气相生长装置及其控制方法转让专利
申请号 : CN201880061909.4
文献号 : CN111133133B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 新田州吾 , 本田善央 , 永松谦太郎 , 天野浩 , 藤元直树
申请人 : 国立大学法人名古屋大学 , 丰田合成株式会社
摘要 :
权利要求 :
1.一种化合物半导体的气相生长装置,其特征在于,具有:反应容器;
晶片保持器,其配置在所述反应容器内,并具有以晶片表面成为大致铅直向下的方式保持晶片的晶片保持面;
第一原料气体供给管,其向所述反应容器内供给第一原料气体,并配置在所述晶片保持面的下方侧;
第二原料气体供给管,其向所述反应容器内供给与所述第一原料气体反应的第二原料气体,并配置在所述晶片保持面的下方侧;
喷淋头,所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管的出口连接于所述喷淋头,所述喷淋头的表面配置在所述晶片保持面的下方侧并且与所述晶片保持面相向的位置;
特定气体供给部,所述特定气体供给部从所述晶片保持器上方朝向大致铅直下方对所述反应容器内供给特定气体,所述特定气体是不含氧并且不与所述第一原料气体以及所述第二原料气体反应的气体;以及排气管,其排出所述反应容器内的气体,并配置在所述晶片保持面的下方侧,所述第一原料气体供给管、所述第二原料气体供给管以及所述排气管配置为在大致铅直方向上延伸,
穿过所述晶片保持面的中心并且垂直于所述晶片保持面的轴线与所述排气管之间的距离大于所述轴线与所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管之间的距离,所述排气管的入口位于所述喷淋头的侧面,从所述喷淋头排出的所述第一原料气体以及所述第二原料气体在反应容器内朝铅直上方流动,
在所述晶片的表面用于化合物半导体的晶体生长的所述第一原料气体以及所述第二原料气体朝向所述喷淋头的侧面方向和所述晶片的下方排气,所述特定气体从所述晶片保持器的上方朝铅直下方流动,并被吸入所述排气管的入口。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置,其特征在于,还具有第一加热器,所述第一加热器配置在所述晶片保持器、所述第一原料气体供给管、所述第二原料气体供给管以及所述排气管的周围。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置,其特征在于,在所述喷淋头的表面配置有不含硅和氧的材料。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置,其特征在于,在所述喷淋头的表面配置有含钨的材料。
5.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置,其特征在于,在所述喷淋头的表面配置有向所述反应容器内供给所述第一原料气体的多个第一喷嘴以及向所述反应容器内供给所述第二原料气体的多个第二喷嘴,所述多个第一喷嘴各自具有:第一中心孔,其排出所述第一原料气体;以及第一周围孔,其配置在所述第一中心孔的周围并排出特定气体,所述多个第二喷嘴各自具有:第二中心孔,其排出所述第二原料气体;以及第二周围孔,其配置在所述第二中心孔的周围并排出所述特定气体,所述特定气体是不含氧并且不与所述第一原料气体以及所述第二原料气体反应的气体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置,其特征在于,在所述晶片保持器的表面配置有含钨的材料。
7.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,还具有第一加热部,
所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管中的至少一个的气体供给口的附近区域的表面被规定金属覆盖,所述规定金属是能够通过催化作用分解所述第二原料气体的金属,所述第一加热部将所述规定金属的表面加热到800℃以上。
8.根据权利要求7所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,还具有喷淋头,所述喷淋头配置有所述第一原料气体供给管的多个气体供给口以及第二原料气体供给管的多个气体供给口,所述喷淋头的至少所述气体供给口侧的表面被所述规定金属覆盖。
9.根据权利要求7所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,在所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管的端部配置有所述气体供给口,
在所述第一原料气体供给管的所述气体供给口侧的端部附近的区域,所述第一原料气体供给管的内壁和外壁被所述规定金属覆盖,在所述第二原料气体供给管的所述气体供给口侧的端部附近的区域,所述第二原料气体供给管的内壁以及外壁被所述规定金属覆盖。
10.根据权利要求7所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管形成一体的共用管,所述第一原料气体以及所述第二原料气体被供给到位于所述共用管的所述气体供给口的相反侧的入口,
在所述共用管中,从所述入口到所述气体供给口的整个长度的内壁被所述规定金属覆盖,
所述气相生长装置还具有第二加热部,所述第二加热部将从所述入口到所述气体供给口的整个长度的所述共用管加热到800℃以上。
11.根据权利要求7所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,所述规定金属包含:钨或含钨的金属、钨或含钨的金属的氧化物、钨或含钨的金属的碳化物、钨或含钨的金属的氮化物。
12.根据权利要求1所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,具有:
环部,其具有与保持在所述晶片保持面的晶片对应的孔部;以及致动器,其使所述晶片保持器和所述环部中的至少一个沿着垂直于所述晶片保持面的轴线移动,并将在所述晶片生长的化合物半导体的结晶的表面与所述环部的表面之间的距离维持为固定。
13.根据权利要求12所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,所述环部的表面被能够通过催化作用分解所述第二原料气体的规定金属覆盖。
14.根据权利要求13所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,所述规定金属包含:钨或含钨的金属、钨或含钨的金属的氧化物、钨或含钨的金属的碳化物、钨或含钨的金属的氮化物。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的化合物半导体的气相生长装置,其中,所述第一原料气体是含有GaCl的气体,所述第二原料气体是含有NH3的气体。
16.一种化合物半导体的气相生长装置的控制方法,其特征在于,所述化合物半导体的气相生长装置具有:
反应容器;
晶片保持器,其配置在所述反应容器内;
第一原料气体供给管,其供给第一原料气体;
第二原料气体供给管,其供给第二原料气体;
喷淋头,所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管的出口连接于所述喷淋头,所述喷淋头的表面配置在所述晶片保持面的下方侧并且与所述晶片保持面相向的位置;
特定气体供给部,其对所述反应容器内供给特定气体,所述特定气体是不含氧并且不与所述第一原料气体以及所述第二原料气体反应的气体;以及排气管,
所述排气管的入口位于所述喷淋头的侧面,所述化合物半导体的气相生长装置的控制方法具有:
使用所述晶片保持器,以晶片表面成为大致铅直向下的方式保持晶片的步骤;
使用特定气体供给部,从所述晶片保持器上方朝向大致铅直下方对所述反应容器内供给特定气体的步骤;
使用所述第一原料气体供给管,从所述晶片表面的下方侧向所述反应容器内供给第一原料气体的步骤;
使用所述第二原料气体供给管,从所述晶片表面的下方侧向所述反应容器内供给与所述第一原料气体反应的第二原料气体的步骤;
使用所述排气管,从所述晶片表面的下方侧排出所述反应容器内的气体的步骤,穿过所述晶片表面的中心并且垂直于所述晶片表面的轴线与所述排气管之间的距离大于所述轴线与所述第一原料气体供给管以及所述第二原料气体供给管之间的距离,从所述喷淋头排出的所述第一原料气体以及所述第二原料气体在反应容器内朝铅直上方流动,
在所述晶片的表面用于化合物半导体的晶体生长的所述第一原料气体以及所述第二原料气体朝向所述喷淋头的侧面方向和所述晶片的下方排气,所述特定气体从所述晶片保持器的上方朝铅直下方流动,并被吸入所述排气管的入口。
17.如权利要求16所述的化合物半导体的气相生长装置的控制方法,其中,所述第一原料气体供给管和所述第二原料气体供给管中的至少一个的气体供给口的附近区域的表面被规定金属覆盖,所述规定金属是能够通过催化作用分解所述第二原料气体的金属,所述化合物半导体的气相生长装置的控制方法还具有将所述规定金属的表面加热到
800℃以上的步骤。
18.如权利要求16所述的化合物半导体的气相生长装置的控制方法,其中,所述化合物半导体的气相生长装置还具有环部,所述环部具有与被所述晶片保持器保持的晶片对应的孔部,
所述化合物半导体的气相生长装置的控制方法还具有:使所述晶片保持器和所述环部中的至少一个沿着垂直于所述晶片表面的轴线移动的步骤,和
将在所述晶片生长的化合物半导体的结晶的表面与所述环部的表面之间的距离维持为固定的步骤。
说明书 :
气相生长装置及其控制方法
技术领域
2018‑92438号的优先权。在本说明书中通过参考而引用以上申请的全部内容。在本说明书
中,公开了涉及化合物半导体的气相生长装置的技术。
背景技术
术。
发明内容
生长过程中产生的粉尘附着在晶片表面而导致发生了异常生长。
晶片的晶片保持面;第一原料气体供给管,其配置在晶片保持面的下方侧并向反应容器内
供给第一原料气体;第二原料气体供给管,其配置在晶片保持面的下方侧并向反应容器内
供给与第一原料气体反应的第二原料气体;排气管,其配置在晶片保持面的下方侧并排出
反应容器内的气体。另外,其特征在于,第一原料气体供给管、第二原料气体供给管以及排
气管配置为在大致铅直方向上延伸。另外,其特征在于,穿过晶片保持面的中心并且垂直于
晶片保持面的轴线与排气管之间的距离大于轴线与第一原料气体供给管、第二原料气体供
给管之间的距离。
外,在向晶片的上侧排气的情况下,由于排气而向晶片的上侧飞扬的粉尘因重力落下,因而
粉尘有时可能会附着在晶片表面。在本说明书的气相生长装置中,由于将排气管配置在晶
片保持面的下方侧,因而能够使反应容器内的气体向晶片的下侧排气。由于粉尘不会由于
排气而飞扬到晶片上侧,因而能够抑制粉尘附着在晶片表面。
供给管的入口,生成第一原料气体;第二加热器,其配置在第一原料气体生成部的周围。第
一加热器配置在隔板的上方侧,第二加热器配置在隔板的下方侧,第一加热器的加热温度
可以高于第二加热器。
一原料气体供给管以及第二原料气体供给管的出口可以连接于喷淋头。喷淋头的表面可以
配置在晶片保持面的下方侧并且与晶片保持面相向的位置。排气管可以配置在喷淋头的周
围。
气体;第二周围孔,其配置在第二中心孔的周围并排出特定气体。特定气体可以是不含氧并
且不与第一原料气体以及第二原料气体反应的气体。
原料气体反应的气体。
属可以是能通过催化作用来分解第二原料气体的金属。第一加热部可以将规定金属的表面
加热到800℃以上。
解。由此,能够抑制GaN多晶向气体供给口附近的区域析出。
的至少气体供给口侧的表面。
以及外壁被规定金属覆盖。可以在第二原料气体供给管的气体供给口侧的端部附近的区域
的第二原料气体供给管的内壁以及外壁被规定金属覆盖。
在从入口到气体供给口的整个长度的内壁被规定金属覆盖。所述气相生长装置还可以具有
第二加热部,所述第二加热部将从入口到气体供给口的整个长度的共用管加热到800℃以
上。
上。
第二供给部,所述第二供给部将第二原料气体供给到位于第二原料气体供给管的气体供给
口的相反侧的入口。第一供给部以及第二供给部可以在规定金属的表面为800℃以上的期
间供给第一原料气体以及第二原料气体。
给第一原料气体以及第二原料气体后,第一加热部可以停止加热规定金属的表面。
少一个沿着垂直于晶片保持面的轴线移动。致动器可以将在晶片生长的化合物半导体结晶
的表面与环部的表面之间的距离维持固定。
下,也能够使晶片外周部的第一以及第二原料气体的流动维持固定。由此,即使结晶变厚,
也能够获得均质的结晶。并且,通过用环部的内壁面支承结晶的外周部,能够使已生长的结
晶的外周部的端面成为垂直于晶片的表面的面。并能防止在已生长的结晶形成裂纹。
片保持器移动。
附图说明
具体实施方式
长)法的装置结构的一例。气相生长装置1具有反应容器10。反应容器10为圆筒形状。反应容
器10可以由石英构成。在反应容器10的内部配置有原料气体供给部20和晶片保持器11。
体供给部20的下部配置有HCl气体供给管25的入口以及第二原料气体供给管22的入口。含
有HCl的气体被供给到HCl气体供给管25的入口。HCl气体供给管25的出口连接于第一原料
气体生成部41。第一原料气体发生器41在其内部收纳有金属镓。第一原料气体生成部41是
生成含有GaCl的第一原料气体G1的部位。第一原料气体供给管21是供给第一原料气体G1的
管道。第一原料气体供给管21的入口连接于第一原料气体生成部41。第一原料气体供给管
21的出口连接于喷淋头50。含有第二原料气体G2的气体被供给到第二原料气体供给管22的
入口。第二原料气体G2是含有NH3的气体。第二原料气体供给管22的出口连接于喷淋头50。
有隔板42。隔板42是在盖24内沿着水平方向延伸的石英板。盖24内的空间被隔板42上下隔
开。
Y1的方向朝铅直上方流动。
出第二原料气体G2的多个第二喷嘴52。通过从多个喷嘴排出第一原料气体G1以及第二原料
气体G2,能够使供给到晶片13表面的气体供给量在晶片面内均匀化。由此,能够抑制已生长
的GaN结晶膜厚在晶片表面内不均匀。
含钨的材料。由此,作为第一效果,能够抑制在喷淋头50的表面析出GaN多晶。这是由于钨的
催化作用。作为第二效果,能够使喷淋头50的表面温度均匀化。这是因为钨为高导热率的金
属,所以当通过第一加热器31加热喷淋头50的外周时,热量能够传到喷淋头50的中心。作为
第三效果,能够防止从喷淋头50产生氧和硅的杂质。这是因为使用作为不含硅和氧的材料
的钨来覆盖喷淋头50的表面。
盖24的上表面析出GaN多晶。
不含氧并且不与第一原料气体G1以及第二原料气体G2反应的气体。作为具体例,特定气体
G3是含有氢、氮、氦、氖、氩以及氪中的至少一种的气体。例如,通过使用作为不含氮化物半
导体的构成元素的N的惰性气体的氩气、作为不含第二原料气体G2的构成元素的H的惰性气
体的氦气,可以抑制预期外的反应。另外,通过使特定气体G3含有原子半径比氮大的氩,能
够提高后述的气帘的功能。需要说明的是,第二喷嘴52的剖面结构与图3所说明了的第一喷
嘴51相同。即,第二喷嘴52具有:中心孔,其排出第二原料气体G2;周围孔,其配置在中心孔
的周围并排出特定气体G3。
面50a附近发挥气帘的功能,但由于其在晶片13的表面附近已充分地扩散,所以无法作为气
帘的发挥功能。因此,第一源气体G1和第二源气体G2在喷淋头50的表面50a附近不混合,但
在晶片13的表面附近混合。由此,能够抑制在喷淋头50的表面50a析出GaN多晶,并且使GaN
单晶在晶片13的表面生长。
区域,并且能在每个区域单独地对气体流量进行控制。另外,第一喷嘴51和第二喷嘴52的形
状可以为各种形状。可以为圆形、多边形、狭缝形等。
器10的内侧还配置有圆筒形的原料气体供给部20。由此,在反应容器10的内壁与原料气体
供给部20的盖24的外壁之间形成环状间隙。该环状间隙作为排气管23发挥功能。即,排气管
23被配置成沿着原料气体供给部20的外壁以及反应容器10的内壁向铅直下方(即图2的z轴
方向)延伸。由此,能够将排气管23配置成包围喷淋头50、第一原料气体供给管21以及第二
原料气体供给管22的外周。换言之,对于第一原料气体供给管21、第二原料气体供给管22和
排气管23之间存在以下关系。“假定有轴线A1(参照图1)穿过晶片保持面9a的中心并且垂直
于晶片保持面9a。轴线A1与排气管23之间的距离大于轴线A1与第一原料气体供给管21以及
与第二原料气体供给管之间的距离”。
喷淋头50的侧面方向和晶片13的下方排气。在反应容器10的下端配置有排气管23的出口
23b。从排气管23的入口23a吸入的气体从出口23b向排气线路排出。
成圆环状的排气管23的一部分的情况下,在入口23a也能够从喷淋头50的外周均匀地吸入
气体。由此,能够防止气体的单向流动。
片13的表面温度均匀化。这是因为SiC为高导热率的材料,所以当晶片13的外周被第一加热
器31加热时,热量能够传到晶片13的中心。
片表面的朝向。因此,“大致铅直向下”不限定为晶片的法线与铅直向下方向一致的方式。该
概念包含晶片的法线相对于铅直向下方向直至45度的倾斜度。喷淋头50的表面配置在晶片
保持器11的晶片保持面9a的下方侧且与晶片保持面9a相向的位置。
的效果、使晶片保持器11的表面温度均匀化的效果以及防止产生氧和硅的杂质的效果。其
原因与在喷淋头50处所述的内容相同。
应容器10内上下移动。
被吸入排气管23的入口23a。由此,能够通过特定气体G3产生下降气流。
GaN多晶、反应产物污染。并且能够防止粉尘从晶片保持器11的上方落下。另外,由于能够防
止配置在晶片保持器11上部的旋转轴14及其旋转机构的污染,所以能使晶片保持器11的旋
转动作稳定。
料气体供给管22和排气管23。第二加热器32配置在隔板42的下方侧。第二加热器32配置成
包围第一原料气体生成部41。
摩尔比为1:20。反应容器10内的压力为1000hPa,排气管23的出口23b的压力为990hPa。
区域单独地控制加热温度。在本实施方式中,第一加热器31的加热温度高于第二加热器32。
由此,能够实现如图4所示的温度分布。在图4中,横轴表示各构件沿铅直方向的位置关系,
纵轴表示温度。通过第一加热器31能够将晶片13加热到充分使GaN结晶生长的温度(1050±
50℃)。另外,通过第二加热器32能够将第一原料气体生成部41加热到生成GaCl所需的温度
(750℃以上)。需要说明的是,虽然晶片13的加热温度和第一原料气体生成部41之间存在约
300℃的温度差,但是隔板42作为隔热部件发挥功能,从而能够在维持了温度差的状态下缩
短晶片13与第一原料气体生成部41的距离。由此,能使气相生长装置1小型化。
是反应容器内产生的粉尘因重力落在晶片表面。第二个主要原因是在喷淋头50的第一喷嘴
51、第二喷嘴52析出GaN多晶,从而导致气管堵塞和气流变化。第三个主要原因是由于作为
副产物的氯化铵粉末堵塞在排气管23等而导致气流变化。
够抑制粉尘附着在晶片13表面。另外,在向晶片13的上侧排气的情况下,由于排气而向晶片
上侧飞扬的粉尘会因重力落下,粉尘有时会附着在晶片13表面。在本说明书的气相生长装
置1中,由于将排气管23配置在晶片保持面9a的下方侧,所以能够将反应容器10内的气体向
晶片13的下侧排气。粉尘不会因排气而飞扬到晶片13上侧,因此能够抑制粉尘附着到晶片
13表面。
围孔55。由此,能够通过催化作用和气帘功能防止GaN多晶在喷淋头50的表面的析出。
保持的晶片13时,能够同时加热排气管23。由于晶片13的加热温度(约1050℃)充分高于在
排气管23内产生副产物的氯化铵粉末的温度(约200℃),所以排气管23内不会被氯化铵粉
末堵塞。
件,所以省略对其说明。
的气体的供给。隔板42作为隔热部件发挥功能。
喷嘴52附近的区域的表面覆盖有规定金属53。规定金属53是能够通过催化作用分解第二原
料气体中所含NH3的金属。规定金属53可以由厚度为几毫米的金属板构成。可以在金属板形
成与第一喷嘴51以及第二喷嘴52的位置和孔径相对应的多个孔。在本实施例中,使用钨作
为规定金属。
配置成包围图5所示的区域R1~R3。区域R1是包含晶片13的区域。区域R1需要维持充分使
GaN结晶生长的温度(1050±50℃)。区域R2是喷淋头50的喷嘴与晶片保持器11之间的区域。
区域R2是需要维持在500℃以上以使原料气体中的GaCl不会分解的区域。区域R3是包含覆
盖喷淋头50的表面的规定金属53的区域。区域R3是为了抑制GaN多晶的析出需要保持在800
℃以上的区域。
将区域R1~R3全部维持在需要的温度以上。另外,通过启动第二加热器32,将区域R4(第一
原料气体生成部41)加热到750℃。
一阀61和第二阀62来开始第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给。由此,能够进行晶片
13上的GaN层的气相生长。当气相生长完成时,转入第三步骤并关闭第一阀61和第二阀62。
第一原料气体G1和第二原料气体G2的供给结束。之后,进入第四步骤并关闭第一加热器31
和第二加热器32。由此,规定金属53的表面的加热结束。
表面的第一喷嘴51和第二喷嘴52析出GaN多晶而发生的气管堵塞和气流变化。作为其对策,
考虑以通过催化作用能够分解NH3的规定金属(例如钨)覆盖喷淋头50的表面。但是,本发明
的发明人们发现,为了防止GaN多晶的析出,仅用规定金属覆盖喷淋头50的表面是不够的,
还需要使规定金属的表面温度在800℃以上。这是因为,可认为是通过催化作用使NH3分解
而产生的活性氢抑制了GaN多晶的析出。另外,可认为要使活性氢与GaN多晶反应需要在800
℃以上。因此,实施例2的气相生长设备1a具有包围包含规定金属53的区域R3的第一加热器
31。由此,能够将规定金属的表面加热到800℃以上,因而能够抑制GaN多晶在喷淋头50的表
面的析出。
二阀62之后,在第四步骤中关闭第一加热器31。根据以上流程,控制第一阀61和第二阀62,
以使“在规定金属53的表面在800℃以上的期间供给第一原料气体G1以及第二原料气体
G2”。由此,能够抑制在喷淋头50的表面析出GaN多晶。
原料气体供给管221、第二原料气体供给管222以及排气管271。基座216被收纳于反应容器
210内。晶片213被保持在在基座216的晶片保持面。
大于第一原料气体供给管221的外径D12。第一原料气体供给管221被配置在第二原料气体
供给管222的内部。
的端部区域E1作为喷嘴发挥功能。在端部区域E1附近,第一原料气体供给管221以及第二原
料气体供给管222的内壁和外壁覆盖有规定金属253。
从喷嘴排出第一原料气体G1。第二原料气体G2被供给到第二原料气体供给管222的入口,并
从喷嘴排出第二原料气体G2。反应容器210连接有排气管271。用于GaN气相生长的原料气体
经由排气管271向排气线路排出。
±50℃)。另外,可以抑制副产物在反应容器210的内壁析出。在反应容器210的外侧,以包围
端部区域E1的方式配置加热器232。由此,能够使配置在端部区域E1的规定金属253维持在
800℃以上。在第二原料气体供给管222的外侧,以包围第一原料气体生成部241的方式配置
有加热器233。由此,能够为了产生GaCl而将第一原料气体生成部241维持在750℃以上。
上,因此能抑制GaN多晶在喷嘴析出。
料气体供给管222的位置从晶片的右侧面侧向上方侧移动了的结构。另外,其还具有使排气
管271的位置从晶片的左侧面侧向下方侧移动了的结构。对与实施例3的气相生长装置201
相同的构成要素附加相同的附图标记,所以省略对其具体的说明。
的气相生长装置201相同的部件附加相同的附图标记,所以省略对其具体的说明。
用管423的端部区域E2作为喷嘴发挥功能。
中,在包括区域R11的整个区域的内壁覆盖有规定金属453。另外,在端部区域E2的附近,共
用管423的内壁和外壁覆盖有规定金属453。
混合,混合气体从共用管423的喷嘴排出。
两种气体,所以两种气体能够以充分混合了的状态从共用管423的喷嘴排出。能够使良好的
GaN结晶高速生长,这对于降低成本是有利的。另外,如果得到充分的距离和时间来混合两
种气体,则可能在共用管423的内壁析出GaN多晶。因此,在实施例5的气相生长装置401中,
通过加热器432及433,能够在共用管423的全长上将共用管423的内壁的规定金属453的表
面加热到800℃以上。能够抑制GaN多晶在共用管423的内壁析出。
相同的附图标记,所以省略对其详细的说明。
片保持器11的支承部11c以晶片13的表面大致铅直向下的方式保持晶片13。晶片13是用于
GaN单晶生长的晶种基板,为GaN单晶。晶片13的表面是+c平面(也称为(0001)面)。
多晶在支承部11c的表面析出的效果。其原因是通过催化作用使NH3分解而产生的活性氢抑
制了GaN多晶的析出。
料作为规定金属18。由此,可以得到抑制GaN多晶在环形板12的表面析出的效果。
孔部12b。此处,晶片保持器11的中心轴为A1。支承部11c的内壁11cw的位置为位置P1。形成
环形板12的孔部12b的内壁12w的位置为位置P2。从中心轴A1到位置P2的距离D2可以大于从
中心轴A1到位置P1的距离D1。
包含了晶片13的整个露出面。
片保持器11的晶片保持表面11a侧的方向)移动。另外,通过致动器15能够使晶片保持器11
旋转。
的材料作为规定金属18。
m/hour左右。当GaN结晶层19从图10的状态生长到图12的状态时,致动器15开始控制晶片保
持器11沿着中心轴A1向上方(箭头Y10的方向)移动。晶片保持器11的上升速度与GaN结晶层
19的生长速度相同。生长速度可以通过计算来预测,也可以通过实际测量来得出。图12的状
态是,从晶片保持面11a到环形板12的下表面12a的距离D3比从晶片保持面11a到GaN结晶层
19的表面19a的距离D4大规定距离PD。换言之,图12的状态是环形板12的下表面12a相对于
GaN结晶层19的表面19a以规定距离PD向喷淋头50突出的状态。规定距离PD可以根据实验等
确定为任意值。
度T1相同的距离。其结果是,保持了距离D3比距离D4大规定距离PD的状态。另外,在图12和
图13中,GaN结晶层19的表面19a与喷淋头50(气体供给口)的表面之间的距离D5维持固定。
据厚度的增加而使晶片保持器11沿着中心轴A1向上方(箭头Y10的方向)移动的情况进行说
明。在该情况下,GaN结晶层19的表面19a与喷淋头50(气体供给口)的表面之间的距离D5维
持固定。然而,配置在GaN结晶层19的外周的支承部11c的下表面11cs与喷淋头50的表面之
间的距离D6不是固定的而是随着晶片保持器11的上升而变大。于是,晶片外周部的第一以
及第二原料气体的气流不能维持固定。即,图14所示的气流Y20a与图15所示的气流Y20b不
同。于是,气流的流路变得不稳定,向GaN结晶层19的表面19a的原料供给和温度分布从生长
初期就发生变化,因而存在结晶品质及分布劣化的情况。另外,在结晶端面开放的情况下厚
膜化生长了的GaN结晶层19的外周部的端面19b不垂直于晶片13的表面(c面)而成为锥面
(参照图15)。这是因为锥面比垂直面更稳定。这种锥面是比m面更稳定的面({10‑11}面),或
是比a面更稳定的面({11‑21}面、{11‑22}面)。然后,当这些锥面吸收氧时,晶格常数变小并
产生应力,因而在已生长的GaN结晶层19形成裂纹。
保持器11向上方移动的情况下,环形板12的下表面12a与喷淋头50的表面之间的距离D7也
能够维持固定。其结果是,本发明的发明人们发现,作为环形板12的第一效果,即使在使GaN
结晶层19长时间生长(即厚膜生长)的情况下,也能在厚度方向获得均匀的结晶。可以认为,
这是因为即使在使晶片保持器11上升的情况下,也能够通过环形板12使晶片外周部的第一
以及第二原料气体的气流维持固定。即,可以认为即使在GaN结晶层19的生长期间,也能够
使图12以及图13所示的气流Y20相同。
相对于GaN结晶层19的表面19a以规定距离PD向喷淋头50侧突出的状态(参照图12以及13)。
对此进行具体说明。通过使环形板12的下表面12a突出,能够在环形板12与GaN结晶层19之
间的边界附近的区域R1形成气流的滞留。该滞留的气体的一部分有助于沿壁面形成垂直的
结晶面(例如m面({1‑100}面)、a面({11‑20}面))。由此,能够防止氧原子被吸收入已生长的
GaN结晶层端面19b而在GaN结晶层19中形成裂纹。另外,在从GaN结晶层19切出多片晶片时,
能够切出固定面积的晶片。
G2的供给方向从向上改为横向的同时将晶片表面的朝向从向下改为向上的结构。实施例7
的气相生长装置201a的基本结构与实施例6的气相生长装置1b相同,因此省略对其具体的
说明。另外,在实施例7的气相生长装置201a(图16)中,对与实施例3的气相生长装置201(图
6)相同的部件附加相同的附图标记,因此省略对其具体的说明。
211a保持有晶片213。
212具有与晶片213相对应的孔部212b。
成相同,能够使环形板212的上表面212a与GaN结晶层的表面之间的距离固定。其结果是,即
使在使晶片保持器211下降的情况下,也能够将晶片外围部的第一以及第二原料气体的气
流维持固定。能够生长在厚度方向均质的GaN结晶层19。另外,能够在GaN结晶层的表面外周
部的区域发生气流的滞留。由此,能够使已生长的GaN结晶层的外周部的端面垂直于晶片
213的表面。由此,能够防止在已生长的GaN结晶层形成裂纹。
二原料气体供给管222的位置从晶片的右侧面向上方侧移动的结构。另外,具有将排气管
271的位置从晶片的左侧向晶片下方侧移动的结构。对与实施例7的气相生长装置201a相同
的部件附加相同的附图标记,所以省略对其具体的说明。
晶层的表面之间的距离固定。由于能够使晶片的外围部的第一以及第二原料气体的气流维
持固定,因此能够生长在厚度方向均质的GaN结晶层。另外,由于能够在GaN结晶层的表面外
周部的区域发生气流的滞留,因此能够使已生长的GaN结晶层的外周部的端面垂直于晶片
213的表面。
技术。
的温度。例如,不想要析出GaN多晶的部分的温度可以高于晶片13表面的温度。具体而言,可
以对配置在晶片13周围的加热器和配置在喷淋头50的周围的加热器进行单独地配置。通过
使喷淋头50的表面50a的温度相对晶片13表面的温度高出50℃左右,能够防止GaN多晶向表
面50a析出。
±100℃的范围。
下方的排气更顺畅地进行。
使用三甲基镓(Ga(CH3)3)等作为第一原料气体G1。
G2。
金属(钨合金)以及它们的氧化物、碳化物和氮化物。还能够使用钌、铱、铂、钼、钯、铑、铁、
镍、铼等其他金属。另外,也能够使用这些金属的氧化物、碳化物、氮化物,或者含有这些金
属的合金等。
的混合室57的淋浴喷头50的概要剖视图。混合室57的下部连接于喷淋头50的第一喷嘴51以
及第二喷嘴52。在混合室57的上部配置有多个气体供给口58。混合室57的内壁和外壁覆盖
有规定金属56。第一原料气体G1和第二原料气体G2在混合室57内混合,并且混合气体Gm从
气体供给口58排出。对效果进行说明。由于能够从混合室57的气体供给口58排出混合气体
Gm,因此能够使供给到晶片的原料气体中的V/III比均匀。能够生长均匀的GaN结晶。另外,
由于能提高V/III比,因此能够使GaN结晶的生长速率上升。另外,在不具有混合室57的情况
下,为了使第一原料气体G1和第二原料气体G2充分混合,需要一定程度地确保气体供给口
与晶片表面之间的距离。然而,在具有混合室57的图18的结构中,由于能够使气体供给口与
晶片表面更加接近,因此能够提高GaN结晶的生长速率,并且能够提高原料效率而抑制气体
的消耗量。另外,第一加热器31(参照图5)配置成包围混合室57。由此,能够在整个混合室57
将规定金属56维持在800℃以上。能够抑制GaN多晶在混合室57的内壁和外壁析出。
部附近的内壁以及外壁的方式进行了说明,但是并不限于该方式。也可以使用含有规定金
属的材料来形成气体供给管自身。
者的气体供给管的气体供给口附近的区域的表面即可。例如,像实施例3(图6)和实施例4
(图7)这样,在第二原料气体供给管222的内部配置有第一原料气体供给管221的构造中,
GaN多晶容易在第一气体供给管221的供给口附近区域析出。因此,可以仅将第一原料气体
供给管221的供给口的内壁和外壁用规定金属253覆盖。相反地,可以仅将第二原料气体供
给管222的供给口的内壁和外壁用规定金属253覆盖。
体G1可以是含有三氯化镓(GaCl3)的气体。在这种情况下,可以使用1300℃左右的生长温
度。可以使GaN结晶向N面(‑c面)生长。由此,能够使GaN结晶表面与生长一同扩大。
度。关于图16和图17中的环形板212的上表面212a也是同样的。
期间(即环形板12开始发挥功能为止的期间)结晶直径缩小了的情况下,也能够使环形板12
的孔部12b的内径与缩小后的结晶直径相对应。
和a面({11‑20}面)的情况,但并不限于该方式。能够使用各种结晶面或中间的表面形态。
术可以同时实现多个目的,实现其中一个目的其本身就具有技术上的有用性。
第一加热器31是第三加热部的一例。第一阀61是第一供给部的一例。第二阀62是第二供给
部的一例。环形板12是环部的一例。下表面是第1面的一例。上表面是第2面的一例。