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JP7728541B2 - Gallium nitride layer manufacturing apparatus and method for manufacturing a gallium nitride layer - Google Patents
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JP7728541B2 - Gallium nitride layer manufacturing apparatus and method for manufacturing a gallium nitride layer - Google Patents

Gallium nitride layer manufacturing apparatus and method for manufacturing a gallium nitride layer

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JP7728541B2 JP2021206096A JP2021206096A JP7728541B2 JP 7728541 B2 JP7728541 B2 JP 7728541B2 JP 2021206096 A JP2021206096 A JP 2021206096A JP 2021206096 A JP2021206096 A JP 2021206096A JP 7728541 B2 JP7728541 B2 JP 7728541B2
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Description

本発明は、窒化ガリウム(以下では、単にGaNともいう)で構成される種基板上にGaN層を成長させるGaN層製造装置およびGaN層の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a GaN layer manufacturing apparatus and a GaN layer manufacturing method for growing a GaN layer on a seed substrate made of gallium nitride (hereinafter simply referred to as GaN).

従来より、GaNで構成される種基板上に、不純物がドープされたドープGaN層と、不純物がドープされていないアンドープGaN層とを順に成長させてウェハを構成する製造方法が提案されている。具体的には、この製造方法では、ドープGaN層を成長させる際には、成長用容器内に、ガリウム系ガスおよびアンモニア系ガスを供給すると共に不純物を含むドーパントガスを供給してドープGaN層を成長させる。また、アンドープGaN層を成長させる際には、成長用容器内に、不純物を含むドーパントガスを供給せず、ガリウム系ガスおよびアンモニア系ガスを供給することでアンドープGaN層を成長させる。 A manufacturing method has been proposed for constructing a wafer by sequentially growing a doped GaN layer, which is doped with impurities, and an undoped GaN layer, which is not doped with impurities, on a seed substrate made of GaN. Specifically, in this manufacturing method, when growing the doped GaN layer, a gallium-based gas and an ammonia-based gas are supplied into the growth chamber, along with a dopant gas containing impurities, to grow the doped GaN layer. When growing the undoped GaN layer, a gallium-based gas and an ammonia-based gas are supplied into the growth chamber, without supplying a dopant gas containing impurities, to grow the undoped GaN layer.

この場合、ドープGaN層を成長させた際には、成長用容器に不純物に起因する異物が付着する可能性がある。このため、ドープGaN層を成長させた後にそのままアンドープGaN層を成長させようとすると、成長用容器に付着している異物(すなわち、不純物)がアンドープGaN層に混入する可能性がある。 In this case, when growing a doped GaN layer, there is a possibility that foreign matter due to impurities may adhere to the growth vessel. Therefore, if an attempt is made to grow an undoped GaN layer immediately after growing a doped GaN layer, there is a possibility that foreign matter (i.e., impurities) adhering to the growth vessel may be mixed into the undoped GaN layer.

したがって、例えば、特許文献1には、ドープGaN層とアンドープGaN層との間に、インジウム(In)を含む吸着層を配置することが提案されている。これによれば、吸着層を形成する際に成長用容器に付着している異物を吸着層に吸着させることができる。このため、アンドープGaN層を成長させる際、アンドープGaN層に不要な異物が混入することを抑制できる。つまり、GaN層の特性が変化することを抑制できる。 For example, Patent Document 1 proposes placing an adsorption layer containing indium (In) between a doped GaN layer and an undoped GaN layer. This allows foreign matter adhering to the growth vessel to be adsorbed onto the adsorption layer when the adsorption layer is formed. This prevents unwanted foreign matter from being mixed into the undoped GaN layer when the undoped GaN layer is grown. In other words, it prevents changes to the properties of the GaN layer.

特開2014-96567号公報JP 2014-96567 A

しかしながら、ドープGaN層とアンドープGaN層との間にインジウムを含む吸着層を配置することにより、吸着層と、ドープGaN層およびアンドープGaN層との間で格子不整合が発生し易くなる。このため、上記のような方法では、GaN層が歪んでしまう可能性がある。 However, placing an indium-containing adsorption layer between the doped GaN layer and the undoped GaN layer makes it easier for lattice mismatch to occur between the adsorption layer and the doped and undoped GaN layers. Therefore, the above method may result in distortion of the GaN layer.

本発明は上記点に鑑み、GaN層が歪むことを抑制しつつ、GaN層の特性が変化することを抑制できるGaN層製造装置およびGaN層の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a GaN layer manufacturing apparatus and a GaN layer manufacturing method that can suppress distortion of the GaN layer while suppressing changes in the properties of the GaN layer.

上記目的を達成するための請求項1では、GaNで構成される種基板(121)上にガリウム系ガスおよびアンモニア系ガスを供給することでGaN層(122)を成長させるGaN層製造装置であって、反応室を構成する中空部(101a)でGaN層が成長させられる筒状の成長用容器(100)を有する成長装置(10)と、成長用容器の中空部内に配置され、GaN層が成長させられる種基板が配置される台座(120)と、成長装置に備えられ、成長装置へGaN層を成長させるためのガリウム系ガスを供給する第1供給配管(310)と、成長装置に備えられ、GaN層を成長させるためのアンモニア系ガスを供給する第2供給配管(320)と、成長装置に備えられ、成長装置へドーパントガスを供給する第3供給配管(330)と、成長装置に備えられ、成長装置へエッチングガスを供給するエッチングガス用供給配管(310、350)と、を備え、種基板上に、ガリウム系ガス、アンモニア系ガス、ドーパントガスを供給することで不純物がドープされたドープGaN層(122a)を成長させた後、ドープGaN層と異なるGaN層(122b)を成長させる前に、台座にドープ窒化ガリウム層を成長させた種基板を配置した状態で、エッチングガス用供給配管からエッチングガスを成長装置へ供給して成長装置に付着している異物を除去することを行う。 In order to achieve the above object, claim 1 provides a GaN layer manufacturing apparatus for growing a GaN layer (122) by supplying a gallium-based gas and an ammonia-based gas onto a seed substrate (121) made of GaN, the apparatus comprising: a growth apparatus (10) having a cylindrical growth vessel (100) in which a GaN layer is grown in a hollow portion (101a) constituting a reaction chamber; a pedestal (120) disposed within the hollow portion of the growth vessel and on which a seed substrate on which a GaN layer is grown is placed; a first supply pipe (310) provided in the growth apparatus for supplying a gallium-based gas for growing the GaN layer to the growth apparatus; and a second supply pipe (310) provided in the growth apparatus for supplying an ammonia-based gas for growing the GaN layer. The growth apparatus is provided with a piping (320), a third supply piping (330) that is provided in the growth apparatus and that supplies a dopant gas to the growth apparatus, and an etching gas supply piping (310, 350) that is provided in the growth apparatus and that supplies an etching gas to the growth apparatus, and after a doped GaN layer (122a) doped with impurities is grown on a seed substrate by supplying a gallium-based gas, an ammonia-based gas, and a dopant gas, and before growing a GaN layer (122b) different from the doped GaN layer, the seed substrate on which the doped gallium nitride layer has been grown is placed on a pedestal, and an etching gas is supplied from the etching gas supply piping to the growth apparatus to remove foreign matter adhering to the growth apparatus.

これによれば、異物を除去することを行うため、ドープGaN層を成長させた後に当該ドープGaN層と異なるGaN層を成長させる際、異なるGaN層に異物が混入してしまうことを抑制でき、GaN層の特性が変化することを抑制できる。また、これによれば、吸着層等を配置する必要がないため、吸着層を配置することによる格子不整合等が発生し難くなり、成長させたGaN層が歪むことを抑制できる。 By removing foreign matter, when a doped GaN layer is grown and then a GaN layer different from the doped GaN layer is grown, it is possible to prevent foreign matter from being mixed into the different GaN layer, thereby preventing changes in the properties of the GaN layer. Furthermore, since this eliminates the need to place an adsorption layer, etc., lattice mismatch, etc., that would otherwise occur is less likely to occur, and distortion of the grown GaN layer can be prevented.

また、請求項8は、請求項1に記載のGaN層製造装置を用いたGaN層の製造方法であり、請求項1に記載のGaN層製造装置を用意することと、種基板上に、ガリウム系ガス、アンモニア系ガス、ドーパントガスを供給することで不純物がドープされたドープGaN層(122a)を成長させることと、ドープGaN層を成長させることの後、台座にドープ窒化ガリウム層を成長させた種基板を配置した状態で、エッチングガスを成長装置へ供給して成長装置に付着している異物を除去することと、異物を除去することの後、ドープGaN層と異なるGaN層(122b)を成長させることと、を行う。 Claim 8 provides a method for manufacturing a GaN layer using the GaN layer manufacturing apparatus according to claim 1, comprising the steps of: preparing the GaN layer manufacturing apparatus according to claim 1; growing a doped GaN layer (122a) doped with impurities on a seed substrate by supplying a gallium-based gas, an ammonia-based gas, and a dopant gas; after growing the doped GaN layer, placing the seed substrate on which the doped gallium nitride layer has been grown on a pedestal and supplying an etching gas to the growth apparatus to remove foreign matter adhering to the growth apparatus; and, after removing the foreign matter, growing a GaN layer (122b) different from the doped GaN layer.

これによれば、異物を除去することを行うため、ドープGaN層を成長させた後に当該ドープGaN層と異なるGaN層を成長させる際、異なるGaN層に異物が混入してしまうことを抑制でき、GaN層の特性が変化することを抑制できる。また、これによれば、吸着層等を配置する必要がないため、吸着層を配置することによる格子不整合等が発生し難くなり、成長させたGaN層が歪むことを抑制できる。 By removing foreign matter, when a doped GaN layer is grown and then a GaN layer different from the doped GaN layer is grown, it is possible to prevent foreign matter from being mixed into the different GaN layer, thereby preventing changes in the properties of the GaN layer. Furthermore, since this eliminates the need to place an adsorption layer, etc., lattice mismatch, etc., that would otherwise occur is less likely to occur, and distortion of the grown GaN layer can be prevented.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 Note that the reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between that component and the specific components described in the embodiments described below.

第1実施形態におけるGaN層製造装置の断面模式図である。1 is a cross-sectional schematic view of a GaN layer manufacturing apparatus according to a first embodiment. 第1実施形態で種基板上に成長させられるGaN層を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a GaN layer grown on a seed substrate in the first embodiment. 第2実施形態におけるGaN層製造装置の断面模式図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a GaN layer manufacturing apparatus according to a second embodiment. 第3実施形態におけるGaN層製造装置の断面模式図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a GaN layer manufacturing apparatus according to a third embodiment. 第4実施形態におけるGaN層製造装置の断面模式図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a GaN layer manufacturing apparatus according to a fourth embodiment. 第5実施形態におけるGaN層製造装置の断面模式図である。FIG. 10 is a cross-sectional schematic view of a GaN layer manufacturing apparatus according to a fifth embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that in the following embodiments, identical or equivalent parts will be denoted by the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、GaN層製造装置の構成について、図1を参照しつつ説明する。なお、図1に示されるGaN層製造装置は、図1の紙面上下方向を天地方向として設置され、種基板121上にGaN層122を成長させるものである。
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to the drawings. First, the configuration of a GaN layer manufacturing apparatus will be described with reference to Fig. 1. The GaN layer manufacturing apparatus shown in Fig. 1 is installed with the top and bottom directions of the paper on which Fig. 1 is drawn, and grows a GaN layer 122 on a seed substrate 121.

図1に示されるように、GaN層製造装置は、GaN層122を成長させる成長装置10、およびGaN層122を成長させるための原料ガスとしての三塩化ガリウムガスを生成する生成装置20を備えている。また、GaN層製造装置は、GaN層122を成長させるための各種のガスを成長装置10へ供給する第1~第5供給配管310~350等を備えている。 As shown in FIG. 1, the GaN layer manufacturing apparatus includes a growth apparatus 10 that grows the GaN layer 122, and a generation apparatus 20 that generates gallium trichloride gas as a source gas for growing the GaN layer 122. The GaN layer manufacturing apparatus also includes first to fifth supply pipes 310 to 350 that supply various gases for growing the GaN layer 122 to the growth apparatus 10.

成長装置10は、成長用容器100、加熱容器110、台座120、シャフト131、回転変位機構132、加熱装置140等を有している。 The growth apparatus 10 includes a growth vessel 100, a heating vessel 110, a base 120, a shaft 131, a rotational displacement mechanism 132, a heating device 140, etc.

成長用容器100は、反応室を構成する中空部101aを備えた筒状の筒部101と、筒部101に備えられて中空部101aを閉塞する第1蓋部102および第2蓋部103とを有している。筒部101は、石英ガラス等で構成され、本実施形態では、円筒状とされている。第1蓋部102および第2蓋部103は、SUS等で構成されており、第1蓋部102が筒部101のうちの天側となる一端部に備えられ、第2蓋部103が筒部101のうちの地側となる他端部に備えられている。そして、成長用容器100は、GaN層122を成長させるための他の構成要素が中空部101a内に配置され、この中空部101aの圧力を真空引きすることによって減圧できる構造とされている。 The growth vessel 100 has a cylindrical tube portion 101 with a hollow portion 101a that forms a reaction chamber, and a first lid portion 102 and a second lid portion 103 that are attached to the tube portion 101 and close the hollow portion 101a. The tube portion 101 is made of quartz glass or the like and is cylindrical in this embodiment. The first lid portion 102 and the second lid portion 103 are made of SUS or the like, with the first lid portion 102 attached to one end of the tube portion 101 that is the top side, and the second lid portion 103 attached to the other end of the tube portion 101 that is the bottom side. The growth vessel 100 has a structure in which other components for growing the GaN layer 122 are placed within the hollow portion 101a, and the pressure in this hollow portion 101a can be reduced by evacuating it.

また、成長用容器100には、GaN層122を成長させるための各種のガスを供給する第1~第5供給配管310~350が備えられている。本実施形態では、第1蓋部102に第1~第5供給配管310~350が備えられている。具体的には、第1蓋部102には、生成装置20で生成されたGaN層122を成長させるためのガリウム系ガスとして、三塩化ガリウムガスを成長用容器100内に供給する第1供給配管310が備えられている。第1蓋部102には、三塩化ガリウムガスと共にGaN層122を成長させるためのアンモニア系ガスとして、アンモニアガスを成長用容器100内に供給する第2供給配管320が備えられている。第1蓋部102には、ドーパントガスを成長用容器100内に供給する第3供給配管330が備えられている。第1蓋部102には、キャリアガスとしての窒素ガスを成長用容器100内に供給する第4供給配管340が備えられている。なお、本実施形態の第4供給配管340には、キャリアガスとしての窒素ガスと共に、水素ガスも供給される。さらに、第1蓋部102には、エッチングガスとしての塩素ガスを成長用容器100内に供給する第5供給配管350が備えられている。なお、塩素ガスが供給される第5供給配管350は、例えば、耐腐食性を有するフッ素コーティングが施された配管で構成される。また、本実施形態では、後述するように第1供給配管310にも塩素ガスが供給されるため、第1供給配管310も耐腐食性を有するフッ素コーティングが施された配管で構成される。そして、本実施形態では、第1供給配管310および第5供給配管350がエッチングガス用供給配管に相当する。 The growth vessel 100 is also provided with first to fifth supply pipes 310 to 350 that supply various gases for growing the GaN layer 122. In this embodiment, the first lid 102 is provided with the first to fifth supply pipes 310 to 350. Specifically, the first lid 102 is provided with a first supply pipe 310 that supplies gallium trichloride gas into the growth vessel 100 as a gallium-based gas for growing the GaN layer 122 generated by the generation device 20. The first lid 102 is provided with a second supply pipe 320 that supplies ammonia gas into the growth vessel 100 as an ammonia-based gas for growing the GaN layer 122 together with the gallium trichloride gas. The first lid 102 is provided with a third supply pipe 330 that supplies a dopant gas into the growth vessel 100. The first lid 102 is provided with a fourth supply pipe 340 that supplies nitrogen gas as a carrier gas into the growth vessel 100. In this embodiment, hydrogen gas is also supplied to the fourth supply pipe 340 along with nitrogen gas as a carrier gas. The first lid 102 is also provided with a fifth supply pipe 350 that supplies chlorine gas as an etching gas into the growth vessel 100. The fifth supply pipe 350, through which chlorine gas is supplied, is formed, for example, of a pipe with a corrosion-resistant fluorine coating. In this embodiment, chlorine gas is also supplied to the first supply pipe 310, as described below, and therefore the first supply pipe 310 is also formed of a pipe with a corrosion-resistant fluorine coating. In this embodiment, the first supply pipe 310 and the fifth supply pipe 350 correspond to etching gas supply pipes.

本実施形態の第1~第5供給配管310~350は、一端部が後述の加熱容器110内に位置するように配置されている。但し、第4、第5供給配管330は、一端部が第1~第3供給配管310~330の一端部よりも第1蓋部102側に位置するように配置されている。言い換えると、第4供給配管340は、第1~第3供給配管310~330から供給されたガスが、第4供給配管340から供給されたガスによって下方(すなわち、後述の種基板121側)に流動し易くなるように、配置されている。また、第5供給配管350は、第1蓋部102側にも塩素ガスが到達し易くなるように、配置されている。 In this embodiment, the first to fifth supply pipes 310 to 350 are arranged so that one end is located within the heating container 110, which will be described later. However, the fourth and fifth supply pipes 330 are arranged so that one end is located closer to the first lid 102 than one end of the first to third supply pipes 310 to 330. In other words, the fourth supply pipe 340 is arranged so that the gas supplied from the first to third supply pipes 310 to 330 is easily caused to flow downward (i.e., toward the seed substrate 121, which will be described later) by the gas supplied from the fourth supply pipe 340. Furthermore, the fifth supply pipe 350 is arranged so that chlorine gas can easily reach the first lid 102 side as well.

なお、第1供給配管310は、成長装置10側の一端部と反対側の他端部側が生成装置20に備えられている。つまり、第1供給配管310は、成長装置10と生成装置20とを繋ぐように配置されている。また、第1供給配管310は、後述する生成用容器200よりもガスの流れ方向を法線方向とする断面積が小さくされている。そして、第2~第5供給配管320~350は、特に図示しないが、成長装置10の一端部と反対側の他端部がそれぞれのガス供給源と接続されている。 The first supply pipe 310 has one end connected to the growth apparatus 10 and the other end opposite the growth apparatus 20. In other words, the first supply pipe 310 is arranged to connect the growth apparatus 10 and the generation apparatus 20. The first supply pipe 310 also has a smaller cross-sectional area normal to the gas flow direction than the generation vessel 200, which will be described later. Although not specifically shown, the second to fifth supply pipes 320 to 350 have their other ends opposite the one end of the growth apparatus 10 connected to their respective gas supply sources.

さらに、成長用容器100には、GaN層122の成長に寄与しなかった未反応ガス等を含む排気ガスを排出する排気口104が備えられている。本実施形態では、成長用容器100のうちの第2蓋部103側の部分に排気口104が備えられている。 Furthermore, the growth vessel 100 is provided with an exhaust port 104 for discharging exhaust gases including unreacted gases that did not contribute to the growth of the GaN layer 122. In this embodiment, the exhaust port 104 is provided in the portion of the growth vessel 100 on the second lid 103 side.

加熱容器110は、例えば、アルミナ、ジルコニア、熱分解炭素、黒鉛(グラファイト)等で構成されており、中空部110aを有する円筒状に形成されている。そして、加熱容器110は、第1~第5供給配管310~350からの各種のガスが中空部110a内に供給されるように、第1蓋部102に備えられている。 The heating container 110 is made of, for example, alumina, zirconia, pyrolytic carbon, graphite, or the like, and is formed in a cylindrical shape with a hollow portion 110a. The heating container 110 is attached to the first lid portion 102 so that various gases from the first to fifth supply pipes 310 to 350 are supplied into the hollow portion 110a.

台座120は、GaN層122を成長させるためのGaNで構成される種基板121が配置される部材であり、加熱容器110よりも下方に配置されている。台座120は、熱エッチングされ難い材料で構成され、例えば、表面をPbN、SiC、TaCやNbC等の高融点金属炭化物にてコーティングした黒鉛等で構成されている。そして、この台座120のうち第1~第5供給配管310~350側に位置する一面120aに種基板121が貼り付けられ、種基板121の表面にGaN層122が成長させられる。 The pedestal 120 is a component on which a seed substrate 121 made of GaN is placed for growing a GaN layer 122, and is positioned below the heating vessel 110. The pedestal 120 is made of a material that is resistant to thermal etching, such as graphite coated with a high-melting-point metal carbide such as PbN, SiC, TaC, or NbC. The seed substrate 121 is attached to one surface 120a of the pedestal 120 that faces the first to fifth supply pipes 310 to 350, and the GaN layer 122 is grown on the surface of the seed substrate 121.

なお、本実施形態では、後述するように、種基板121上に一塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスが供給されることでGaN層122が成長させられる。ここで、GaN層122を成長させる際に一塩化ガリウムガスを用いた場合、GaN層122は、種基板121の成長面が窒素面であってもガリウム面であっても成長し易いことが報告されている。したがって、本実施形態では、種基板121は、GaN層122の成長面として所望の面を選択することができる。 In this embodiment, as described below, the GaN layer 122 is grown by supplying gallium chloride gas and ammonia gas onto the seed substrate 121. It has been reported that when gallium chloride gas is used to grow the GaN layer 122, the GaN layer 122 grows easily whether the growth surface of the seed substrate 121 is the nitrogen face or the gallium face. Therefore, in this embodiment, the desired face of the seed substrate 121 can be selected as the growth surface for the GaN layer 122.

但し、種基板121上に三塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスが供給されることでGaN層122が成長させられるようにしてもよい。この場合、GaN層122を成長させる際に三塩化ガリウムガスを用いると、GaN層122は、種基板121の成長面が窒素面であると成長し易く、種基板121の成長面がガリウム面であると成長し難いことが報告されている。したがって、種基板121上に三塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスが供給されることでGaN層122を成長させる場合には、種基板121は、GaN層122の成長面が窒素面となるようにして配置されるのが好ましい。言い換えると、種基板121は、台座120と反対側の面が窒素面となるようにして配置されることが好ましい。 However, the GaN layer 122 may also be grown by supplying gallium trichloride gas and ammonia gas onto the seed substrate 121. In this case, it has been reported that when gallium trichloride gas is used to grow the GaN layer 122, the GaN layer 122 grows more easily if the growth surface of the seed substrate 121 is the nitrogen face, but grows less easily if the growth surface of the seed substrate 121 is the gallium face. Therefore, when growing the GaN layer 122 by supplying gallium trichloride gas and ammonia gas onto the seed substrate 121, it is preferable to position the seed substrate 121 so that the growth surface of the GaN layer 122 is the nitrogen face. In other words, it is preferable to position the seed substrate 121 so that the surface opposite the pedestal 120 is the nitrogen face.

また、台座120は、種基板121が配置される面と反対側の面にシャフト131が連結されている。そして、台座120は、シャフト131の回転に伴って回転させられると共に、シャフト131が成長用容器100の軸方向(すなわち、図1中紙面上下方向)に沿って変位することで共に変位する構成とされている。なお、シャフト131は、台座120と同様に、熱エッチングされ難い材料で構成され、例えば、表面をPbN、SiC、TaCやNbC等の高融点金属炭化物にてコーティングした黒鉛等で構成されている。 A shaft 131 is connected to the surface of the pedestal 120 opposite the surface on which the seed substrate 121 is placed. The pedestal 120 is rotated in conjunction with the rotation of the shaft 131, and is displaced together with the shaft 131 as it moves along the axial direction of the growth vessel 100 (i.e., the vertical direction in the plane of the page in Figure 1). Like the pedestal 120, the shaft 131 is made of a material that is resistant to thermal etching, such as graphite coated on its surface with a high-melting-point metal carbide such as PbN, SiC, TaC, or NbC.

回転変位機構132は、ギアやモータ等を含んで構成され、シャフト131と接続されてシャフト131を回転させると共にシャフト131を変位させる部材である。なお、回転変位機構132は、シャフト131を変位させる際には、GaN層122の成長に伴って当該GaN層122における成長表面の温度が成長に適した温度となるようにシャフト131(すなわち、種基板121)を変位させる。また、本実施形態の回転変位機構132は、GaN層122を成長させる際には、特に限定されるものではないが、台座120が1分間に200回転以上の回転となるようにシャフト131を回転させる。そして、本実施形態では、回転変位機構132が回転機構に相当する。 The rotational displacement mechanism 132 is a component that includes gears, a motor, etc., and is connected to the shaft 131 to rotate and displace the shaft 131. When displacing the shaft 131, the rotational displacement mechanism 132 displaces the shaft 131 (i.e., the seed substrate 121) so that the temperature of the growth surface of the GaN layer 122 becomes suitable for growth as the GaN layer 122 grows. Furthermore, when growing the GaN layer 122, the rotational displacement mechanism 132 of this embodiment rotates the shaft 131 so that the pedestal 120 rotates at least 200 revolutions per minute, although this is not a particular limitation. In this embodiment, the rotational displacement mechanism 132 corresponds to the rotation mechanism.

加熱装置140は、加熱容器110や成長用容器100内を加熱するものであり、例えば、誘導加熱用コイルや直接加熱用コイル等の加熱コイルによって構成され、成長用容器100の周囲を囲むように配置されている。そして、本実施形態の加熱装置140は、GaN層122を成長させる際には、種基板121の周囲が1000~1300℃程度となり、加熱容器110内の温度が700℃以上となるように駆動される。 The heating device 140 heats the heating vessel 110 and the inside of the growth vessel 100. It is composed of a heating coil, such as an induction heating coil or a direct heating coil, and is arranged to surround the periphery of the growth vessel 100. In this embodiment, the heating device 140 is driven so that, when growing the GaN layer 122, the temperature around the seed substrate 121 reaches approximately 1000 to 1300°C and the temperature inside the heating vessel 110 reaches 700°C or higher.

生成装置20は、生成用容器200および加熱装置240等を有している。生成用容器200は、中空部201aを有する筒状の筒部201と、筒部201に備えられて中空部201aを閉塞する第1蓋部202および第2蓋部203とを有している。筒部201は、石英ガラス等で構成され、本実施形態では、円筒状とされている。第1蓋部202および第2蓋部203は、SUS等で構成されている。第1蓋部202は、筒部201のうちの第1供給配管310が接続される側と反対側の端部に備えられ、第2蓋部203は、筒部201のうちの第1供給配管310が接続される側の端部に備えられている。なお、生成用容器200は、成長用容器100と同様に、中空部201aの圧力を真空引きすることによって減圧できる構造とされている。 The generation device 20 includes a generation vessel 200 and a heating device 240. The generation vessel 200 includes a cylindrical tube portion 201 having a hollow portion 201a, and a first lid portion 202 and a second lid portion 203 provided on the tube portion 201 and closing the hollow portion 201a. The tube portion 201 is made of quartz glass or the like, and in this embodiment, is cylindrical. The first lid portion 202 and the second lid portion 203 are made of SUS or the like. The first lid portion 202 is provided at the end of the tube portion 201 opposite the side to which the first supply pipe 310 is connected, and the second lid portion 203 is provided at the end of the tube portion 201 to which the first supply pipe 310 is connected. Similar to the growth vessel 100, the generation vessel 200 is designed so that the pressure in the hollow portion 201a can be reduced by vacuuming.

生成用容器200には、中空部201aを、第1蓋部202側の第1空間211と、第2蓋部203側の第2空間212とに区画する区画壁213が備えられている。但し、この区画壁213は、第1空間211と第2空間212との連通が維持されるように形成されている。言い換えると、区画壁213は、第1空間211と第2空間212とを完全に区画しないように備えられている。 The production vessel 200 is provided with a partition wall 213 that divides the hollow portion 201a into a first space 211 on the first lid portion 202 side and a second space 212 on the second lid portion 203 side. However, this partition wall 213 is formed so as to maintain communication between the first space 211 and the second space 212. In other words, the partition wall 213 is configured so as not to completely separate the first space 211 from the second space 212.

そして、第1空間211には、金属ガリウム220が配置されている。第2空間212には、本実施形態では、後述するように第1空間211で生成された一塩化ガリウムガスおよび塩素ガスと接触する壁面を増加させるための仕切壁214が備えられている。 Metallic gallium 220 is placed in the first space 211. In this embodiment, the second space 212 is provided with a partition wall 214 to increase the wall surface that comes into contact with the gallium monochloride gas and chlorine gas generated in the first space 211, as described below.

また、生成用容器200には、塩素ガスを生成用容器200内に誘導する第1誘導配管231および第2誘導配管232が備えられている。本実施形態では、第1誘導配管231は、第1空間211に塩素ガスを誘導できるように、第1蓋部202に備えられている。第2誘導配管232は、第2空間212に塩素ガスを誘導できるように、筒部201に備えられている。なお、本実施形態では、第1誘導配管231および第2誘導配管232から生成用容器200内にキャリアガスとしての窒素ガスも誘導される。 The generation vessel 200 is also equipped with a first induction pipe 231 and a second induction pipe 232 that guide chlorine gas into the generation vessel 200. In this embodiment, the first induction pipe 231 is provided in the first lid portion 202 so that chlorine gas can be guided to the first space 211. The second induction pipe 232 is provided in the cylindrical portion 201 so that chlorine gas can be guided to the second space 212. In this embodiment, nitrogen gas is also guided into the generation vessel 200 as a carrier gas from the first induction pipe 231 and the second induction pipe 232.

加熱装置240は、生成用容器200内を加熱するものであり、例えば、抵抗加熱式ヒータ等で構成され、生成用容器200の周囲に配置されている。本実施形態では、加熱装置240は、生成用容器200のうちの第1空間211を構成する部分を囲むように配置される。そして、加熱装置240は、GaN層122を成長させる際には、第1空間211が800~900℃程度となり、第2空間212のうちの第2蓋部203側の温度が第1空間211からの伝熱によって150℃程度となるように、駆動される。なお、本実施形態の第2空間212は、第1空間211からの伝熱によって加熱されるため、第1空間211側の部分から第2蓋部203側に向かって温度が徐々に低くなる温度勾配となる。 The heating device 240 heats the inside of the production vessel 200 and is configured, for example, by a resistance heater, and is arranged around the production vessel 200. In this embodiment, the heating device 240 is arranged to surround the portion of the production vessel 200 that constitutes the first space 211. When growing the GaN layer 122, the heating device 240 is driven so that the first space 211 is approximately 800 to 900°C and the temperature of the second space 212 on the second lid portion 203 side is approximately 150°C due to heat transfer from the first space 211. Note that, because the second space 212 in this embodiment is heated by heat transfer from the first space 211, a temperature gradient results in the temperature gradually decreasing from the portion on the first space 211 side toward the second lid portion 203 side.

そして、生成装置20には、第2蓋部203に第1供給配管310の他端部が備えられている。なお、特に図示しないが、第1供給配管310の周囲にも加熱装置が配置される。そして、第1供給配管310は、GaN層122を成長させる際には、例えば、150℃程度に加熱されるようになっている。 The other end of the first supply pipe 310 is provided on the second lid 203 of the generation device 20. Although not specifically shown, a heating device is also arranged around the first supply pipe 310. The first supply pipe 310 is heated to, for example, approximately 150°C when growing the GaN layer 122.

以上が本実施形態におけるGaN層製造装置の構成である。次に、上記GaN層製造装置を用いたGaN層122の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the GaN layer manufacturing apparatus in this embodiment. Next, we will explain the method for manufacturing the GaN layer 122 using the above GaN layer manufacturing apparatus.

まず、上記GaN層製造装置を用意し、台座120の一面120aに種基板121を配置する。そして、回転変位機構132により、シャフト131を介して台座120を回転させると共に、台座120の位置を調整する。なお、GaN層122を成長させている際には、GaN層122の成長レートに合せて台座の高さを調整する。これにより、GaN層の成長表面の高さがほぼ一定に保たれ、成長表面温度の温度分布を効果的に制御することが可能となる。 First, the GaN layer manufacturing apparatus is prepared, and the seed substrate 121 is placed on one surface 120a of the pedestal 120. Then, the rotational displacement mechanism 132 rotates the pedestal 120 via the shaft 131, and the position of the pedestal 120 is adjusted. Note that while the GaN layer 122 is growing, the height of the pedestal is adjusted to match the growth rate of the GaN layer 122. This keeps the height of the growth surface of the GaN layer approximately constant, making it possible to effectively control the temperature distribution of the growth surface temperature.

次に、各加熱装置140、240を駆動する。具体的には、成長用容器100内に配置された種基板121の周囲が1000~1300℃程度となると共に加熱容器110内の温度が700℃以上となるように、加熱装置140を駆動する。また、生成用容器200における第1空間211が800~900℃程度となり、第2空間212のうちの第2蓋部203側の部分が150℃程度となるように加熱装置240を駆動する。さらに、図示を省略しているが、第1供給配管310も150℃程度なるように、これらの周囲に配置される加熱装置を駆動する。 Next, the heating devices 140, 240 are driven. Specifically, the heating device 140 is driven so that the temperature around the seed substrate 121 placed in the growth vessel 100 reaches approximately 1000-1300°C and the temperature inside the heating vessel 110 reaches 700°C or higher. The heating device 240 is also driven so that the first space 211 in the generation vessel 200 reaches approximately 800-900°C and the portion of the second space 212 on the second lid 203 side reaches approximately 150°C. Furthermore, although not shown, the heating devices arranged around the first supply pipe 310 are driven so that the first supply pipe 310 also reaches approximately 150°C.

続いて、生成装置20内に、第1誘導配管231および第2誘導配管232から、塩素ガスおよびキャリアガスとしての窒素ガスを誘導する。これにより、第1空間211では、下記化学式1で示されるように、金属ガリウム220と塩素ガスとが反応し、一塩化ガリウムガスが生成される。 Next, chlorine gas and nitrogen gas as a carrier gas are introduced into the generator 20 from the first induction pipe 231 and the second induction pipe 232. As a result, in the first space 211, the metallic gallium 220 reacts with the chlorine gas to generate gallium monochloride gas, as shown in the following chemical formula 1.

(化1)Ga+1/2Cl→GaCl
また、この一塩化ガリウムガスが第2空間212に流動することにより、下記化学式2で示されるように、一塩化ガリウムガスが第2空間212に誘導されている塩素ガスと反応して三塩化ガリウムガスが生成される。
(Chemical formula 1) Ga + 1/2Cl 2 → GaCl
Furthermore, as this gallium monochloride gas flows into the second space 212, the gallium monochloride gas reacts with the chlorine gas introduced into the second space 212 to produce gallium trichloride gas, as shown in Chemical Formula 2 below.

(化2)GaCl+Cl→GaCl
この際、第1供給配管310から誘導される塩素ガスよりも第2供給配管320から誘導される塩素ガスの量を多くすることにより、一塩化ガリウムが残存することを抑制できる。特に限定されるものではないが、例えば、第1供給配管310から100sccm程度の塩素ガスが誘導され、第2供給配管320から200sccm程度の塩素ガスが誘導される。なお、窒素ガスは、例えば、1slm程度が誘導される。
(Chemical formula 2) GaCl+Cl 2 →GaCl 3
At this time, residual gallium monochloride can be suppressed by making the amount of chlorine gas derived from the second supply pipe 320 greater than the amount of chlorine gas derived from the first supply pipe 310. Although not particularly limited, for example, about 100 sccm of chlorine gas is derived from the first supply pipe 310, and about 200 sccm of chlorine gas is derived from the second supply pipe 320. Note that, for example, about 1 slm of nitrogen gas is derived.

そして、三塩化ガリウムガスが第1供給配管310を介して成長装置10に供給される。この場合、本実施形態の第2空間212には、仕切壁214が備えられている。このため、第2空間212に誘導されたガスは、高温部分としての仕切壁214に衝突し易くなると共に流動距離が長くなる。したがって、一塩化ガリウムガスが塩素ガスと反応されずに残存することを抑制できる。なお、三塩化ガリウムは、一塩化ガリウムよりも沸点が低い材料であり、三塩化ガリウムガスは、一塩化ガリウムガスよりも固化し難いガスである。このため、このように三塩化ガリウムガスを第1供給配管310から成長装置10へ供給することにより、第1供給配管310内で一塩化ガリウムガスが固化して第1供給配管310が閉塞されることを抑制できる。 Then, gallium trichloride gas is supplied to the growth apparatus 10 via the first supply pipe 310. In this case, the second space 212 in this embodiment is provided with a partition wall 214. Therefore, the gas guided into the second space 212 is more likely to collide with the partition wall 214, which serves as a high-temperature portion, and the flow distance is longer. This prevents gallium monochloride gas from remaining without reacting with chlorine gas. Note that gallium trichloride has a lower boiling point than gallium monochloride, and gallium trichloride gas is more difficult to solidify than gallium monochloride gas. Therefore, by supplying gallium trichloride gas to the growth apparatus 10 from the first supply pipe 310 in this manner, it is possible to prevent gallium monochloride gas from solidifying in the first supply pipe 310 and clogging the first supply pipe 310.

そして、第2供給配管320からアンモニアガスを成長用容器100に供給すると共に、第4供給配管340から窒素ガスおよび水素ガスを成長用容器100に供給する。この際、加熱容器110内では、下記化学式3によって一塩化ガリウムが生成される。 Ammonia gas is then supplied to the growth vessel 100 from the second supply pipe 320, and nitrogen gas and hydrogen gas are supplied to the growth vessel 100 from the fourth supply pipe 340. At this time, gallium monochloride is produced in the heating vessel 110 according to the following chemical formula 3.

(化3)GaCl+H→GaCl+2HCl
その後、アンモニアガスおよび一塩化ガリウムガスが流動して種基板121に供給され、下記化学式4に示されるように、種基板121の表面にGaN層122が成長させられる。
(Chemical formula 3) GaCl 3 +H 2 →GaCl+2HCl
Thereafter, ammonia gas and gallium monochloride gas are flowed and supplied to seed substrate 121, and GaN layer 122 is grown on the surface of seed substrate 121 as shown in Chemical Formula 4 below.

(化4)GaCl+NH→GaN+HCl+H
なお、アンモニアガスの供給は、加熱装置140を駆動した後であって、窒素抜けを防止するために、種基板121の周囲の温度が500℃以下である状態で開始することが好ましい。また、アンモニアガスは、例えば、1~5slm程度が供給される。キャリアガスとしての窒素ガスは、例えば、1~10slm程度が供給される。水素ガスは、例えば、50~500sccmが供給される。
(Chemical formula 4) GaCl+NH 3 →GaN+HCl+H 2
The supply of ammonia gas is preferably started after the heating device 140 is driven, when the temperature around the seed substrate 121 is 500° C. or lower, in order to prevent nitrogen loss. The ammonia gas is supplied at, for example, about 1 to 5 slm. The nitrogen gas serving as a carrier gas is supplied at, for example, about 1 to 10 slm. The hydrogen gas is supplied at, for example, 50 to 500 sccm.

ここで、本実施形態では、図2に示されるように、種基板121上に、GaN層122として、n型不純物がドープされたn-GaN層122a、不純物がドープされていないアンドープのu-GaN層122b、p型不純物がドープされたp-GaN層122cを順に成長させる。 In this embodiment, as shown in Figure 2, the following GaN layers 122 are grown on the seed substrate 121 in this order: an n-GaN layer 122a doped with n-type impurities, an undoped u-GaN layer 122b not doped with impurities, and a p-GaN layer 122c doped with p-type impurities.

この場合、n-GaN層122aは、上記の化学式4の反応によって成長させられる際、一塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスに加え、第3供給配管330からn型不純物を含むドーパントガスが成長装置10に供給されることで成長させられる。同様に、p-GaN層122cは、上記の化学式4の反応によって成長させられる際、一塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスに加え、第3供給配管330からp型不純物を含むドーパントガスが成長装置10に供給されることで成長させられる。なお、n型不純物を含むドーパントガスとしては、((CSiH)等を含むガスが挙げられ、p型不純物を含むドーパントガスは、Mg、CpMg、またはMgCl等を含むガスが挙げられる。 In this case, when the n-GaN layer 122a is grown by the reaction of Chemical Formula 4 above, a dopant gas containing n-type impurities is supplied to the growth apparatus 10 from the third supply pipe 330 in addition to gallium chloride gas and ammonia gas. Similarly, when the p-GaN layer 122c is grown by the reaction of Chemical Formula 4 above, a dopant gas containing p-type impurities is supplied to the growth apparatus 10 from the third supply pipe 330 in addition to gallium chloride gas and ammonia gas. An example of a dopant gas containing n-type impurities is a gas containing ((C 2 H 5 ) 3 SiH), and an example of a dopant gas containing p-type impurities is a gas containing Mg, Cp 2 Mg, or MgCl 2 .

また、u-GaN層122bは、一塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスが種基板121に供給されつつ、第3供給配管330からのドーパントガスの供給が停止されることで成長させられる。 The u-GaN layer 122b is grown by supplying gallium monochloride gas and ammonia gas to the seed substrate 121 while stopping the supply of dopant gas from the third supply pipe 330.

そして、上記のように、ドープGaN層であるn-GaN層122aを成長させると、成長用容器100の内壁面等に不純物に起因する異物が付着する可能性がある。このため、n-GaN層122aの後にアンドープGaN層であるu-GaN層122bを成長させると、u-GaN層122b中に不純物が混入してしまう可能性がある。 As described above, when the n-GaN layer 122a, which is a doped GaN layer, is grown, there is a possibility that foreign matter caused by impurities will adhere to the inner wall surface of the growth vessel 100. Therefore, when the u-GaN layer 122b, which is an undoped GaN layer, is grown after the n-GaN layer 122a, there is a possibility that impurities will be mixed into the u-GaN layer 122b.

したがって、本実施形態では、n-GaN層122aを成長させた後、成長装置10の内壁面等に付着している異物を除去する異物除去工程を行う。具体的には、まず、第1供給配管310から三塩化ガリウムガスが成長用容器100内に供給されないようにする。本実施形態では、生成装置20において、第1誘導配管231から誘導されていた塩素ガスを停止する。これにより、生成装置20の第1空間211では、一塩化ガリウムガスが生成されないため、第1供給配管310から三塩化ガリウムガスが成長用容器100内に供給されなくなる。 Therefore, in this embodiment, after growing the n-GaN layer 122a, a foreign matter removal process is performed to remove foreign matter adhering to the inner wall surfaces, etc., of the growth apparatus 10. Specifically, first, gallium trichloride gas is prevented from being supplied from the first supply pipe 310 into the growth vessel 100. In this embodiment, chlorine gas introduced from the first induction pipe 231 in the generation apparatus 20 is stopped. As a result, gallium monochloride gas is not generated in the first space 211 of the generation apparatus 20, and therefore gallium trichloride gas is no longer supplied from the first supply pipe 310 into the growth vessel 100.

次に、成長装置10内に塩素ガスを供給する。本実施形態では、生成装置20の第2空間212に誘導されていた塩素ガスを誘導し続け、第1供給配管310から成長装置10に塩素ガスを誘導する。また、本実施形態では、第5供給配管350からも塩素ガスを成長装置10内へ供給する。これにより、塩素ガスがエッチングガスであるため、成長用容器100の内壁面に付着している異物を除去できる。なお、第1供給配管310から成長装置10に塩素ガスを誘導することにより、第1供給配管310に付着し得る一塩化ガリウム等も除去できる。 Next, chlorine gas is supplied into the growth apparatus 10. In this embodiment, the chlorine gas that was being introduced into the second space 212 of the generation apparatus 20 continues to be introduced, and chlorine gas is introduced into the growth apparatus 10 from the first supply pipe 310. In this embodiment, chlorine gas is also supplied into the growth apparatus 10 from the fifth supply pipe 350. As chlorine gas is an etching gas, this makes it possible to remove foreign matter adhering to the inner wall surface of the growth vessel 100. Note that by introducing chlorine gas from the first supply pipe 310 into the growth apparatus 10, gallium monochloride and the like that may be adhering to the first supply pipe 310 can also be removed.

また、本実施形態では、異物除去工程を行う際、第2供給配管320からアンモニアガスの供給をそのまま継続する。これにより、異物除去工程を行う前に成長させたGaN層122上にアンモニアガスが存在する状態となり、塩素ガスが当該GaN層122に到達し難くなる。したがって、塩素ガスによって成長させたGaN層122がエッチングされてしまうことを抑制できる。 Furthermore, in this embodiment, when the foreign matter removal process is performed, the supply of ammonia gas from the second supply pipe 320 continues. This causes ammonia gas to be present on the GaN layer 122 grown before the foreign matter removal process is performed, making it difficult for chlorine gas to reach the GaN layer 122. Therefore, it is possible to prevent the grown GaN layer 122 from being etched by chlorine gas.

さらに、本実施形態では、異物除去工程を行う際、GaN層122を成長させる際よりも台座120(すなわち、種基板121)の回転数が少なくなるようにする。例えば、異物除去工程を行う際には、台座120が1分間に数十回転となるようにシャフト131を回転させる。これにより、台座120の周囲に塩素ガスが引き込まれ難くなり、塩素ガスがGaN層122に到達し難くなる。したがって、塩素ガスによって成長させたGaN層122がエッチングされてしまうことを抑制できる。 Furthermore, in this embodiment, when performing the foreign matter removal process, the rotation speed of the pedestal 120 (i.e., the seed substrate 121) is set lower than when growing the GaN layer 122. For example, when performing the foreign matter removal process, the shaft 131 is rotated so that the pedestal 120 rotates several tens of times per minute. This makes it difficult for chlorine gas to be drawn into the periphery of the pedestal 120, making it difficult for the chlorine gas to reach the GaN layer 122. Therefore, it is possible to prevent the grown GaN layer 122 from being etched by chlorine gas.

そして、u-GaN層122bは、異物除去工程を行った後に成長させる。これにより、u-GaN層122bを成長させる際、n-GaN層122aを成長させる際の不純物がu-GaN層122bに混入することを抑制できる。 The u-GaN layer 122b is then grown after a foreign material removal process. This prevents impurities from being introduced into the u-GaN layer 122b during growth of the n-GaN layer 122a.

なお、p-GaN層122cは、u-GaN層122bを成長させる際にドーパントガスを供給しないため、u-GaN層122bを成長した後にそのまま成長させられる。 Note that the p-GaN layer 122c is grown directly after the u-GaN layer 122b is grown, since no dopant gas is supplied when growing the u-GaN layer 122b.

以上説明した本実施形態によれば、GaN層122として、ドープGaN層を成長させた後にアンドープGaN層を成長させる場合、アンドープGaN層を成長させる前に異物除去工程を行うようにしている。このため、アンドープGaN層に異物が混入してしまうことを抑制でき、GaN層122の特性が変化することを抑制できる。 According to the present embodiment described above, when growing a doped GaN layer as the GaN layer 122 and then growing an undoped GaN layer, a foreign matter removal process is performed before growing the undoped GaN layer. This prevents foreign matter from being mixed into the undoped GaN layer, and prevents changes in the properties of the GaN layer 122.

また、異物除去工程を行うことでアンドープGaN層に不純物が混入することを抑制しており、ドープGaN層とアンドープGaN層との間に吸着層等を配置する必要がない。このため、吸着層を配置することによる格子不整合等が発生し難くなり、成長させたGaN層122が歪むことを抑制できる。 In addition, the foreign matter removal process prevents impurities from being mixed into the undoped GaN layer, eliminating the need to place an adsorption layer between the doped and undoped GaN layers. This makes it less likely that lattice mismatches caused by the placement of an adsorption layer will occur, and prevents distortion of the grown GaN layer 122.

なお、本実施形態では、ドープGaN層としてのn-GaN層122aを成長させた後に、アンドープGaN層としてのu-GaN層122bを成長させる例について説明した。しかしながら、本実施形態の製造装置および製造方法は、以下のような場合にも適用可能である。例えば、ドープGaN層として、高不純物濃度のn型の第1GaN層を成長させた後に低不純物濃度のn型の第2GaN層を成長させる場合、第1GaN層を成長させた後にそのまま第2GaN層を成長させると、成長装置10に付着している異物が混入されることで第2GaN層の不純物濃度が変化してしまう可能性がある。このため、第1GaN層を成長させた後、異物除去工程を行ってから第2GaN層を成長させることにより、第2GaN層の不純物濃度が変化することを抑制できる。すなわち、本実施形態の製造装置および製造方法は、不純物の種類や不純物濃度が異なるGaN層を順に成長させる場合に適用でき、後のGaN層を成長させる前に異物除去工程を行うことでGaN層の特性が変化することを抑制できる。 In this embodiment, an example has been described in which an n-GaN layer 122a is grown as a doped GaN layer, followed by a u-GaN layer 122b as an undoped GaN layer. However, the manufacturing apparatus and manufacturing method of this embodiment can also be applied to the following cases. For example, when growing a high-impurity-concentration n-type first GaN layer as a doped GaN layer and then a low-impurity-concentration n-type second GaN layer, if the second GaN layer is grown directly after the first GaN layer is grown, there is a possibility that the impurity concentration of the second GaN layer will change due to the inclusion of foreign matter adhering to the growth apparatus 10. Therefore, by growing the first GaN layer and then performing a foreign matter removal process before growing the second GaN layer, changes in the impurity concentration of the second GaN layer can be suppressed. In other words, the manufacturing apparatus and manufacturing method of this embodiment can be applied when GaN layers with different impurity types or impurity concentrations are grown in sequence, and by performing a foreign matter removal process before growing the subsequent GaN layer, changes in the properties of the GaN layer can be suppressed.

(1)本実施形態では、異物除去工程を行う際には、第2供給配管320からアンモニアガスの供給を継続している。このため、塩素ガスが成長させたGaN層122に到達し難くなり、GaN層122がエッチングされることを抑制できる。 (1) In this embodiment, when the foreign matter removal process is performed, ammonia gas is continuously supplied from the second supply pipe 320. This makes it difficult for chlorine gas to reach the grown GaN layer 122, thereby preventing the GaN layer 122 from being etched.

(2)本実施形態では、異物除去工程を行う際には、GaN層122を成長させる際よりも台座120(すなわち、種基板121)の回転数が少なくなるようにしている。このため、台座120の周囲に塩素ガスが引き込まれ難くなり、塩素ガスがGaN層122に到達し難くなる。したがって、塩素ガスによってGaN層122がエッチングされることを抑制できる。 (2) In this embodiment, when performing the foreign matter removal process, the rotation speed of the pedestal 120 (i.e., the seed substrate 121) is set lower than when growing the GaN layer 122. This makes it difficult for chlorine gas to be drawn into the periphery of the pedestal 120, making it difficult for the chlorine gas to reach the GaN layer 122. This prevents the GaN layer 122 from being etched by the chlorine gas.

(第1実施形態の変形例)
上記第1実施形態では、異物除去工程を行う際、第1供給配管310および第5供給配管350から成長装置10に塩素ガスを供給する例について説明したが、いずれか一方のみから塩素ガスを供給するようにしてもよい。なお、第1供給配管310のみから成長装置10に塩素ガスを誘導するようにした場合には、第5供給配管350は備えられていなくてもよい。
(Modification of the first embodiment)
In the first embodiment, an example has been described in which chlorine gas is supplied to the growth apparatus 10 from the first supply pipe 310 and the fifth supply pipe 350 during the foreign matter removal process, but chlorine gas may be supplied from only one of them. Note that if chlorine gas is introduced into the growth apparatus 10 from only the first supply pipe 310, the fifth supply pipe 350 may not be provided.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、排気口104を追加したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that an exhaust port 104 is added. As the rest of the configuration is the same as the first embodiment, a description thereof will be omitted here.

本実施形態のGaN層製造装置では、図3に示されるように、排気口104が成長用容器100のうちの第1蓋部102側の部分にも備えられている。以下、排気口104において、第2蓋部103側に備えられているものを下部排気口104aとし、第1蓋部102側に備えられているものを上部排気口104bとして説明する。なお、本実施形態では、下部排気口104aが第1排気口に相当し、上部排気口104bが第2排気口に相当している。 In the GaN layer manufacturing apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 3, an exhaust port 104 is also provided on the portion of the growth vessel 100 on the first lid 102 side. Hereinafter, the exhaust port 104 provided on the second lid 103 side will be referred to as the lower exhaust port 104a, and the exhaust port 104 provided on the first lid 102 side will be referred to as the upper exhaust port 104b. In this embodiment, the lower exhaust port 104a corresponds to the first exhaust port, and the upper exhaust port 104b corresponds to the second exhaust port.

また、本実施形態では、下部排気口104aに図示しない下部開閉部が備えられていると共に、上部排気口104bに図示しない上部開閉部が備えられている。下部開閉部および上部開閉部は、それぞれバルブ等で構成されており、開状態とされることで成長用容器100内と外部とを連通状態とし、閉状態とされることで成長用容器100内と外部との連通状態を遮断する。 In addition, in this embodiment, the lower exhaust port 104a is equipped with a lower opening/closing unit (not shown), and the upper exhaust port 104b is equipped with an upper opening/closing unit (not shown). The lower opening/closing unit and the upper opening/closing unit are each composed of a valve or the like, and when opened, they connect the inside of the growth vessel 100 to the outside, and when closed, they block communication between the inside of the growth vessel 100 and the outside.

以上が本実施形態におけるGaN層製造装置の構成である。次に、上記GaN層製造装置を用いたGaN層122の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the GaN layer manufacturing apparatus in this embodiment. Next, we will explain the method for manufacturing the GaN layer 122 using the above GaN layer manufacturing apparatus.

本実施形態では、GaN層122を成長させる際には、下部開閉部を開状態にすると共に上部開閉部を閉状態とする。つまり、下部排気口104aを通じて成長装置10内と外部とが連通状態となり、上部排気口104bを通じて成長装置10内と外部とが連通状態とならないようにする。これにより、GaN層122を成長させる際の排気ガスは、下部排気口104aから排気される。 In this embodiment, when growing the GaN layer 122, the lower opening/closing unit is opened and the upper opening/closing unit is closed. In other words, the inside and outside of the growth apparatus 10 are in communication with each other through the lower exhaust port 104a, but the inside and outside of the growth apparatus 10 are not in communication with each other through the upper exhaust port 104b. As a result, exhaust gases used when growing the GaN layer 122 are exhausted from the lower exhaust port 104a.

一方、異物除去工程を行う際には、下部開閉部を閉状態にすると共に上部開閉部を開状態にする。つまり、上部排気口104bを通じて成長装置10内と外部とが連通状態となり、下部排気口104aを通じて成長装置10内と外部とが連通状態とならないようにする。これにより、異物除去工程を行う際の排気ガス(すなわち、塩素ガス)は、上部排気口104bから排気される。このため、種基板121より第1蓋部102側に位置する異物を効率的に除去できる。言い換えると、種基板121上に到達し得る異物を効率的に除去できる。したがって、異物除去工程を行った後にGaN層122を成長させる際、異物がGaN層122に混入することをさらに抑制できる。 On the other hand, when performing the foreign matter removal process, the lower opening/closing unit is closed and the upper opening/closing unit is open. In other words, the inside and outside of the growth apparatus 10 are in communication with each other through the upper exhaust port 104b, while the inside and outside of the growth apparatus 10 are not in communication with each other through the lower exhaust port 104a. As a result, the exhaust gas (i.e., chlorine gas) used during the foreign matter removal process is exhausted from the upper exhaust port 104b. This allows for efficient removal of foreign matter located on the first lid 102 side of the seed substrate 121. In other words, it allows for efficient removal of foreign matter that may reach the seed substrate 121. Therefore, when growing the GaN layer 122 after the foreign matter removal process, it is possible to further prevent foreign matter from being mixed into the GaN layer 122.

以上説明した本実施形態によれば、吸着層を備えずに異物除去工程を行うため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the foreign matter removal process is performed without an adsorption layer, so the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、上部排気口104bが備えられている。そして、異物除去工程を行う際には、排気ガスが上部排気口104bから排気されるようにしている。このため、種基板121より第1蓋部102側に位置する異物を効率的に除去でき、異物除去工程を行った後にGaN層122を成長させる際、異物がGaN層122に混入することをさらに抑制できる。 (1) In this embodiment, an upper exhaust port 104b is provided. When performing the foreign matter removal process, exhaust gas is exhausted from the upper exhaust port 104b. This allows foreign matter located on the first lid 102 side of the seed substrate 121 to be efficiently removed, and further prevents foreign matter from being mixed into the GaN layer 122 when the GaN layer 122 is grown after the foreign matter removal process.

(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、遮蔽板を追加したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a shielding plate is added. As the other features are the same as those of the first embodiment, a description thereof will be omitted here.

本実施形態のGaN層製造装置では、図4に示されるように、成長装置10に変位可能な遮蔽板150が備えられている。具体的には、遮蔽板150は、加熱容器110と種基板121との間に配置される変位状態と、加熱容器110と種基板121との間と異なる位置に配置される格納状態との切り替えを行うことができるように備えられている。なお、変位状態とは、言い換えると、第1、第5供給配管310、350の一端部と種基板121との間に遮蔽板150が配置される状態のことである。また格納状態とは、言い換えると、加熱容器110と種基板121との間に遮蔽板150が配置されない状態のことである。そして、図4では、遮蔽板150が変位状態である際の図を示している。 In the GaN layer manufacturing apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 4, the growth apparatus 10 is provided with a displaceable shielding plate 150. Specifically, the shielding plate 150 is provided so that it can be switched between a displaced state in which it is positioned between the heating vessel 110 and the seed substrate 121, and a stored state in which it is positioned at a position different from between the heating vessel 110 and the seed substrate 121. The displaced state is, in other words, a state in which the shielding plate 150 is positioned between one end of the first and fifth supply pipes 310, 350 and the seed substrate 121. The stored state is, in other words, a state in which the shielding plate 150 is not positioned between the heating vessel 110 and the seed substrate 121. Figure 4 shows the shielding plate 150 in the displaced state.

以上が本実施形態におけるGaN層製造装置の構成である。次に、上記GaN層製造装置を用いたGaN層122の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the GaN layer manufacturing apparatus in this embodiment. Next, we will explain the method for manufacturing the GaN layer 122 using the above GaN layer manufacturing apparatus.

本実施形態では、GaN層122を成長させる際には、遮蔽板150を格納状態となるように配置する。これにより、加熱容器110内に供給された各ガスの流れが遮蔽板150によって妨げられることを抑制できる。 In this embodiment, when growing the GaN layer 122, the shielding plate 150 is positioned in a retracted state. This prevents the shielding plate 150 from interfering with the flow of each gas supplied into the heating vessel 110.

そして、異物除去工程を行う際には、遮蔽板150を変位状態とする。つまり、異物除去工程を行う際には、第1、第5供給配管310、350と種基板121との間に遮蔽板150が配置されるようにする。これにより、塩素ガスがGaN層122に到達することを抑制でき、GaN層122がエッチングされることを抑制できる。なお、本実施形態では、遮蔽板150によって塩素ガスがGaN層122に到達し難くなる。このため、異物除去工程を行う際、第2供給配管320からアンモニアガスが供給されていなくてもよい。また、異物除去工程を行う際、台座120の回転数が少なくなるようにしなくてもよい。 Then, when the foreign matter removal process is performed, the shielding plate 150 is displaced. That is, when performing the foreign matter removal process, the shielding plate 150 is positioned between the first and fifth supply pipes 310, 350 and the seed substrate 121. This prevents chlorine gas from reaching the GaN layer 122, and prevents the GaN layer 122 from being etched. Note that in this embodiment, the shielding plate 150 makes it difficult for chlorine gas to reach the GaN layer 122. Therefore, when performing the foreign matter removal process, ammonia gas does not need to be supplied from the second supply pipe 320. Furthermore, when performing the foreign matter removal process, it is not necessary to reduce the rotation speed of the pedestal 120.

以上説明した本実施形態によれば、吸着層を備えずに異物除去工程を行うため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the foreign matter removal process is performed without an adsorption layer, so the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、遮蔽板150が備えられており、異物除去工程を行う際には、遮蔽板150を変位状態とする。これにより、塩素ガスがGaN層122に到達することを抑制でき、GaN層122がエッチングされることを抑制できる。 (1) In this embodiment, a shielding plate 150 is provided, and the shielding plate 150 is displaced when performing the foreign matter removal process. This prevents chlorine gas from reaching the GaN layer 122, thereby preventing the GaN layer 122 from being etched.

(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第1供給配管310に第6供給配管を連結したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, a sixth supply pipe is connected to the first supply pipe 310 in comparison with the first embodiment. As the rest of the configuration is the same as the first embodiment, a description thereof will be omitted here.

本実施形態のGaN層製造装置では、図5に示されるように、第1供給配管310に、バルブ等で構成される切替部400を介して第6供給配管360が備えられている。なお、第6供給配管360は、切替部400と反対側の端部が図示しないガス供給源と接続され、キャリアガスとしての窒素ガスが供給されるようになっている。そして、成長装置10には、切替部400が調整されることにより、生成装置20から三塩化ガリウムガスが供給されるか、または第6供給配管360から窒素ガスが供給される。 In the GaN layer manufacturing apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 5, the first supply pipe 310 is provided with a sixth supply pipe 360 via a switching unit 400 composed of a valve or the like. The end of the sixth supply pipe 360 opposite the switching unit 400 is connected to a gas supply source (not shown) so that nitrogen gas is supplied as a carrier gas. Then, by adjusting the switching unit 400, the growth apparatus 10 is supplied with gallium trichloride gas from the generation apparatus 20 or nitrogen gas from the sixth supply pipe 360.

以上が本実施形態におけるGaN層製造装置の構成である。次に、上記GaN層製造装置を用いたGaN層122の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the GaN layer manufacturing apparatus in this embodiment. Next, we will explain the method for manufacturing the GaN layer 122 using the above GaN layer manufacturing apparatus.

本実施形態では、GaN層122を成長させる際には、切替部400を調整し、生成装置20から三塩化ガリウムガスが成長装置10へ供給されるようにする。 In this embodiment, when growing the GaN layer 122, the switching unit 400 is adjusted so that gallium trichloride gas is supplied from the generation device 20 to the growth device 10.

一方、異物除去工程を行う際には、第5供給配管350から成長装置10へ塩素ガスを供給し、第1供給配管310を介して生成装置20から成長装置10へ塩素ガスが供給されないようにする。この際、第1供給配管310から成長装置10へのガスの供給を停止すると、成長装置10内のガスの量や流れが変化し、その後のGaN層122の成長が行い難くなる可能性がある。このため、本実施形態では、異物除去工程を行う際には、切替部400を調整し、成長装置10へ第6供給配管360から窒素ガスが供給されるようにする。これにより、成長装置10内のガスの量や流れが変化することを抑制できる。 On the other hand, when performing the foreign matter removal process, chlorine gas is supplied to the growth apparatus 10 from the fifth supply pipe 350, and chlorine gas is not supplied from the generation device 20 to the growth apparatus 10 via the first supply pipe 310. If the supply of gas from the first supply pipe 310 to the growth apparatus 10 is stopped at this time, the amount and flow of gas within the growth apparatus 10 may change, making it difficult to subsequently grow the GaN layer 122. Therefore, in this embodiment, when performing the foreign matter removal process, the switching unit 400 is adjusted so that nitrogen gas is supplied to the growth apparatus 10 from the sixth supply pipe 360. This prevents changes in the amount and flow of gas within the growth apparatus 10.

以上説明した本実施形態によれば、吸着層を備えずに異物除去工程を行うため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the foreign matter removal process is performed without an adsorption layer, so the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、異物除去工程を行う際には、第5供給配管350から成長装置10へ塩素ガスを供給し、第1供給配管310を介して生成装置20から成長装置10へ塩素ガスが供給されないようにする。また、異物除去工程を行う際には、切替部400を調整し、成長装置10へ第6供給配管360から窒素ガスが供給されるようにする。これにより、成長装置10内のガスの量や流れが変化することを抑制でき、その後のGaN層122の成長が行い難くなることを抑制できる。 (1) In this embodiment, when performing the foreign matter removal process, chlorine gas is supplied to the growth apparatus 10 from the fifth supply pipe 350, and chlorine gas is not supplied from the generation device 20 to the growth apparatus 10 via the first supply pipe 310. Furthermore, when performing the foreign matter removal process, the switching unit 400 is adjusted so that nitrogen gas is supplied to the growth apparatus 10 from the sixth supply pipe 360. This prevents changes in the amount and flow of gas within the growth apparatus 10 and prevents subsequent difficulties in growing the GaN layer 122.

(第5実施形態)
第5実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、収容室を追加したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Fifth Embodiment
A fifth embodiment will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a storage chamber is added. As the rest of the configuration is the same as the first embodiment, a description thereof will be omitted here.

本実施形態のGaN層製造装置は、図6に示されるように、成長装置10および生成装置20に加え、収容室30が備えられている。収容室30は、種基板121や、種基板121上にGaN層122を成長させたウェハを収容するものであり、成長用容器100と同様に、石英ガラス等で構成され、箱状とされている。 As shown in FIG. 6, the GaN layer manufacturing apparatus of this embodiment is equipped with a storage chamber 30 in addition to a growth apparatus 10 and a generation apparatus 20. The storage chamber 30 stores a seed substrate 121 or a wafer with a GaN layer 122 grown on the seed substrate 121, and, like the growth vessel 100, is made of quartz glass or the like and is box-shaped.

収容室30の周囲には、例えば、誘導加熱用コイルや直接加熱用コイル等の加熱コイルによって構成され、成長用容器100の周囲を囲むように配置された加熱装置31が配置されている。そして、本実施形態の加熱装置31は、収容室30内が1000~1300℃程度となるように駆動される。言い換えると、加熱装置31は、収容室30内がGaN層122を成長させる際の種基板121の周囲の温度と同じ温度となるように駆動される。なお、本実施形態における収容室30が種基板121の周囲の温度と同じ温度とは、誤差を含むものであり、例えば、GaN層122を成長させる際の種基板121の周囲の温度に対して収容室30の温度が±20%程度の温度となっている場合も含んでいる。 A heating device 31, which is composed of a heating coil such as an induction heating coil or a direct heating coil, is arranged around the periphery of the growth vessel 100 around the periphery of the accommodation chamber 30. In this embodiment, the heating device 31 is driven so that the temperature inside the accommodation chamber 30 is approximately 1000 to 1300°C. In other words, the heating device 31 is driven so that the temperature inside the accommodation chamber 30 is the same as the temperature around the seed substrate 121 when the GaN layer 122 is grown. Note that in this embodiment, the "temperature inside the accommodation chamber 30 being the same as the temperature around the seed substrate 121" includes a margin of error, and includes, for example, a case where the temperature inside the accommodation chamber 30 is approximately ±20% of the temperature around the seed substrate 121 when the GaN layer 122 is grown.

また、収容室30には、収容室30内にアンモニアガスを供給するための供給配管32が備えられていると共に排気用の排気口33が備えられている。 The storage chamber 30 is also equipped with a supply pipe 32 for supplying ammonia gas into the storage chamber 30, as well as an exhaust port 33 for exhaust.

収容室30は、搬送通路40を介して成長装置10と連結されている。また、搬送通路40には、開閉可能な仕切扉41が備えられている。そして、成長装置10と収容室30とは、仕切扉41が開状態である際に連通状態となり、仕切扉41が閉状態である際に分離された状態となる。 The storage chamber 30 is connected to the growth device 10 via a transport passage 40. The transport passage 40 is also equipped with an openable and closable partition door 41. The growth device 10 and the storage chamber 30 are in communication when the partition door 41 is open, and are separated when the partition door 41 is closed.

さらに、本実施形態のGaN層製造装置は、特に図示しないが、搬送通路40を通過して成長装置10と収容室30との間で種基板121を搬送可能な搬送部が備えられている。そして、搬送部により、収容室30内から種基板121を成長装置10内へ搬送すると共に、成長装置10内からGaN層122を成長させた種基板121を収容室30内へ搬送可能となっている。 Furthermore, although not specifically shown, the GaN layer manufacturing apparatus of this embodiment is equipped with a transport unit capable of transporting the seed substrate 121 between the growth apparatus 10 and the accommodation chamber 30 through the transport passage 40. The transport unit is capable of transporting the seed substrate 121 from the accommodation chamber 30 into the growth apparatus 10, and transporting the seed substrate 121 on which the GaN layer 122 has been grown from the growth apparatus 10 into the accommodation chamber 30.

以上が本実施形態におけるGaN層製造装置の構成である。次に、上記GaN層製造装置を用いたGaN層122の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the GaN layer manufacturing apparatus in this embodiment. Next, we will explain the method for manufacturing the GaN layer 122 using the above GaN layer manufacturing apparatus.

本実施形態では、GaN層122を成長させる工程および異物除去工程を適宜行い、種基板121上にGaN層122を成長させる。なお、GaN層122を成長させる際には、仕切扉41が閉状態となっている。また、収容室30は、加熱装置31によって1000~1300℃程度に加熱されると共にアンモニアガスが充満された状態となるように調整されている。 In this embodiment, the GaN layer 122 is grown on the seed substrate 121 by appropriately performing the GaN layer 122 growth process and the foreign matter removal process. Note that the partition door 41 is closed when growing the GaN layer 122. The accommodation chamber 30 is heated to approximately 1000-1300°C by the heating device 31 and is adjusted to be filled with ammonia gas.

そして、GaN層122を成長させた後には、仕切扉41を開状態とし、GaN層122を成長させた種基板121を収容室30に搬送して収容すると共に、収容室30から新たな種基板121を成長装置10内へ搬送して台座120上に載置する。この際、本実施形態では、収容室30が1000~1300℃程度に加熱されていると共にアンモニアガスが充満された状態となっている。このため、仕切扉41を開状態にした際、成長装置10内の状態が大きく変化することを抑制でき、その後のGaN層122の成長を行い易くできる。 After the GaN layer 122 has been grown, the partition door 41 is opened, and the seed substrate 121 on which the GaN layer 122 has been grown is transported to and accommodated in the accommodation chamber 30. A new seed substrate 121 is then transported from the accommodation chamber 30 into the growth apparatus 10 and placed on the pedestal 120. In this embodiment, the accommodation chamber 30 is heated to approximately 1000-1300°C and filled with ammonia gas. Therefore, when the partition door 41 is opened, significant changes in the conditions inside the growth apparatus 10 can be prevented, facilitating the subsequent growth of the GaN layer 122.

以上説明した本実施形態によれば、吸着層を備えずに異物除去工程を行うため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the foreign matter removal process is performed without an adsorption layer, so the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、収容室30を備え、収容室30は、搬送通路40を介して成長装置10と連結されている。そして、GaN層122を成長させた種基板121を収容室30に搬送して収容すると共に、収容室30から新たな種基板121を成長装置10内へ搬送して台座120上に載置し、異なる種基板121上にGaN層122を連続して成長させる。このため、複数の異なる種基板121にGaN層122を製造する際、製造時間の短縮化を図ることができる。 (1) In this embodiment, a storage chamber 30 is provided, which is connected to the growth apparatus 10 via a transfer passage 40. The seed substrate 121 on which the GaN layer 122 has been grown is transferred to and stored in the storage chamber 30, and a new seed substrate 121 is transferred from the storage chamber 30 into the growth apparatus 10 and placed on the pedestal 120, allowing GaN layers 122 to be continuously grown on the different seed substrates 121. This reduces the manufacturing time when GaN layers 122 are grown on multiple different seed substrates 121.

また、収容室30は、1000~1300℃程度に加熱されていると共にアンモニアガスが充満された状態となるように調整される。このため、種基板121を搬送する際、成長装置10内の状態が大きく変化することを抑制でき、その後のGaN層122の成長を行い易くできる。 The accommodation chamber 30 is heated to approximately 1000-1300°C and is adjusted to be filled with ammonia gas. This prevents significant changes in the conditions inside the growth apparatus 10 when the seed substrate 121 is transported, facilitating the subsequent growth of the GaN layer 122.

(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
Although the present disclosure has been described with reference to the embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiments or structures. The present disclosure also encompasses various modifications and modifications within the scope of equivalents. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and spirit of the present disclosure.

上記各実施形態において、成長装置10の構成は適宜変更である。例えば、上記各実施形態では、台座120の回転および変位を行う回転変位機構132を備える例を説明したが、台座120の回転のみを行って変位を行わないようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the configuration of the growth apparatus 10 may be modified as appropriate. For example, in each of the above embodiments, an example was described in which a rotational displacement mechanism 132 was provided to rotate and displace the pedestal 120, but it is also possible to only rotate the pedestal 120 without displacing it.

また、上記各実施形態において、第2空間212に仕切壁214が備えられていなくてもよい。 Furthermore, in each of the above embodiments, the second space 212 does not necessarily need to be provided with a partition wall 214.

さらに、上記第1実施形態において、異物除去工程を行う際、アンモニアガスの供給を継続することと、台座120の回転数を少なくすることは、いずれか一方のみを行うようにしてもよい。また、上記第1実施形態において、異物除去工程を行う際、アンモニアガスの供給を継続することと、台座120の回転数を少なくすることは、行わないようにしてもよい。 Furthermore, in the first embodiment described above, when the foreign matter removal process is performed, it is possible to either continue the supply of ammonia gas or reduce the rotation speed of the base 120. Furthermore, in the first embodiment described above, when the foreign matter removal process is performed, it is possible to neither continue the supply of ammonia gas nor reduce the rotation speed of the base 120.

また、上記各実施形態において、第1供給配管310の他端部を生成装置20と異なるガス供給源と接続し、このガス供給源からガリウム系ガスが成長装置10へ供給されるようにしてもよい。 Furthermore, in each of the above embodiments, the other end of the first supply pipe 310 may be connected to a gas supply source different from the generation apparatus 20, and the gallium-based gas may be supplied to the growth apparatus 10 from this gas supply source.

さらに、上記各実施形態において、第4供給配管340から水素ガスが供給されず、三塩化ガリウムガスが種基板121に供給されるようにしてもよい。これによれば、三塩化ガリウムガスがアンモニアガスと反応してGaN層122が成長させられる。 Furthermore, in each of the above embodiments, hydrogen gas may not be supplied from the fourth supply pipe 340, and gallium trichloride gas may be supplied to the seed substrate 121. In this case, the gallium trichloride gas reacts with ammonia gas to grow the GaN layer 122.

そして、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第2実施形態を上記第3~第5実施形態に組み合わせ、上部排気口104bを備えるようにしてもよい。上記第3実施形態を上記第4、第5実施形態に組み合わせ、遮蔽板150を備えるようにしてもよい。上記第4実施形態を上記第5実施形態に組み合わせ、第6供給配管360を備えるようにしてもよい。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせてもよい。 The above embodiments can also be combined as appropriate. For example, the second embodiment can be combined with any of the third to fifth embodiments to include an upper exhaust port 104b. The third embodiment can be combined with any of the fourth and fifth embodiments to include a shielding plate 150. The fourth embodiment can be combined with the fifth embodiment to include a sixth supply pipe 360. Furthermore, combinations of the above embodiments can also be combined together.

10 成長装置
101a 中空部
100 成長用容器
120 台座
121 種基板
122 GaN層
231 第1誘導配管
232 第2誘導配管
310 第1供給配管
320 第2供給配管
330 第3供給配管
350 第5供給配管(エッチングガス用供給配管)
REFERENCE SIGNS LIST 10 Growth apparatus 101a Hollow portion 100 Growth vessel 120 Pedestal 121 Seed substrate 122 GaN layer 231 First induction pipe 232 Second induction pipe 310 First supply pipe 320 Second supply pipe 330 Third supply pipe 350 Fifth supply pipe (etching gas supply pipe)

Claims (8)

窒化ガリウムで構成される種基板(121)上にガリウム系ガスおよびアンモニア系ガスを供給することで窒化ガリウム層(122)を成長させる窒化ガリウム層製造装置であって、
反応室を構成する中空部(101a)で前記窒化ガリウム層が成長させられる筒状の成長用容器(100)を有する成長装置(10)と、
前記成長用容器の前記中空部内に配置され、前記窒化ガリウム層が成長させられる前記種基板が配置される台座(120)と、
前記成長装置に備えられ、前記成長装置へ前記窒化ガリウム層を成長させるための前記ガリウム系ガスを供給する第1供給配管(310)と、
前記成長装置に備えられ、前記窒化ガリウム層を成長させるためのアンモニア系ガスを供給する第2供給配管(320)と、
前記成長装置に備えられ、前記成長装置へドーパントガスを供給する第3供給配管(330)と、
前記成長装置に備えられ、前記成長装置へエッチングガスを供給するエッチングガス用供給配管(310、350)と、を備え、
前記種基板上に、前記ガリウム系ガス、前記アンモニア系ガス、前記ドーパントガスを供給することで不純物がドープされたドープ窒化ガリウム層(122a)を成長させた後、前記ドープ窒化ガリウム層と異なる窒化ガリウム層(122b)を成長させる前に、前記台座に前記ドープ窒化ガリウム層を成長させた前記種基板を配置した状態で、前記エッチングガス用供給配管から前記エッチングガスを前記成長装置へ供給して前記成長装置に付着している異物を除去することを行う窒化ガリウム層製造装置。
A gallium nitride layer manufacturing apparatus for growing a gallium nitride layer (122) by supplying a gallium-based gas and an ammonia-based gas onto a seed substrate (121) made of gallium nitride,
a growth apparatus (10) having a cylindrical growth vessel (100) in which the gallium nitride layer is grown in a hollow portion (101a) that forms a reaction chamber;
a pedestal (120) disposed within the hollow portion of the growth chamber, on which the seed substrate on which the gallium nitride layer is grown is placed;
a first supply pipe (310) provided in the growth apparatus for supplying the gallium-based gas for growing the gallium nitride layer to the growth apparatus;
a second supply pipe (320) provided in the growth apparatus for supplying an ammonia-based gas for growing the gallium nitride layer;
a third supply pipe (330) provided in the growth apparatus for supplying a dopant gas to the growth apparatus;
an etching gas supply pipe (310, 350) provided in the growth apparatus for supplying an etching gas to the growth apparatus;
a gallium nitride layer manufacturing apparatus for growing a doped gallium nitride layer (122a) doped with impurities on the seed substrate by supplying the gallium-based gas, the ammonia-based gas, and the dopant gas, and then, before growing a gallium nitride layer (122b) different from the doped gallium nitride layer, the seed substrate on which the doped gallium nitride layer has been grown is placed on the pedestal, and the etching gas is supplied from the etching gas supply pipe to the growth apparatus to remove foreign matter adhering to the growth apparatus.
前記異物を除去することを行う際、前記第2供給配管から前記アンモニア系ガスが供給されるようにする請求項1に記載の窒化ガリウム層製造装置。 The gallium nitride layer manufacturing apparatus of claim 1, wherein the ammonia-based gas is supplied from the second supply pipe when removing the foreign matter. 前記台座を回転させる回転機構(132)を備え、
前記回転機構は、前記異物を除去することを行う際、前記窒化ガリウム層を成長させる際よりも前記台座の回転数が少なくするようにする請求項1または2に記載の窒化ガリウム層製造装置。
a rotation mechanism (132) for rotating the base;
3. The gallium nitride layer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the rotation mechanism rotates the pedestal at a lower rotation speed when removing the foreign matter than when growing the gallium nitride layer.
前記第1~第3供給配管および前記エッチングガス用供給配管は、前記成長用容器における一端部側に備えられ、
前記成長用容器には、前記一端部側と反対側の他端部側に第1排気口(104a)が備えられると共に、前記一端部側に第2排気口(104b)が備えられ、
前記窒化ガリウム層を成長させる際には、前記第1排気口から排気ガスが排気され、前記異物を除去することを行う際には、前記第2排気口から排気ガスが排気されるようにする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の窒化ガリウム層製造装置。
the first to third supply pipes and the etching gas supply pipe are provided on one end side of the growth chamber,
The growth vessel is provided with a first exhaust port (104a) at the other end opposite to the one end, and a second exhaust port (104b) at the one end,
4. The gallium nitride layer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein exhaust gas is exhausted from the first exhaust port when growing the gallium nitride layer, and exhaust gas is exhausted from the second exhaust port when removing the foreign matter.
前記成長用容器には、変位可能とされた遮蔽板(150)が備えられ、
前記異物を除去することを行う際、前記種基板と前記エッチングガス用供給配管との間に前記遮蔽板が配置されるようにする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の窒化ガリウム層製造装置。
The growth vessel is provided with a displaceable shielding plate (150),
5. The gallium nitride layer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the shielding plate is disposed between the seed substrate and the etching gas supply pipe when removing the foreign matter.
前記エッチングガス用供給配管は、前記第1供給配管とは別に備えられ、
前記第1供給配管に切替部(400)を介してキャリアガスを供給する第6供給配管(360)が備えられ、前記切替部が調整されることにより、前記成長装置へ前記ガリウム系ガスの供給と前記キャリアガスの供給とを選択できるようになっており、
前記異物を除去することを行う際には、前記切替部が調整されることにより、前記成長装置へ前記キャリアガスが供給されるようにする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の窒化ガリウム層製造装置。
the etching gas supply pipe is provided separately from the first supply pipe,
a sixth supply pipe (360) for supplying a carrier gas to the first supply pipe via a switching unit (400), and by adjusting the switching unit, it is possible to select between supplying the gallium-based gas and supplying the carrier gas to the growth apparatus;
6. The gallium nitride layer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein when removing the foreign matter, the switching unit is adjusted so that the carrier gas is supplied to the growth apparatus.
複数の前記種基板を収容する収容室(30)と、
前記成長装置と前記収容室との間に配置された搬送通路(40)と、を有し、
前記成長装置と前記収容室との間は、前記搬送通路に備えられた開閉可能な仕切扉(41)で区画され、
前記収容室は、前記窒化ガリウム層を成長させる際の前記種基板の周囲の温度と同じ温度になるように調整されると共にアンモニア系ガスが供給されるようになっており、
前記成長装置に配置された前記種基板上に前記窒化ガリウム層を成長させた後、前記成長装置に配置されている前記種基板を前記収容室に収容すると共に前記収容室から新たな前記種基板を前記成長装置に配置し、新たな前記種基板に対して再び前記窒化ガリウム層を成長させる請求項1ないし6のいずれか1つに記載の窒化ガリウム層製造装置。
a storage chamber (30) for storing a plurality of the seed substrates;
a transfer passage (40) disposed between the growth apparatus and the accommodation chamber;
The growth apparatus and the storage chamber are separated by an openable and closable partition door (41) provided in the transport passage,
the accommodation chamber is adjusted to have the same temperature as the ambient temperature of the seed substrate when the gallium nitride layer is grown, and an ammonia-based gas is supplied to the accommodation chamber;
7. The gallium nitride layer manufacturing apparatus according to claim 1, wherein after the gallium nitride layer is grown on the seed substrate placed in the growth apparatus, the seed substrate placed in the growth apparatus is placed in the accommodation chamber, and a new seed substrate is placed in the growth apparatus from the accommodation chamber, and the gallium nitride layer is grown again on the new seed substrate.
窒化ガリウムで構成される種基板(121)上にガリウム系ガスおよびアンモニア系ガスを供給することで窒化ガリウム層(122)を成長させる窒化ガリウム層の製造方法であって、
反応室を構成する中空部(101a)で前記窒化ガリウム層が成長させられる筒状の成長用容器(100)を有する成長装置(10)と、
前記成長用容器の前記中空部内に配置され、前記窒化ガリウム層が成長させられる前記種基板が配置される台座(120)と、
前記成長装置に備えられ、前記成長装置へ前記窒化ガリウム層を成長させるための前記ガリウム系ガスを供給する第1供給配管(310)と、
前記成長装置に備えられ、前記窒化ガリウム層を成長させるためのアンモニア系ガスを供給する第2供給配管(320)と、
前記成長装置に備えられ、前記成長装置へドーパントガスを供給する第3供給配管(330)と、
前記成長装置に備えられ、前記成長装置へエッチングガスを供給するエッチングガス用供給配管(310、350)と、を備える窒化ガリウム層製造装置を用意することと、
前記種基板上に、前記ガリウム系ガス、前記アンモニア系ガス、および前記ドーパントガスを供給することで不純物がドープされたドープ窒化ガリウム層(122a)を成長させることと、
前記ドープ窒化ガリウム層を成長させることの後、前記台座に前記ドープ窒化ガリウム層を成長させた前記種基板を配置した状態で、前記エッチングガスを前記成長装置へ供給して前記成長装置に付着している異物を除去することと、
前記異物を除去することの後、前記ドープ窒化ガリウム層と異なる窒化ガリウム層(122b)を成長させることと、を行う窒化ガリウム層の製造方法。
A method for manufacturing a gallium nitride layer, comprising: growing a gallium nitride layer (122) on a seed substrate (121) made of gallium nitride by supplying a gallium-based gas and an ammonia-based gas;
a growth apparatus (10) having a cylindrical growth vessel (100) in which the gallium nitride layer is grown in a hollow portion (101a) that forms a reaction chamber;
a pedestal (120) disposed within the hollow portion of the growth chamber, on which the seed substrate on which the gallium nitride layer is grown is placed;
a first supply pipe (310) provided in the growth apparatus for supplying the gallium-based gas for growing the gallium nitride layer to the growth apparatus;
a second supply pipe (320) provided in the growth apparatus for supplying an ammonia-based gas for growing the gallium nitride layer;
a third supply pipe (330) provided in the growth apparatus for supplying a dopant gas to the growth apparatus;
providing a gallium nitride layer production apparatus including an etching gas supply pipe (310, 350) provided in the growth apparatus and supplying an etching gas to the growth apparatus;
growing a doped gallium nitride layer (122a) doped with impurities on the seed substrate by supplying the gallium-based gas, the ammonia-based gas, and the dopant gas;
After growing the doped gallium nitride layer, supplying the etching gas to the growth apparatus while the seed substrate having the doped gallium nitride layer grown thereon is placed on the pedestal to remove foreign matter adhering to the growth apparatus;
After removing the foreign matter, growing a gallium nitride layer (122b) different from the doped gallium nitride layer.
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