Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3553583B2 - Vapor growth equipment for nitride - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3553583B2 - Vapor growth equipment for nitride - Google Patents

Vapor growth equipment for nitride Download PDF

Info

Publication number
JP3553583B2
JP3553583B2 JP36415399A JP36415399A JP3553583B2 JP 3553583 B2 JP3553583 B2 JP 3553583B2 JP 36415399 A JP36415399 A JP 36415399A JP 36415399 A JP36415399 A JP 36415399A JP 3553583 B2 JP3553583 B2 JP 3553583B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride
substrate
tube
reaction tube
phase growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP36415399A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001181097A (en
Inventor
彰 碓井
晴夫 砂川
尚孝 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP36415399A priority Critical patent/JP3553583B2/en
Publication of JP2001181097A publication Critical patent/JP2001181097A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3553583B2 publication Critical patent/JP3553583B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物の気相成長装置に関し、とくに数百μmの厚膜成長を高速で、かつ均一性良く気相成長させ、欠陥の少ない結晶が得られる気相成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
窒化物系III−V族化合物半導体結晶は、紫外から緑色の発光素子、レーザ素子用の材料、高耐圧・高周波用電子デバイス用材料として注目を受けている。これらのデバイス構造を作製する場合には、基板として窒化ガリウムの単結晶を用いることが好ましいが、バルク窒化ガリウム結晶を、GaP、GaAsのような他の化合物半導体結晶のように融液等から形成することは非常に困難なために、これまで、有機金属気相成長法(MOVPE)やハイドライド気相成長法(HVPE)等の気相成長法を用いて、サファイアなどのヘテロ基板上に数μm〜数百μmの窒化ガリウム結晶を予め成長させて、これを基板として、この上にデバイス構造を作製する試みがなされてきた。
【0003】
サファイア基板などの異種の基板を用いた場合には、サファイア基板と窒化ガリウムの格子定数の差により単結晶形成が困難であるという問題を有しており、一つの解決策として、サファイア基板上にAlN、またはGaN低温バッファ層を形成した後に、高温で窒化ガリウムを成長する二段階成長が行われている。
しかしながら、得られる窒化ガリウム単結晶には、サファイア基板と窒化ガリウムの格子定数および熱膨張係数の差に起因して、多くの貫通転位が存在しており、発光素子の特性、信頼性を高めていく上で、転位密度を低減することが極めて重要である。
【0004】
窒化ガリウム単結晶の転位密度を低減する方法として、本出願人は、二段階成長によって形成した窒化ガリウム単結晶の表面の一部に二酸化ケイ素のマスクを設けてELO成長(epitaxial lateral overgrowth)を行うことにより、高速で高品質のものを得る方法を提案している。
【0005】
ELO成長では、マスク上の横方向成長により、基板からの貫通転位はエピタキシャル層中に伝播することなくマスクに沿って折れ曲がったものとなる。このため、窒化ガリウムをELO成長により厚膜成長させると上部の窒化ガリウムの転位密度は下部の窒化ガリウムに比較して2〜3桁程度減少し、格子欠陥の少ない高品質な結晶を得ることができる。特に、成長速度の大きいHVPE法でELO成長を行った場合には、高品質の窒化ガリウム結晶を短い時間で得ることができる。
【0006】
従来のHVPE法を用いる気相成長装置を図8に示す。気相成長装置81の反応管82内に、基板88を保持する基板ホルダー89と、アンモニアを導入する水素化物導入管83と、反応気体の導入管84からのガスとガリウム源86との反応によりガリウム化合物を生成するガリウム化合物生成管85が配置され、反応管82の外側にはガリウム源86を加熱する第1の加熱手段87、基板を加熱する第2の加熱手段810が配置されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、HVPE法では、目的とする基板上に均一性、再現性に優れた単結晶成長を行うことは容易ではなかった。例えば、窒化ガリウムは、HVPE法においては、NH + GaCl → GaN + H +HCl
なる反応で生成するが、NHとGaClとの混合が十分に行われず、また熱的に活性化されたNHが基板上に供給されないと、膜厚の成長速度が小さく、また、成長装置内において分布が生じると、得られる窒化ガリウムの膜厚が不均一となるという問題があった。
またHVPE法による窒化ガリウム等の窒化物結晶の気相成長装置では、気体として供給する窒素の水素化物の反応管内での分布が不均一となり、さらに反応管内で生成される III族元素の塩化物の生成量の変動等により効率的な成長反応が起こらないという問題があった。
【0008】
一般には、窒化物を成長させる基板以外にも窒化物の成長が起こるため、析出物の応力により反応管や基板ホルダーが破損することがあった。原料気体の供給管の吹き出し口に窒化物が析出が生じた場合、原料気体の流れに悪影響を与え、均一な成長が困難となっていた。また、析出は基板の側面や基板保持部の裏面にも生じるため、析出物による応力で成長した結晶全体にクラックを生じることもあった。
本発明の目的は、こうした課題を解決し、均質な窒化物の単結晶を安定して成長させる窒化物の気相成長装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒素の水素化物と III族元素の塩化物により窒化物結晶の成長を行う反応管と、窒素の水素化物を反応管内に供給する水素化物導入管と、反応管内で III族元素の塩化物を生成し反応管内に供給する III族元素の塩化物生成管とを有する窒化物の気相成長装置において、水素化物導入管の導入口を III族元素の塩化物生成管内の金属源より上流に配置し、かつ、基板ホルダーに保持された窒化物結晶成長用の基板を III族元素の塩化物生成管の吹き出し部に対向して配置したことを特徴とする。
【0010】
本発明では、水素化物導入管の導入口を III族元素の塩化物生成管内の金属源より上流に配置することで、窒化物の水素化物が反応管全体に拡散するようになる。さらに金属源を加熱する加熱手段によって反応管の上流から窒素の水素化物の活性化を促進することができる。このような反応管内において、窒化物結晶成長用の基板を有する基板ホルダーを前記 III族元素の塩化物生成管の吹き出し部に対向して配置することで、窒素の水素化物とIII族元素の塩化物の混合が良くなり均一性が向上し、結晶の組成比(stoichiometry) が保たれることで結晶性が向上する。
【0011】
水素化物導入管の導入口の位置は窒素の水素化物と III族元素の塩化物との混合領域から遠いことが望ましく、金属源より上流、加熱手段より上流又は反応管の端面に配置することが考えられる。少なくとも金属源より上流に配置すれば、反応管のほぼ全体に拡散させることができ、さらに金属源の加熱手段により窒素の水素化物の活性化を促すことができる。
さらに水素化物導入管を複数設けることで、反応管内の窒素の水素化物の拡散をより均一化させることが可能となる。
【0012】
また、 III族元素の塩化物生成管の吹き出し部の断面積は、先端に向かうにしたがって小さくなっている。吹き出し部の断面積が大きいと、NHガスの一部がその内部に逆流し、GaNの析出が生じたり、また、III 族ソースでNHが汚染される。また、断面積が小さいと、 III族元素の塩化物の吹き出しが速度が速くなり、基板上でIII 族とNの分布が不均一となり、成長膜厚のバラツキが大きくなる。これらの不都合を避けるために実験を重ねた結果、吹き出し部の断面積を反応管の内部の断面積の5〜30%と設定することで、膜厚、膜質の均一な窒化物結晶を得ることができた。
【0013】
また、本発明の成長装置により、窒化物結晶を複数の基板上に同時に成長させるために、III 族元素の塩化物生成管の吹き出し部を複数に分岐し、基板ホルダーに取り付けた多数枚の基板を吹き出し部に対向するように配置している。これにより多数枚の基板上に均一な窒化物結晶を成長することができる。
また金属源を内部に有するIII 族元素の塩化物生成管を複数設け、基板ホルダーに取り付けた多数枚の基板を前記III 族元素の塩化物生成管の吹き出し部に対向して配置しても多数枚の基板上に均一な窒化物結晶を成長することができる。
【0014】
本発明では、基板保持具及び基板覆いの材料として炭素材料、もしくは炭化ケイ素を被覆した耐熱性材料を用いている。これにより、基板保持部の裏面や基板の側面への析出を防止することができ、結晶のクラック発生を抑制している。
さらに気相成長装置を用い、結晶基板上に形成した AlxGa1−xN(1≦x≦1)の表面の一部にマスクを設け、マスクの開口部から基板面に平行な横方向成長(ELO成長)を行うことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の気相成長装置を説明する断面図である。
横型反応管2には水素化物導入管3が取り付けられ、アンモニア等の窒素の水素化物がキャリアガス(水素、窒素等)とともに反応管内へ供給される。図1に示すように、水素化物導入管3の水素化物の導入口は、窒素の水素化物とガリウム化合物が混ざる混合領域から遠い位置に配置されている。
ガリウム源ボート6を内部に設置したガリウム化合物生成管5が横型反応管2に取り付けられ、ガリウム化合物を生成する反応気体がキャリアガス(水素、窒素等)とともに反応気体導入管4からガリウム源ボート6に供給される。ガリウム源ボード6の横型反応管2の外側に第1の加熱手段7が設けられ、ガリウム化合物の生成に好適な温度750℃〜950℃、好ましくは800℃〜900℃でガリウム源ボートの加熱を行う。生成されたガリウム化合物は吹き出し部9から混合領域へ供給される。
【0016】
吹き出し部9は、ガリウム化合物生成管5内の断面積は、吹き出し部に向けて漸減している。吹き出し部9の断面積は、横型反応管の内部の断面積の5〜30%とすることが好ましい。
ガリウム化合物生成管5内のガリウム源ボート6の下流側にはバッフル板8が設けられており、ガリウム化合物生成管5の吹き出し部9からアンモニアが逆流し、ガリウム源ボート6のガリウム金属と反応しないようにしている。またバッフル板8によりガリウム化合物の流出が一定となるように調整される。
窒化ガリウムを成長させる基板11は基板ホルダー12に取り付けられ、吹き出し部9に対向して配置されている。基板ホルダー12は成長中に回転し、基板ホルダーの回転速度は、10rpm程度とすることが好ましい。横型反応管2内部の断面積に占める基板保持具21の面積の割合は、30〜70%とし、より好ましくは40〜60%である。
【0017】
横型反応管のガリウム化合物生成管5の先端部から下流側の窒化ガリウム成長領域(混合領域)の外部には、アンモニア等の窒素源の活性化を促進し、ガリウム化合物との反応によって窒化ガリウムを成長させるための第2の加熱手段10が設けられており、第2の加熱手段によって、窒化ガリウム成長領域は850℃〜1050℃に加熱される。窒化ガリウム成長領域で窒化ガリウムの成長反応に利用された気体の残余の部分は排出口13から外部へと排出される。
【0018】
本発明の実施の形態では、水素化物導入管3の水素化物の導入口は、窒素の水素化物とガリウム化合物が混合する混合領域から遠い位置に配置されている。このため窒素の水素化物は反応管の上流側から反応管全体に拡散するようになる。また導入口をガリウム源ボート6より上流に配置することで、ガリウム源ボートを加熱する第1の加熱手段7によって反応管の上流から加熱されることになり、窒素の水素化物の熱的な活性化がより促進される。これにより、水素化物導入管3の導入口を混合領域近傍に配置する気相成長装置と比較して、均一にかつ安定して窒素源を混合領域に供給することができる。水素化物導入管3の導入口の位置は、ガリウム源ボート6より手前としたが横型反応管2の端面でもよい。
【0019】
さらに、窒化ガリウムを成長させる基板11は基板ホルダー12に取り付けられ、吹き出し部9に対向して配置されている。窒素の水素化物が反応管の上流側から反応管全体に拡散されており、基板を吹き出し部9に対向して配置することで、ガリウム化合物と窒素の水素化物との良好な混合が行われる。
【0020】
基板ホルダー12は成長中に回転することで基板面内の均一な成長が可能になる。吹き出し部9は、ガリウム化合物生成管5内の断面積が次第に小さくなっており、周囲のアンモニア等の窒素源と充分に混合されるように配置されている。吹き出し部9の断面積は、横型反応管の内部の断面積の5〜30%とすることが好ましく、これによりガリウム化合物とアンモニア等の窒素源との充分な混合領域を形成することができる。
【0021】
窒化ガリウム成長領域では、窒化ガリウムの析出は基板上に限らず、反応器内部の窒化ガリウム成長領域にある管壁や内部部品上においても起こることが避けられない。ところが、横型反応管、および横型反応管の内部部品として一般に用いられている石英は、表面に窒化ガリウムが成長すると、窒化ガリウムの成長によって発生する応力によって割れることがあった。
そこで、本発明の気相成長装置では、横型反応管の内面に内面保護管14を設けることで横型反応管の内面を保護し、反応管内壁への析出を防止している。また、内面保護管14を着脱可能にし窒化ガリウムの析出した内面保護管14と清浄な内面保護管を取り替えることで、気相成長装置の保守も簡便となる。
【0022】
同様に、ガリウム化合物生成管の横型反応管内への吹き出し部9にも先端保護管15を取り付けることで、ガリウム化合物の吹き出し部9への直接的な析出を防止することができ、また先端保護管15の交換によって析出による吹き出し部9への影響を回避することができる。
また、本発明の気相成長装置では、安定してガリウム化合物を生成するようにガリウム化合物生成具にも特徴を有している。
【0023】
図2は、ガリウム化合物生成管内のガリウム源ボートを説明する図であり、図2(A)は、断面図であり、図2(B)は、ガリウム源ボートに設ける仕切り板を示す。
ガリウム源ボート6には、金属ガリウム16が収容されており、加熱によって溶融状態となっている。ガリウム源ボート内には、仕切り板17が取り付けられ溶融した金属ガリウムは、仕切り板17によって四方を囲まれた個々の領域内部で表面張力によって盛り上がった状態となっている。仕切り板17によって四方を囲むことで金属ガリウムの表面は、仕切り板17を設けない場合に比べて表面積を大きくすることができ、金属ガリウムと反応気体との反応をより促進できる。
【0024】
また、仕切り板17は下部に連通部18を有しており、仕切り板に囲まれた各領域における金属ガリウムの溶融物の表面の高さを同じにでき、仕切り板に囲まれた領域の金属ガリウムの不均一化を防止することができる。
また、ガリウム源ボート6の上部には、塩化水素等の反応気体導入管4を取り付けた蓋体19が設けられており、ガリウム源と反応気体との反応効率を高める役割を果たしている。
【0025】
図3は、本発明の気相成長装置の基板ホルダーを説明する図であり、図3(A)は断面図、図3(B)は基板ホルダーを基板面から見た正面図である。
基板ホルダー12は、回転軸20と、基板11を取り付ける基板保持具21から構成されている。基板保持具21は、回転軸20から着脱自在であり、基板11は基板保持具21において基板を周囲から保持し、基板の周囲を反応器中に露出させない基板覆い22によって取り付けられている。
【0026】
本発明では、基板保持具21および基板覆い22を炭素材料、あるいは炭化ケイ素で被覆された炭素材料とすることで、基板11の側面や裏面に多結晶窒化ガリウムが析出するのを防止している。これにより基板裏面に析出した多結晶窒化ガリウムの応力に起因した結晶割れを防ぐことができ、結晶品質や歩留まりを向上することができる。
【0027】
図4は、本発明の他の実施の形態を示すものであり、図1に示された気相成長装置とは反応管に接続される水素化物導入管の本数と取付位置が異なっている。図4は、反応管の端面方向から気相成長装置を見た図であり、反応管2の中央にガリウム化合物生成具5が設けられ、ガリウム源ボート中には反応気体導入管4がある。図4(A)はガリウム化合物生成管5の上下に2つの水素化物導入管3が結合された例であり、また、図4(B)では、円周上に4個の水素化物導入管3が結合された例である。このように、水素化物導入管3を均等に配置することによって反応管内の窒素源としての作用をする水素化物の濃度分布をより均一にすることができる。
【0028】
図5は、本発明の気相成長装置の他の実施の形態を説明する断面図である。図5で示す装置は、図1に示す気相成長装置において、多数の基板が取り付け可能な基板保持具61を有する基板ホルダー12を用いている。さらに、ガリウム化合物生成管5の吹き出し部9を複数個設け、複数個の基板上への均一な単結晶成長を可能としている。基板ホルダー12と吹き出し部9の構造および水素化物導入管の本数以外は、図1で示す装置と同様である。この装置構成では、複数枚の基板上に均一な窒化ガリウムを成長させることが可能となる。
【0029】
図6は、図5の気相成長装置において、複数枚の基板を保持する基板ホルダーを説明する図である。図6(A)は基板ホルダーを基板面から見た正面図、図6(B)は断面図である。
基板ホルダー12は、回転自在に反応器に取り付ける回転軸20と、基板11を取り付ける基板保持具61から構成されている。基板保持具61は、回転軸20から着脱自在であり、基板11は基板保持具61において基板を周囲から保持し、基板の周囲を反応器中に露出させない基板覆い22によって取り付けられている。各基板とガリウム化合物生成部の吹き出し部との対応関係を説明するために、複数個の先端保護管15の位置を破線で示す。
【0030】
また、基板保持具61の中央部分には、複数個の貫通孔71が設けられており、大きな面積の基板保持具によって反応管内部の気体の流通が妨げることを防止している。
また、反応管内において、ガリウム化合物生成管は、一箇所に設けるものに限らず、複数個を設けることによって、反応管内部でのガリウム化合物の濃度をより均一なものとすることができる。
【0031】
図7は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置の他の例を説明する断面図である。
図7で示す装置は図1に示す気相成長装置において、多数枚の基板が取り付け可能な基板保持具61を有する基板ホルダー12を用い、さらにガリウム化合物生成管81を4個設けた装置を示している。ガリウム化合物生成管81を円周上に均等に配置しており、それぞれのガリウム化合物生成管81の先端部には、吹き出し部9を設け、複数個の基板上に均一な単結晶の成長が可能とした装置であり、吹き出し部9の構造以外は、図1で示す装置と同様である。
【0032】
図7に示した装置では、複数個のガリウム化合物生成管5が独立して設けられているので、図5の装置と比較して、それぞれのガリウム化合物生成管からのガリウム化合物の吹き出し量を均等化することができる。
以上の説明では、横置きの横型反応管について述べたが、反応管の形状は縦型のものであっても同様に適用することができる。
【0033】
【実施例】
本発明の窒化物の気相成長装置は、周期律表第III族のアルミニウム、ガリウム、インジウム等の窒化物、あるいはこれらの混合物の製造に好適である。以下の説明では、一例として、窒化ガリウムの単結晶の製造について以下に実施例を示して説明する。
実施例1
図1に示したものと同様の、内径75mmの横型の石英反応管内部に、間隔が1cmの仕切りを設けたガリウム源ボートに800gの金属ガリウムを入れたガリウム化合物生成部を設けた。加熱炉によって、ガリウム化合物生成部を750℃に加熱するとともに、成長領域を1000℃に加熱した。
ガリウム化合物生成部には、反応気体導入管から塩化水素を水素をキャリアガスとして、それぞれ50ml/分、200ml/分で導入した。さらに、その外側の水素導入管からは水素を導入して、石英保護管を取り付けた内径20mmのガリウム化合物吹き出し管から、線速度5cm/秒で基板ホルダーに取り付けられた基板の中央付近に導入した。
【0034】
一方、反応管の端部からは、塩化水素の導入方向と同一の方向へ、アンモニアを水素とともに導入した。混合領域に導入されるアンモニアを含む気体の線速度は1cm/秒であった。
50.8mmの直径の(0001)面サファイア基板上に膜厚1μmの窒化ガリウムを予め形成した基板の表面に、フォトリソグラフィーによってストライプ状のシリカの幅3μmパターンを4μmの間隔で、窒化ガリウム結晶に対して<11−20>の方向に形成して、成長領域を分離した試料基板を、基板ホルダーに取り付けた。
【0035】
基板保持具は、炭素製の基材上に、炭化ケイ素を100μmの厚さに被覆したものを用い、開口部の大きさが45mmの基板ホルダーと同一の材料を用いた基板覆いで試料基板を取り付けた。また、基板ホルダーの反応管の内部の断面積に占める割合は、55%であった。
また、反応管内部の成長領域から基板保持具までの間と、その下流部側には、内径62mmの石英製の内面保護管を設けた。
アンモニア供給分圧を4.9×10Pa(5×10−1at)、塩化水素分圧9.8×10Pa (1×10−2at)に調整するとともに、基板ホルダーを回転速度10ppmで回転させて試料基板上に3時間窒化ガリウムの成長を行った。
得られた窒化ガリウム単結晶の膜厚は、300μmであり、試料基板の周辺部や裏面には、多結晶の析出は起こらず基板割れは生じなかった。また、膜厚の均一性は、±2%以内であり、表面の転位密度は1×10 個/cm であった。
【0036】
【発明の効果】
本発明の窒化物の気相成長装置により、窒素の水素化物の反応装置内における濃度を均一な分布とするとともに、金属ガリウムから生成するガリウム化合物の濃度も均一なものとして、単結晶の成長を高速で均一なものとすることができた。また、反応管の内面に内面保護管を用いると共に、金属ガリウムから生成したガリウム化合物の吹き出し部にも先端保護管を設けたので、窒化ガリウムの異常成長による反応管の破損等の問題を防止することができる。さらに、窒化ガリウム単結晶を成長させる基板のホルダーとして炭素材料、もしくは炭化ケイ素を被覆した耐熱性材料を用いたので、基板ホルダーへの窒化ガリウムの析出量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置を説明する断面図である。
【図2】図2は、ガリウム化合物生成部におけるガリウム源ボートを説明する図である。
【図3】図3は、本発明の気相成長装置の基板ホルダーを説明する図である。
【図4】図4は、気相成長装置の横型反応管への端面の水素化物導入管の取付位置の一例を説明する図である。
【図5】図5は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置の他の例を説明する断面図である。
【図6】図6は、本発明の気相成長装置の複数個の基板を保持する基板ホルダーを説明する図である。
【図7】図7は、本発明の窒化ガリウムの気相成長装置の他の例を説明する図である。
【図8】図8は、従来の気相成長装置の例を説明する図である。
【符号の説明】
1…気相成長装置
2…横型反応管
3…水素化物導入管
4…反応気体導入管
5…ガリウム化合物生成管
6…ガリウム源ボート
7…第1の加熱手段
8…バッフル板
9…吹き出し部
10…第2の加熱手段
11…基板
12…基板ホルダー
13…排出口
14…内面保護管
15…先端保護管
16…金属ガリウム
17…仕切り板
18…連通部
19…蓋体
20…回転軸
21…基板保持具
22…基板覆い
30…管壁
31…水素化物導入管
41…反応気体導入管
51…ガリウム化合物生成管
61…基板保持具
71…貫通孔
81…気相成長装置
82…反応管
83…水素化物導入管
84…反応気体導入管
85…ガリウム化合物生成管
86…ガリウム源
87…第1の加熱手段
88…基板
89…基板ホルダー
810…第2の加熱手段
811…排気口
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride vapor phase growth apparatus, and more particularly to a vapor phase growth apparatus capable of growing a thick film having a thickness of several hundred μm at a high speed and with good uniformity to obtain a crystal having few defects.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Nitride III-V compound semiconductor crystals have received attention as materials for ultraviolet to green light emitting devices, laser devices, and materials for high breakdown voltage and high frequency electronic devices. When fabricating these device structures, it is preferable to use a single crystal of gallium nitride as a substrate, but a bulk gallium nitride crystal is formed from a melt or the like like other compound semiconductor crystals such as GaP and GaAs. Since it is very difficult to perform the process, several μm has been hitherto formed on a hetero substrate such as sapphire using a vapor phase growth method such as a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or a hydride vapor phase epitaxy (HVPE). Attempts have been made to grow a gallium nitride crystal of up to several hundred μm in advance and use it as a substrate to fabricate a device structure thereon.
[0003]
When a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate is used, there is a problem that it is difficult to form a single crystal due to a difference in lattice constant between the sapphire substrate and gallium nitride. After the formation of the AlN or GaN low-temperature buffer layer, two-stage growth is performed in which gallium nitride is grown at a high temperature.
However, the resulting gallium nitride single crystal has many threading dislocations due to the difference between the lattice constant and the thermal expansion coefficient between the sapphire substrate and gallium nitride, which enhances the characteristics and reliability of the light emitting device. In order to reduce the dislocation density, it is extremely important to reduce the dislocation density.
[0004]
As a method of reducing the dislocation density of the gallium nitride single crystal, the present applicant performs ELO growth (epitaxial lateral overgrowth) by providing a silicon dioxide mask on a part of the surface of the gallium nitride single crystal formed by the two-step growth. Thus, a method for obtaining a high-quality product at a high speed is proposed.
[0005]
In the ELO growth, threading dislocations from the substrate are bent along the mask without propagating into the epitaxial layer due to lateral growth on the mask. For this reason, when gallium nitride is grown as a thick film by ELO growth, the dislocation density of the upper gallium nitride is reduced by about two to three orders of magnitude compared to the lower gallium nitride, and a high-quality crystal with few lattice defects can be obtained. it can. In particular, when ELO is grown by the HVPE method having a high growth rate, a high-quality gallium nitride crystal can be obtained in a short time.
[0006]
FIG. 8 shows a conventional vapor phase growth apparatus using the HVPE method. In a reaction tube 82 of a vapor phase growth apparatus 81, a substrate holder 89 for holding a substrate 88, a hydride introduction tube 83 for introducing ammonia, and a reaction between a gas from a reaction gas introduction tube 84 and a gallium source 86 are performed. A gallium compound producing tube 85 for producing a gallium compound is arranged, and a first heating unit 87 for heating a gallium source 86 and a second heating unit 810 for heating a substrate are arranged outside the reaction tube 82.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, it was not easy to perform single crystal growth with excellent uniformity and reproducibility on a target substrate by the HVPE method. For example, gallium nitride is NH 3 + GaCl → GaN + H 2 + HCl in the HVPE method.
However, if the mixing of NH 3 and GaCl is not sufficiently performed and the thermally activated NH 3 is not supplied onto the substrate, the growth rate of the film thickness is low, and the growth apparatus When the distribution occurs in the inside, there is a problem that the thickness of the obtained gallium nitride becomes uneven.
Also, in a vapor phase growth apparatus for nitride crystals such as gallium nitride by the HVPE method, the distribution of hydride of nitrogen supplied as a gas in the reaction tube becomes non-uniform, and further, the chloride of a group III element generated in the reaction tube However, there is a problem that an efficient growth reaction does not occur due to fluctuations in the amount of methane produced.
[0008]
In general, since the growth of nitride occurs in addition to the substrate on which the nitride is grown, the reaction tube and the substrate holder may be damaged by the stress of the precipitate. When nitride precipitates at the outlet of the source gas supply pipe, it adversely affects the flow of the source gas, making uniform growth difficult. Further, since the precipitation also occurs on the side surface of the substrate and the back surface of the substrate holding portion, cracks may occur in the entire crystal grown by the stress caused by the precipitate.
An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a nitride vapor phase growth apparatus for stably growing a uniform nitride single crystal.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a reaction tube for growing a nitride crystal by using a hydride of nitrogen and a chloride of a group III element, a hydride introduction tube for supplying a hydride of nitrogen into the reaction tube, In a nitride vapor phase growth apparatus having a group III element chloride generation tube for generating chloride and supplying it to the reaction tube, the inlet of the hydride introduction tube is connected to a metal source in the group III element chloride generation tube. A substrate for nitride crystal growth, which is arranged upstream and held by a substrate holder, is arranged so as to face a blowing part of a group III element chloride generation tube.
[0010]
In the present invention, by disposing the inlet of the hydride inlet tube upstream of the metal source in the group III element chloride generator tube, nitride hydride diffuses throughout the reaction tube. Further, activation of nitrogen hydride can be promoted from the upstream of the reaction tube by a heating means for heating the metal source. By disposing a substrate holder having a substrate for nitride crystal growth in such a reaction tube so as to face the blowing portion of the group III element chloride generation tube, the nitrogen hydride and the group III element chloride can be removed. The mixing of the materials is improved, the uniformity is improved, and the crystallinity is improved by maintaining the composition ratio (stoichiometry) of the crystals.
[0011]
It is desirable that the position of the inlet of the hydride introduction tube is far from the mixed region of the hydride of nitrogen and the chloride of the group III element, and is located upstream of the metal source, upstream of the heating means, or at the end face of the reaction tube. Conceivable. If it is arranged at least upstream of the metal source, it can be diffused to almost the entire reaction tube, and the activation of nitrogen hydride can be promoted by means of heating the metal source.
Further, by providing a plurality of hydride introduction tubes, it becomes possible to make diffusion of nitrogen hydride in the reaction tube more uniform.
[0012]
Further, the cross-sectional area of the blow-out portion of the group III element chloride generation tube becomes smaller toward the tip. If the cross-sectional area of the blowout portion is large, a part of the NH 3 gas flows back into the inside thereof, and GaN precipitates, and NH 3 is contaminated by the group III source. Further, when the cross-sectional area is small, the blowing speed of the chloride of the group III element increases, the distribution of group III and N becomes uneven on the substrate, and the variation in the grown film thickness increases. As a result of repeated experiments in order to avoid these inconveniences, a uniform thickness and quality of nitride crystal can be obtained by setting the cross-sectional area of the blowing section to 5 to 30% of the internal cross-sectional area of the reaction tube. Was completed.
[0013]
Further, in order to grow nitride crystals on a plurality of substrates at the same time by the growth apparatus of the present invention, the blowing part of the group III element chloride generation tube is branched into a plurality of parts, and a large number of substrates attached to the substrate holder. Is arranged so as to face the blowout portion. Thereby, a uniform nitride crystal can be grown on a large number of substrates.
Also, a plurality of group III element chloride generating tubes having a metal source therein are provided, and a large number of substrates attached to the substrate holder are arranged in opposition to the blowing section of the group III element chloride generating tube. A uniform nitride crystal can be grown on a single substrate.
[0014]
In the present invention, a carbon material or a heat-resistant material coated with silicon carbide is used as a material for the substrate holder and the substrate covering. As a result, precipitation on the back surface of the substrate holding portion and the side surface of the substrate can be prevented, and the occurrence of cracks in the crystal is suppressed.
Further, a mask is provided on a part of the surface of AlxGa1-xN (1 ≦ x ≦ 1) formed on the crystal substrate using a vapor phase growth apparatus, and lateral growth parallel to the substrate surface (ELO growth) is performed from the opening of the mask. ) Is performed.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view illustrating a vapor phase growth apparatus of the present invention.
A hydride introduction tube 3 is attached to the horizontal reaction tube 2, and a hydride of nitrogen such as ammonia is supplied into the reaction tube together with a carrier gas (hydrogen, nitrogen, etc.). As shown in FIG. 1, the hydride introduction port of the hydride introduction pipe 3 is arranged at a position far from the mixing region where the hydride of nitrogen and the gallium compound are mixed.
A gallium compound production tube 5 having a gallium source boat 6 installed therein is attached to the horizontal reaction tube 2, and a reaction gas for producing a gallium compound flows from the reaction gas introduction tube 4 together with a carrier gas (hydrogen, nitrogen, etc.) from the gallium source boat 6. Supplied to A first heating means 7 is provided outside the horizontal reaction tube 2 of the gallium source board 6, and heats the gallium source boat at a temperature suitable for producing a gallium compound at 750 ° C to 950 ° C, preferably 800 ° C to 900 ° C. Do. The generated gallium compound is supplied from the blowing section 9 to the mixing area.
[0016]
The cross-sectional area of the blowing section 9 in the gallium compound generating tube 5 gradually decreases toward the blowing section. The cross-sectional area of the blowing section 9 is preferably 5 to 30% of the cross-sectional area inside the horizontal reaction tube.
A baffle plate 8 is provided on the downstream side of the gallium source boat 6 in the gallium compound generation tube 5. Ammonia flows backward from the blowing section 9 of the gallium compound generation tube 5, and does not react with gallium metal of the gallium source boat 6. Like that. The baffle plate 8 adjusts the outflow of the gallium compound so as to be constant.
A substrate 11 on which gallium nitride is to be grown is mounted on a substrate holder 12 and arranged to face the blow-out portion 9. The substrate holder 12 rotates during growth, and the rotation speed of the substrate holder is preferably about 10 rpm. The ratio of the area of the substrate holder 21 to the cross-sectional area inside the horizontal reaction tube 2 is 30 to 70%, more preferably 40 to 60%.
[0017]
Outside the gallium nitride growth region (mixing region) on the downstream side from the tip of the gallium compound generation tube 5 of the horizontal reaction tube, activation of a nitrogen source such as ammonia is promoted, and gallium nitride is produced by reaction with the gallium compound. A second heating means 10 for growing is provided, and the gallium nitride growth region is heated to 850 ° C. to 1050 ° C. by the second heating means. The remaining portion of the gas used for the gallium nitride growth reaction in the gallium nitride growth region is discharged from the outlet 13 to the outside.
[0018]
In the embodiment of the present invention, the hydride introduction port of the hydride introduction pipe 3 is arranged at a position far from the mixing region where the hydride of nitrogen and the gallium compound are mixed. Therefore, the hydride of nitrogen diffuses from the upstream side of the reaction tube to the entire reaction tube. Also, by disposing the inlet upstream of the gallium source boat 6, the first heating means 7 for heating the gallium source boat heats the reaction tube from the upstream of the reaction tube, and the thermal activity of the hydride of nitrogen is increased. Is more promoted. Thereby, the nitrogen source can be more uniformly and stably supplied to the mixing region as compared with a vapor phase growth apparatus in which the inlet of the hydride introducing tube 3 is disposed near the mixing region. The position of the inlet of the hydride inlet tube 3 is located before the gallium source boat 6, but may be at the end face of the horizontal reaction tube 2.
[0019]
Further, a substrate 11 on which gallium nitride is grown is mounted on a substrate holder 12, and is arranged to face the blowing unit 9. Nitrogen hydride is diffused from the upstream side of the reaction tube to the entire reaction tube, and the gallium compound and the nitrogen hydride are mixed well by arranging the substrate so as to face the blowing section 9.
[0020]
By rotating the substrate holder 12 during growth, uniform growth on the substrate surface can be achieved. The blowing section 9 has a gradually decreasing cross-sectional area in the gallium compound generating tube 5, and is arranged so as to be sufficiently mixed with a surrounding nitrogen source such as ammonia. The cross-sectional area of the blowing section 9 is preferably 5 to 30% of the internal cross-sectional area of the horizontal reaction tube, whereby a sufficient mixed region of the gallium compound and a nitrogen source such as ammonia can be formed.
[0021]
In the gallium nitride growth region, it is inevitable that gallium nitride is deposited not only on the substrate but also on the tube walls and internal components in the gallium nitride growth region inside the reactor. However, when the gallium nitride is grown on the surface of the horizontal reaction tube and the quartz generally used as an internal component of the horizontal reaction tube, the quartz may be cracked by the stress generated by the growth of the gallium nitride.
Therefore, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the inner surface of the horizontal reaction tube is protected by providing the inner surface protection tube 14 on the inner surface of the horizontal reaction tube, and the deposition on the inner wall of the reaction tube is prevented. Also, maintenance of the vapor phase growth apparatus is simplified by making the inner protective tube 14 detachable and replacing the inner protective tube 14 on which gallium nitride is deposited with a clean inner protective tube.
[0022]
Similarly, by attaching the tip protection tube 15 to the outlet 9 of the gallium compound producing tube into the horizontal reaction tube, the gallium compound can be prevented from directly depositing on the outlet 9, and the tip protection tube can be prevented. The replacement of 15 can avoid the influence on the blowout section 9 due to the precipitation.
Further, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the gallium compound generator has a feature so that the gallium compound can be generated stably.
[0023]
FIG. 2 is a diagram illustrating a gallium source boat in a gallium compound production tube. FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B shows a partition plate provided in the gallium source boat.
The gallium source boat 6 contains metal gallium 16 and is in a molten state by heating. In the gallium source boat, the partition plate 17 is attached, and the molten metal gallium is in a state of rising due to surface tension inside each area surrounded by the partition plate 17 on all sides. By surrounding the four sides by the partition plate 17, the surface of the metal gallium can have a larger surface area as compared with the case where the partition plate 17 is not provided, and the reaction between the metal gallium and the reaction gas can be further promoted.
[0024]
Further, the partition plate 17 has a communication portion 18 at a lower portion, so that the height of the surface of the molten metal gallium in each region surrounded by the partition plate can be made the same, and the metal in the region surrounded by the partition plate can be formed. Nonuniform gallium can be prevented.
Further, a lid 19 to which the reaction gas introduction pipe 4 such as hydrogen chloride is attached is provided above the gallium source boat 6, and plays a role of increasing the reaction efficiency between the gallium source and the reaction gas.
[0025]
3A and 3B are views for explaining a substrate holder of the vapor phase growth apparatus of the present invention. FIG. 3A is a sectional view, and FIG. 3B is a front view of the substrate holder as viewed from the substrate surface.
The substrate holder 12 includes a rotation shaft 20 and a substrate holder 21 on which the substrate 11 is mounted. The substrate holder 21 is detachable from the rotating shaft 20, and the substrate 11 is attached to the substrate holder 21 by a substrate cover 22 which holds the substrate from the periphery and does not expose the periphery of the substrate to the reactor.
[0026]
In the present invention, the substrate holder 21 and the substrate cover 22 are made of a carbon material or a carbon material coated with silicon carbide, thereby preventing polycrystalline gallium nitride from being deposited on the side surface and the back surface of the substrate 11. . This can prevent crystal cracks due to the stress of the polycrystalline gallium nitride deposited on the back surface of the substrate, and can improve crystal quality and yield.
[0027]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, which is different from the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 1 in the number of hydride introduction tubes connected to the reaction tubes and the mounting position. FIG. 4 is a view of the vapor phase growth apparatus viewed from the end face direction of the reaction tube. A gallium compound generator 5 is provided at the center of the reaction tube 2, and a reaction gas introduction tube 4 is provided in the gallium source boat. FIG. 4 (A) shows an example in which two hydride introduction tubes 3 are connected above and below a gallium compound production tube 5, and FIG. 4 (B) shows four hydride introduction tubes 3 on the circumference. Is an example of the combination. Thus, by disposing the hydride introduction pipes 3 evenly, the concentration distribution of the hydride acting as a nitrogen source in the reaction tube can be made more uniform.
[0028]
FIG. 5 is a sectional view illustrating another embodiment of the vapor phase growth apparatus of the present invention. The apparatus shown in FIG. 5 uses the substrate holder 12 having the substrate holder 61 to which a number of substrates can be attached in the vapor phase growth apparatus shown in FIG. Further, a plurality of blow-out portions 9 of the gallium compound generating tube 5 are provided to enable uniform single crystal growth on a plurality of substrates. The apparatus is the same as the apparatus shown in FIG. 1 except for the structure of the substrate holder 12 and the blowing section 9 and the number of hydride introduction pipes. With this apparatus configuration, it is possible to grow uniform gallium nitride on a plurality of substrates.
[0029]
FIG. 6 is a diagram illustrating a substrate holder that holds a plurality of substrates in the vapor phase growth apparatus of FIG. FIG. 6A is a front view of the substrate holder as viewed from the substrate surface, and FIG. 6B is a cross-sectional view.
The substrate holder 12 includes a rotating shaft 20 rotatably attached to the reactor and a substrate holder 61 for attaching the substrate 11. The substrate holder 61 is detachable from the rotating shaft 20, and the substrate 11 is attached to the substrate holder 61 by a substrate cover 22 that holds the substrate from the periphery and does not expose the periphery of the substrate to the reactor. In order to explain the correspondence between each substrate and the blow-out part of the gallium compound generation part, the positions of the plurality of tip protection tubes 15 are indicated by broken lines.
[0030]
Further, a plurality of through holes 71 are provided in the central portion of the substrate holder 61 to prevent a large area of the substrate holder from obstructing the flow of gas inside the reaction tube.
In the reaction tube, the gallium compound producing tube is not limited to one provided at one place, but by providing a plurality of tubes, the concentration of the gallium compound inside the reaction tube can be made more uniform.
[0031]
FIG. 7 is a sectional view for explaining another example of the gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.
The apparatus shown in FIG. 7 uses the substrate holder 12 having the substrate holder 61 to which a large number of substrates can be attached, and further has four gallium compound production tubes 81 in the vapor phase growth apparatus shown in FIG. ing. The gallium compound generation tubes 81 are evenly arranged on the circumference, and the blowing portion 9 is provided at the tip of each gallium compound generation tube 81, enabling uniform single crystal growth on a plurality of substrates. This is the same as the device shown in FIG. 1 except for the structure of the blowing section 9.
[0032]
In the apparatus shown in FIG. 7, since a plurality of gallium compound generation tubes 5 are provided independently, the amount of gallium compound blown out from each gallium compound generation tube is equalized as compared with the apparatus shown in FIG. Can be
In the above description, the horizontal reaction tube placed horizontally has been described, but the same configuration can be applied even when the shape of the reaction tube is vertical.
[0033]
【Example】
The nitride vapor phase growth apparatus of the present invention is suitable for producing a nitride such as aluminum, gallium, indium or the like of Group III of the periodic table, or a mixture thereof. In the following description, as an example, the production of a single crystal of gallium nitride will be described with reference to examples below.
Example 1
A gallium compound generating section in which 800 g of metal gallium was placed in a gallium source boat having a partition with a spacing of 1 cm was provided inside a horizontal quartz reaction tube having an inner diameter of 75 mm similar to that shown in FIG. The gallium compound generator was heated to 750 ° C. and the growth region was heated to 1000 ° C. by a heating furnace.
Hydrogen chloride was introduced into the gallium compound generator from the reaction gas introduction tube at 50 ml / min and 200 ml / min, respectively, using hydrogen as a carrier gas. Further, hydrogen was introduced from a hydrogen introduction tube on the outside thereof, and introduced from a gallium compound blowing tube having an inner diameter of 20 mm to which a quartz protective tube was attached, at a linear velocity of 5 cm / sec near the center of the substrate attached to the substrate holder. .
[0034]
On the other hand, ammonia was introduced together with hydrogen from the end of the reaction tube in the same direction as the direction in which hydrogen chloride was introduced. The linear velocity of the gas containing ammonia introduced into the mixing zone was 1 cm / sec.
Gallium nitride having a film thickness of 1 μm was previously formed on a (0001) plane sapphire substrate having a diameter of 50.8 mm. On the surface of the substrate, stripe-shaped silica patterns of width 3 μm were formed on the gallium nitride crystal at intervals of 4 μm by photolithography. On the other hand, a sample substrate formed in the <11-20> direction and separated from the growth region was mounted on a substrate holder.
[0035]
The substrate holder is a carbon substrate coated with silicon carbide to a thickness of 100 μm on a carbon substrate, and the sample substrate is covered with a substrate cover using the same material as the substrate holder having an opening size of 45 mm. Attached. The ratio of the substrate holder to the internal cross-sectional area of the reaction tube was 55%.
An inner protective tube made of quartz with an inner diameter of 62 mm was provided between the growth region inside the reaction tube and the substrate holder and on the downstream side.
The ammonia supply partial pressure was adjusted to 4.9 × 10 4 Pa (5 × 10 −1 at), the hydrogen chloride partial pressure was set to 9.8 × 10 2 Pa (1 × 10 −2 at), and the rotation speed of the substrate holder was adjusted. Gallium nitride was grown on the sample substrate for 3 hours while rotating at 10 ppm.
The thickness of the obtained gallium nitride single crystal was 300 μm, and no polycrystal was deposited on the peripheral portion and the back surface of the sample substrate, and no substrate crack was generated. The uniformity of the film thickness was within ± 2%, and the dislocation density on the surface was 1 × 10 7 / cm 2 .
[0036]
【The invention's effect】
With the nitride vapor phase growth apparatus of the present invention, the concentration of the nitrogen hydride in the reactor is made uniform, and the concentration of the gallium compound generated from the metal gallium is also made uniform to grow the single crystal. High speed and uniformity could be achieved. In addition, since an inner protective tube is used for the inner surface of the reaction tube and a tip protective tube is also provided at a blowout portion of a gallium compound generated from metal gallium, problems such as breakage of the reaction tube due to abnormal growth of gallium nitride are prevented. be able to. Further, since a carbon material or a heat-resistant material coated with silicon carbide is used as a holder for a substrate on which a gallium nitride single crystal is grown, the amount of gallium nitride deposited on the substrate holder can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a gallium source boat in a gallium compound generation unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating a substrate holder of the vapor phase growth apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining an example of an attachment position of a hydride introduction pipe on an end face to a horizontal reaction tube of a vapor phase growth apparatus.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another example of the gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining a substrate holder for holding a plurality of substrates in the vapor phase growth apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the gallium nitride vapor phase growth apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a conventional vapor phase growth apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vapor phase growth apparatus 2 ... Horizontal reaction tube 3 ... Hydride introduction tube 4 ... Reaction gas introduction tube 5 ... Gallium compound production tube 6 ... Gallium source boat 7 ... First heating means 8 ... Baffle plate 9 ... Blow-out part 10 ... second heating means 11 ... substrate 12 ... substrate holder 13 ... discharge port 14 ... inner surface protection tube 15 ... tip protection tube 16 ... metal gallium 17 ... partition plate 18 ... communication part 19 ... cover 20 ... rotary shaft 21 ... substrate Holder 22 ... substrate cover 30 ... tube wall 31 ... hydride introduction tube 41 ... reaction gas introduction tube 51 ... gallium compound generation tube 61 ... substrate holder 71 ... through hole 81 ... vapor phase growth apparatus 82 ... reaction tube 83 ... hydrogen Compound introduction tube 84 Reactant gas introduction tube 85 Gallium compound production tube 86 Gallium source 87 First heating means 88 Substrate 89 Substrate holder 810 Second heating means 811 Exhaust port

Claims (12)

窒素の水素化物と III族元素のハロゲン化物により窒化物結晶の成長を行う反応管と、前記窒素の水素化物を反応管内に供給する水素化物導入管と、前記反応管内に設けられ、前記 III族元素の塩化物を生成し反応管内に供給するIII族元素のハロゲン化物生成手段とを有する窒化物の気相成長装置において、
前記水素化物導入管の反応管内での開口端部を、前記 III族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部より上流に配置し、かつ、基板ホルダーに保持された窒化物結晶成長用の基板を前記 III族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部に対向するように配置したことを特徴とする窒化物の気相成長装置。
A reaction tube for growing a nitride crystal with a hydride of nitrogen and a halide of a group III element, a hydride introduction tube for supplying the hydride of nitrogen into the reaction tube, and a hydride introduction tube provided in the reaction tube; A group III element halide producing means for producing elemental chloride and supplying it into the reaction tube;
The opening end of the hydride introduction tube in the reaction tube is arranged upstream of the blowing portion of the halide generating means of the group III element, and the substrate for nitride crystal growth held by the substrate holder is placed on the substrate. An apparatus for vapor-phase growth of a nitride, wherein the apparatus is arranged so as to face a blowing part of a halide generating means of a group III element.
前記水素化物導入管の開口端部を金属源の加熱手段より上流、又は反応管の端面に配置したことを特徴とする請求項1記載の窒化物の気相成長装置。2. An apparatus for vapor-phase growth of nitride according to claim 1, wherein an open end of said hydride introduction pipe is arranged upstream of a heating means of a metal source or on an end face of a reaction tube. 前記水素化物導入管を複数設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物の気相成長装置。3. An apparatus for vapor-phase growth of nitride according to claim 1, wherein a plurality of said hydride introduction pipes are provided. 前記 III族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部の断面積は、先端に向かうにしたがって小さくなることを特徴とする請求項1ないし3にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。The nitride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the cross-sectional area of the blowing part of the means for generating a group III element halide decreases toward the tip. 前記吹き出し部の断面積を反応管の内部の断面積の5〜30%とすることを特徴とする請求項4記載の窒化物の気相成長装置。5. The apparatus for growing a nitride vapor phase according to claim 4, wherein a cross-sectional area of the blow-out portion is 5 to 30% of a cross-sectional area inside the reaction tube. 前記 III族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部を複数に分岐し、前記基板ホルダーに取り付けた多数枚の基板を前記吹き出し部に対向するように配置したことを特徴とする請求項1ないし5にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。The blow-off portion of the means for generating a halide of the group III element is branched into a plurality of portions, and a plurality of substrates attached to the substrate holder are arranged so as to face the blow-out portion. An apparatus for growing a nitride according to any one of the preceding claims. 前記反応管内に、金属源を内部に有する III族元素のハロゲン化物生成手段を複数設け、前記基板ホルダーに取り付けた多数枚の基板を前記III族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部に対向するように配置したことを特徴とする請求項1ないし5にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。A plurality of group III element halide generating means having a metal source therein are provided in the reaction tube, and a large number of substrates attached to the substrate holder are opposed to the blowing section of the group III element halide generating means. The nitride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein: 金属源を収容した金属源ボートに、溶融状態の金属の表面積を拡大するとともに、溶融金属が連通する連通口を有する仕切り板を設けたことを特徴とする請求項1ないし7にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。8. The metal source boat accommodating a metal source, wherein a partition plate having a communication port through which the surface area of the molten metal is enlarged and the molten metal communicates is provided. Of nitride vapor phase growth equipment. 基板保持具及び基板覆いが炭素材料、もしくは炭化ケイ素を被覆した耐熱性材料であることを特徴とする請求項1ないし8にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。9. The nitride vapor-phase growth apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder and the substrate cover are made of a carbon material or a heat-resistant material coated with silicon carbide. 少なくとも窒素の水素化物と III族元素のハロゲン化物が混合され、加熱される反応管の内壁に内面保護管を設けたことを特徴とする請求項1ないし9にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。The nitride gas according to any one of claims 1 to 9, wherein at least a hydride of nitrogen and a halide of a group III element are mixed and an inner protective tube is provided on an inner wall of the reaction tube to be heated. Phase growth equipment. III 族元素のハロゲン化物生成手段の吹き出し部には、着脱自在な先端保護管が取り付けられていることを特徴とする請求項1ないし10にいずれかに記載の窒化物の気相成長装置。The nitride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein a detachable tip protection tube is attached to a blowing part of the group III element halide generation means. 請求項1ないしの11のいずれかに記載の窒化ガリウムの気相成長装置を用い、結晶基板上に形成したAlxGa1−xN(1≦x≦1) の表面の一部にマスクを設け、マスクの開口部から基板面に平行な横方向成長(ELO成長)を行うことを特徴とする窒化物の気相成長装置。A mask is provided on a part of the surface of AlxGa1-xN (1 ≦ x ≦ 1) formed on a crystal substrate using the gallium nitride vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 11. A nitride vapor phase growth apparatus characterized by performing lateral growth (ELO growth) parallel to a substrate surface from an opening.
JP36415399A 1999-12-22 1999-12-22 Vapor growth equipment for nitride Expired - Lifetime JP3553583B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36415399A JP3553583B2 (en) 1999-12-22 1999-12-22 Vapor growth equipment for nitride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36415399A JP3553583B2 (en) 1999-12-22 1999-12-22 Vapor growth equipment for nitride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001181097A JP2001181097A (en) 2001-07-03
JP3553583B2 true JP3553583B2 (en) 2004-08-11

Family

ID=18481112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP36415399A Expired - Lifetime JP3553583B2 (en) 1999-12-22 1999-12-22 Vapor growth equipment for nitride

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3553583B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007254879A (en) * 2006-02-27 2007-10-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Group III nitride crystal growth method and GaN crystal

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4784904B2 (en) * 2001-08-29 2011-10-05 信越半導体株式会社 Liquid phase growth apparatus and liquid phase growth method using the same
JP3803788B2 (en) 2002-04-09 2006-08-02 農工大ティー・エル・オー株式会社 Vapor phase growth method of Al III-V compound semiconductor, Al III-V compound semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus
KR100467267B1 (en) * 2002-05-24 2005-01-24 엘지전자 주식회사 Apparatus and method for manufacturing GaN substrate
JP4359770B2 (en) * 2003-12-26 2009-11-04 日立電線株式会社 III-V nitride semiconductor substrate and production lot thereof
JP4420128B2 (en) * 2003-12-26 2010-02-24 日立電線株式会社 III-V nitride semiconductor device and method for manufacturing the same
JP4563230B2 (en) 2005-03-28 2010-10-13 昭和電工株式会社 Method for manufacturing AlGaN substrate
JP4187175B2 (en) 2006-03-13 2008-11-26 国立大学法人東北大学 Method for producing gallium nitride material
KR100718118B1 (en) * 2006-06-01 2007-05-14 삼성코닝 주식회사 Method and apparatus for growing crack-free Baan bulk single crystal
CN109423690B (en) * 2017-08-21 2022-09-16 株式会社Flosfia Method for manufacturing crystalline film
KR102179974B1 (en) * 2018-08-03 2020-11-17 안형수 Apparatus and method for forming a nitride coating layer
CN116657248B (en) * 2023-08-02 2023-09-22 雅安宇焜芯材材料科技有限公司 A semiconductor material preparation system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007254879A (en) * 2006-02-27 2007-10-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Group III nitride crystal growth method and GaN crystal

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001181097A (en) 2001-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5923553B2 (en) Large volume delivery method for producing gallium trichloride
EP0502209A1 (en) Method and apparatus for growing compound semiconductor crystals
JP3553583B2 (en) Vapor growth equipment for nitride
WO2006003381A1 (en) Deposition technique for producing high quality compound semiconductor materials
CN101080516B (en) Method for producing GaN or AlGaN crystals
KR100943091B1 (en) Hydride vapor phase epitaxy equipment for gan single crystal growth
CN111133133B (en) Vapor phase growth apparatus and control method thereof
KR20120067943A (en) Apparatus and method for manufacturing silicon carbide single crystal
JP2008066490A (en) Vapor phase growing device
JP4797793B2 (en) Method for manufacturing nitride semiconductor crystal
JP4381489B2 (en) Chemical vapor deposition equipment
JPH0940491A (en) Method for growing semiconductor crystal film
JP2004031874A (en) Semiconductor epitaxial growth equipment
JP7002722B2 (en) Vapor deposition equipment
JP7002731B2 (en) Vapor deposition equipment
JP2012084581A (en) Vapor phase epitaxial growth device
JP4075385B2 (en) Seed crystal of gallium nitride single crystal and growth method thereof
JP4341647B2 (en) Chemical vapor deposition equipment
JP2006013326A (en) Temperature control method of semiconductor manufacturing equipment
JP2012041206A (en) Susceptor and method for growing seed crystal
JP7002730B2 (en) Vapor deposition equipment
JP5386303B2 (en) Semiconductor substrate manufacturing method and hydride vapor phase growth apparatus
JPS63188933A (en) Vapor-phase growth method for gallium nitride-based compound semiconductors
JPH10167897A (en) Method for growing gan film
JPH11329976A (en) Iii group nitride crystal growing device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040416

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040429

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3553583

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120514

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120514

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term