 웨이퍼(W)의 중심에 있어서의 AlGaN층의 두께를 1로서 정규화한 각 측정 위치에 있어서의 AlGaN층의 두께를 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 800rpm, 1000rpm 및 1200rpm인 경우에는, AlGaN층의 두께의 최댓값 max와 최솟값 min의 비(이하, 'min/max'라고도 함)가 0.96을 하회하였다. 예를 들어, 양호한 HEMT 특성을 얻기 위해서 AlGaN층의 면내 균일성을, min/max가 0.96 이상인 것이 바람직하지만, 800rpm, 1000rpm, 1200rpm에서는 만족할 수 없었다. 이에 반하여, 웨이퍼(W)의 회전 속도 1500rpm에서는, min/max를 0.96보다 크게 할 수 있어, 1300rpm 정도로 만족할 수 있음을 추정할 수 있다.
따라서, 제1 실험예에 의하면, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1300rpm 이상으로 함으로써 AlGaN층의 면내 균일성을 만족할 수 있는 레벨로 향상시킬 수 있음이 실증되었다.
또한, 제1 실험예에 의하면, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1500rpm 이상으로 함으로써 AlGaN층의 면내 균일성을 더 효과적으로 향상시킬 수 있음이 실증되었다.
도 4는, 기상 성장 방법의 제2 실험예를 나타내는 그래프이다. 제2 실험예에서는, 도 1의 기상 성장 장치(1)의 4개의 챔버(2A 내지 2D)의 각각에 있어서, 웨이퍼(W)를 1700rpm으로 회전시키면서, MOCVD에 의해 웨이퍼(W) 위에 AlGaN층을 에피택셜 성장시켰다. 또한, 히터(10)에 의한 웨이퍼(W)의 가열 온도 Tg는 1030℃로 하였다. 그리고, 각 챔버(2A 내지 2D) 내에서 성장한 AlGaN층의 두께를, 웨이퍼(W)의 중심 위치, 중심으로부터 20㎜의 위치, 중심으로부터 40㎜의 위치, 중심으로부터 60㎜의 위치, 중심으로부터 80㎜의 위치 및 중심으로부터 90㎜의 위치의 각각에 있어서 측정하였다. 그리고, AlGaN층의 두께의 측정 결과를 도 4와 같이 그래프화하였다. 도 4에 있어서, 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은, AlGaN층의 두께를 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 4개의 챔버(2A 내지 2D) 모두, AlGaN층의 두께의 최댓값과 최솟값의 차를 1㎚ 이내로 수용할 수 있음을 알게 되었다. 이것은, 면내 균일성으로서 충분히 양호한 결과이다. 또한, 도 4의 결과는, 각 챔버(2A 내지 2D)의 면내 균일성이 양호함을 나타냄과 함께, 챔버(2A 내지 2D) 간에서의 AlGaN층의 두께의 균일성인 면간 균일성도 양호함을 나타내고 있다.
도 5는, 기상 성장 방법의 제3 실험예를 나타내는 그래프이다. 제3 실험예에서의 AlGaN층의 성장 조건은, 제2 실험예와 동일하다. 제3 실험예에서는, 각 챔버(2A 내지 2D) 내에서 에피택셜 성장한 AlGaN층 중의 Al 조성(％)을, 웨이퍼(W)의 중심 위치, 중심으로부터 20㎜의 위치, 중심으로부터 40㎜의 위치, 중심으로부터 60㎜의 위치, 중심으로부터 80㎜의 위치 및 중심으로부터 90㎜의 위치의 각각에 있어서 측정하였다.
그리고, AlGaN층 중의 Al 조성의 측정 결과를 도 5와 같이 그래프화하였다. 도 5에 있어서, 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은, AlGaN층 중의 Al 조성을 나타낸다.
도 5에 도시한 바와 같이, 4개의 챔버(2A 내지 2D) 모두, AlGaN층 중의 Al 조성을 각 측정 위치에 있어서 25％ 부근에서 균일하게 제어할 수 있음을 알게 되었다. Al 조성이 25％ 부근이라 함은, AlGaN층의 조성으로서 양호함을 나타낸다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1300rpm 이상 2000rpm 이하로 한 MOCVD법을 이용함으로써 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
전술한 실시 형태는, 예로서 제시한 것으로, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 마찬가지로, 청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.

Claims (10)

  1. 반응실 내에 설치된 지지부에 기판을 적재하고,
    알루미늄 또는 갈륨을 함유하는 Ⅲ족 원료 가스 및 N(질소)을 함유하는 Ⅴ족 원료 가스의 혼합 가스인 원료 가스를 준비하고,
    상기 기판의 중심을 통과하는 회전축을 중심으로 1300rpm 이상 2000rpm 이하의 회전 속도로 상기 지지부와 함께 상기 기판을 회전시키면서, 상기 반응실 상방으로부터 상기 기판 위에 상기 원료 가스를 공급하고, 상기 기판 위에 AlGaN층을 성장시키는 것을 포함하고,
    상기 기판의 중심으로부터 60mm까지 상기 AlGaN층의 두께의 최대값에 대한 상기 AlGaN층의 두께의 최소값의 비율은 0.96 이상인, 기상 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 중심으로부터 80mm까지 상기 AlGaN층의 두께의 최대값에 대한 상기 AlGaN층의 두께의 최소값의 비율은 0.96 이상인, 기상 성장 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 직경은 120㎜ 이상 180㎜ 이하인, 기상 성장 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는, 트리메틸알루미늄을 함유하는 제1 원료 가스와, 트리메틸갈륨을 함유하는 제2 원료 가스와, 암모니아 가스를 포함하는 제3 원료 가스를 포함하는, 기상 성장 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 회전 속도는, 1500rpm 이상 1700rpm 이하인, 기상 성장 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 Si 기판인, 기상 성장 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 회전 및 상기 기판 위로의 상기 원료 가스의 공급을 행하면서, 상기 기판을 가열하는, 기상 성장 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응실 상방으로부터 상기 기판 위에 공급된 상기 원료 가스는, 상기 기판 위에서 경계층을 형성하고, 상기 기판 외주로부터 배출되는, 기상 성장 방법.
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