JP4860309B2

JP4860309B2 - Ｉｉｉ族窒化物結晶の作製装置およびｉｉｉ族窒化物結晶の積層構造体の作製方法

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Publication number: JP4860309B2
Application number: JP2006074096A
Authority: JP
Inventors: 智彦柴田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP2007250946A

Description

本発明は、III族窒化物結晶の作製装置、特にIII族窒化物膜をエピタキシャル成長させる装置に関する。

III族窒化物結晶は、フォトニックデバイス及び電子デバイスなどの半導体素子を構成する材料として用いられている。

III族窒化物結晶の厚膜（III族窒化物厚膜）の作製方法として、所定の下地基板の上に、ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）、昇華法などの成長方法を用いてIII族窒化物結晶をエピタキシャル形成させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。下地基板としては、サファイアやＳｉＣなどの単結晶基材を用いる態様もあるが、そうした単結晶基材の上に、III族窒化物結晶をせいぜい１０μｍ程度に（熱膨張率差に起因したそりの生じない程度に）エピタキシャル形成させてなる、いわゆるエピタキシャル基板（テンプレート基板とも称する）が用いられることもある（例えば、特許文献２参照）。エピタキシャル基板は通常、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ−法）といった薄膜形成方法を用いて、その上に形成する厚膜と同種又は異種のIII族窒化物結晶をせいぜい１０μｍ程度に（熱膨張率差に起因したそりの生じない程度に）エピタキシャル形成することによって得られる。

特開２００５−２５２２４８号公報特開２００５−２２３１２６号公報

ＨＶＰＥ法を用いてIII族窒化物結晶を形成する場合、ホモエピタキシャル成長用の高品質な単結晶が存在しないため、同種の結晶の下地膜を形成したエピタキシャル基板を下地基板として用いる必要がある。

従来は、ＭＯＣＶＤ装置やＭＢＥ装置において所定の基材上に下地膜を形成することによってエピタキシャル基板を作製した後、該エピタキシャル基板をＨＶＰＥ装置における結晶成長に供するようにしていた。しかしながら、このように異なる２種類の装置の使用を前提とする作製方法は、作製コストの低減を図るうえでは問題である。

また、ＨＶＰＥ法には成長速度が速いという利点がある一方で、初期核生成の制御が難しいため、成長速度を精度よくコントロールすることが困難であるという欠点もある。従って、厚膜中にせいぜい数十ｎｍ程度の比較的薄い中間層を挿入したい場合などにＨＶＰＥ法を適用することは、困難である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＨＶＰＥ法による結晶成長とＭＯＣＶＤ法による結晶成長とを複合的に行えるIII族窒化物結晶の作製装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、反応管内でIII族元素含有ガスと窒素元素含有ガスとを気相反応させることによりIII族窒化物結晶を作製する装置であって、前記III族元素含有ガスとしてIII族元素を含む有機金属ガスを前記反応管内に供給する第１のIII族元素供給手段と、III族元素金属とハロゲン化水素とを反応させることによりハロゲン化物ガスを生成させ、前記III族元素含有ガスとして前記ハロゲン化物ガスを前記反応管内に供給する第２のIII族元素供給手段と、前記窒素元素含有ガスを前記反応管内に供給する窒素元素供給手段と、を備え、前記第１のIII族元素供給手段と前記第２のIII族元素供給手段と前記窒素元素供給手段とが、ガス種ごとに独立に、かつ、前記窒素元素供給手段からの供給ガスが前記第１のIII族元素供給手段と前記第２のIII族元素供給手段の外周部分から供給される態様にて、前記反応管内の反応領域の近傍位置に各々の供給ガスを供給するように設けられており、III族窒化物結晶を作製する際には前記III族窒化物結晶を構成する同じ種類のIII族元素について前記第１と第２のIII族元素供給手段が選択的に使用されて前記III族元素含有ガスが供給される、ことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の作製装置であって、前記窒素元素含有ガスとしてアンモニアガスを用いる、ことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、III族窒化物結晶の積層構造体の作製方法において、請求項１または請求項２に記載の作製装置を用いて、前記第１のIII族元素供給手段によって供給した前記III族元素含有ガスと前記窒素元素含有ガスとを気相反応させることによって第１のIII族窒化物層を形成する第１形成工程と、前記第２のIII族元素供給手段によって供給した前記III族元素含有ガスと前記窒素元素含有ガスとを気相反応させることによって第２のIII族窒化物層を形成する第２形成工程と、を所定の回数ずつ行うことを特徴とする。

請求項１および請求項２の発明によれば、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置が実現される。係る作製装置によれば、ガスの供給態様と加熱態様とを適宜に切り替えることで、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことができるので、両手法の長所を活かしたより自由度の高い結晶成長が可能となる。

請求項３の発明によれば、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことで、いずれか一方の方法のみを使用する場合や、それぞれの手法による結晶成長を別の装置で行う場合よりもコスト面あるいは品質面に優れたIII族窒化物結晶の積層構造体を得ることができる。

＜第１の実施の形態＞
＜装置構成＞
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物結晶の作製装置１０の構造を概念的に示す断面模式図である。作製装置１０は、略水平方向に長手方向を有する、例えば石英製やＳＵＳステンレス製の反応管１１を備える。反応管１１の内部には、略水平な載置面を有するサセプタ１２が設けられてなる。サセプタ１２の載置面上に下地基板１３を載置した状態で、反応管１１の一方端側に備わる供給系１４から所定のガスを供給し、下地基板１３の上方の空間で所定の気相反応を生じさせることによって、下地基板１３の上にIII族窒化物結晶をエピタキシャル形成させることができる。なお、以下の説明においては、III族窒化物結晶としてＡｌＮを作製する場合を例に説明しているが、作製装置１０は、他のIII族元素（Ｂ、Ｇａ、Ｉｎなど）を含むIII族窒化物結晶を作製する場合にも、適用可能である。

本実施の形態において供給系１４は、４つの供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および１４ｄを有してなる。供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および１４ｄは、いずれも先端部分（供給口）がサセプタ１２の近傍にまで達するように設けられてなる。これらの供給管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および１４ｄを通じて、それぞれが図示しない所定の供給源から供給される所定のガスが反応管１１の内部のサセプタ１２の近傍へと供給される。

供給管１４ａからは、所定のキャリアガス（例えばＮ₂ガス）とともにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）が供給される。このＴＭＡを含むガスを第１ガスｇ１と称することとする。

供給管１４ｂからは、該キャリアガスとともにＨＣｌが供給される。このＨＣｌを含むガスを第２ガスｇ２と称することとする。なお、第２ガスｇ２を供給する供給管１４ｂの途中には、金属Ａｌ粉末を載置するためのボート１５が設けられてなる。

供給管１４ｃからは、該キャリアガスとともにＮＨ₃が供給される。このＮＨ₃を含むガスを第３ガスｇ３と称することとする。

供給管１４ｄからは、該キャリアガスのみが供給される。このガスを第４ガスｇ４と称することとする。

また、反応管１１の外周部分には、ＨＣｌとＡｌとの反応領域を加熱するべく、供給系１４のうち少なくともボート１５を含む部分を、反応管１１の外部から加熱する第１ヒータ１６が備わっている。第１ヒータ１６は、抵抗加熱ヒータである。さらには、下地基板１３へのエピタキシャル成長を行わせるべく、サセプタ１２の上に載置された下地基板１３を加熱するための第２ヒータ１７も備わっている。第２ヒータ１７は、ＲＦ加熱ヒータである。

また、反応管１１の内部からの排気を行うための排気系１８も備わっている。

このような構成を有する作製装置１０においては、図示しない制御手段によって、ガス供給を行う供給管の選択や供給するガスの流量制御、ひいては反応管内の圧力制御をも含む、供給系１４からのガスの供給態様の制御と、第１ヒータおよび第２ヒータ１７の加熱態様の制御とを適宜に行うことにより、所望のIII族窒化物結晶を作製することが可能である。

特に、供給管１４ｂからの第２ガスｇ２の供給を停止し、第１ガスｇ１および第３ガスｇ３、あるいはさらに第４ガスｇ４を適宜の流量で供給し、第１ヒータ１６では加熱を行わず第２ヒータ１７による下地基板１３の加熱を行うようにする場合には、下地基板１３の上方で第１ガスｇ１中のＴＭＡと第３ガスｇ３中のＮＨ₃との気相反応が生じ、III族窒化物であるＡｌＮが下地基板１３上に析出することになる。これはすなわち、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長が実現されていることになる。ゆえに、作製装置１０は、ＭＯＣＶＤ装置としての機能を有していると言える。このように、ＭＯＣＶＤ法での結晶成長を実現する使用態様をＭＯＣＶＤモードと称することとする。

また、供給管１４ａからの第１ガスｇ１の供給を停止し、第２ガスｇ２および第３ガスｇ３、あるいはさらに第４ガスｇ４を適宜の流量で供給し、第１ヒータ１６によるボート１５の近傍の加熱と第２ヒータ１７による下地基板１３の加熱とをいずれも行うようにする場合には、供給管１４ｂの内部で第２ガスｇ２中のＨＣｌとボート１５に載置した金属Ａｌ粉末との反応で生じたＡｌＣｌ_xと、供給管１４ｃから供給される第３ガスｇ３中のＮＨ₃との気相反応が下地基板１３の上方で生じ、III族窒化物であるＡｌＮが下地基板１３上に析出することになる。これはすなわち、ＨＶＰＥ法による結晶成長が実現されていることになる。ゆえに、作製装置１０は、ＨＶＰＥ装置としての機能を有していると言える。このように、ＨＶＰＥ法での結晶成長を実現する使用態様をＨＶＰＥモードと称することとする。

よって、本実施の形態に係る作製装置１０においては、下地基板１３を載置した後、ＭＯＣＶＤモードとＨＶＰＥモードとを切り替えつつ行うことで、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを同一の装置内で連続的に行うことができる。これにより、いずれか一方の手法のみを使用する場合や、それぞれの手法による結晶成長を別の装置で行う場合よりも、コスト面あるいは品質面に優れたIII族窒化物結晶（厳密にはその積層構造体）を得ることができるようになる。

例を挙げると、初めにいったんＭＯＣＶＤモードで、サファイア、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＢＡｌＧａＩｎＮ（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの少なくとも１つを含むIII族窒化物）といった下地基板１３の上に０．５μｍの厚みのＡｌＮ下地膜をエピタキシャル形成し、引き続いて、アニール処理を行い、該ＡｌＮ下地膜の上にＨＶＰＥモードで２００μｍの厚みのＡｌＮ厚膜結晶をエピタキシャル形成する、というような態様での結晶成長が可能となる。

係る場合、前者のＡｌＮ下地膜の形成は、第１ヒータ１６による加熱は行わず、第２ヒータ１７によって下地基板１３を１２００℃に加熱しつつ、第１ガスｇ１、第３ガスｇ３、および第４ガスｇ４を反応管内圧力が２０Ｔｏｒｒとなるように供給することで、実現される。後者の厚膜結晶の成長は、ＡｌＮ下地膜の形成後、第１ガスｇ１の供給を停止し、第１ヒータ１６で供給系１４を５５０℃に加熱するとともに第２ヒータ１７によって下地基板１３を１５００℃に加熱し、第３ガスｇ３、および第４ガスｇ４を反応管内圧力が４０Ｔｏｒｒとなるように供給することで実現される。

あるいは、そのようにしてＨＶＰＥモードで厚膜を形成している途中で、ＭＯＣＶＤモードでの結晶成長を介在させることで、中間層の形成を精度良く行うことも可能である。

以上、説明したように、本実施の形態においては、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置が実現されてなる。係る作製装置によれば、ガスの供給態様と加熱態様とを適宜に切り替えることで、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことができるので、両手法の長所を活かしたより自由度の高い結晶成長が可能となる。

＜第２の実施の形態＞
ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置の構成態様は、第１の実施の形態で示したものに限定されない。本実施の形態においては、異なる構成態様を有する作製装置について説明する。

図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物結晶の作製装置２０の構造を概念的に示す断面模式図である。なお、作製装置２０において第１の実施の形態に係る作製装置１０と同様の作用効果を奏する構成要素については、図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

図２に示す作製装置２０は、作製装置１０に係る供給系１４とは異なる構成態様の供給系２４を備えている。供給系２４は、２つの供給管２４ａおよび２４ｂを有してなり、供給管２４ａからは第１ガスｇ１が、供給管２４ｂからは第２ガスｇ２が供給される。係る供給管２４ａおよび２４ｂは、いずれも先端部分（供給口）がサセプタ１２の近傍にまで達するように設けられてなるので、第１ガスｇ１と第２ガスｇ２とはいずれも、反応管１１の内部のサセプタ１２の近傍へとそれぞれ供給されることになる。なお、第１の実施の形態と同様に、第２ガスｇ２を供給する供給管２４ｂの途中には、金属Ａｌ粉末を載置するためのボート１５が設けられてなる。

また、供給系２４においては、供給管２４ａおよび２４ｂの外周部分（図２においては供給管２４ａおよび２４ｂの上下部分）を通じて、第３ガスｇ３がサセプタ１２の近傍へと供給されるようになっている。

このような構成を有する作製装置２０においても、作製装置１０と同様に、図示しない制御手段によって供給系２４からのガスの供給態様の制御と、第１ヒータ１６および第２ヒータ１７の加熱態様の制御とを適宜に行うことにより、所望のIII族窒化物結晶を作製することが可能である。

特に、供給管２４ｂからの第２ガスｇ２の供給を停止し、第１ガスｇ１および第３ガスｇ３を適宜の流量で供給し、第１ヒータ１６では加熱を行わず第２ヒータ１７が下地基板１３を加熱するようにすることで、ＭＯＣＶＤモードでの使用が可能となる。

また、供給管２４ａからの第１ガスｇ１の供給を停止し、第２ガスｇ２および第３ガスｇ３を適宜の流量で供給し、第１ヒータ１６によるボート１５の近傍の加熱と第２ヒータ１７による下地基板１３の加熱をいずれも行うようにすることで、ＨＶＰＥモードでの使用が可能となる。

従って、本実施の形態に係る作製装置２０も、第１の実施の形態に係る作製装置１０と同様に、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置であり、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤモードによる結晶成長とＨＶＰＥモードによる結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことが可能である。

これにより、例えば第１の実施の形態にて例示したように、ＭＯＣＶＤモードで作製したＡｌＮ下地膜の上にＨＶＰＥモードにてＡｌＮを成長させるといった態様の結晶成長などを、同様の条件設定のもとで行うことができる。

なお、作製装置２０は上述のような構成の供給系２４を有するので、ＨＶＰＥモードで結晶成長を行う際、サセプタ１２の上方では、供給管２４ｂで反応生成したＡｌＣｌ_xを包み込むように第３ガスｇ３が供給されることになる。反応管が石英製である場合、一般的には石英との反応性が高いＡｌＣｌ_xが反応管１１の内壁面に触れると反応管１１が腐食される可能性があるが、作製装置２０においては上述のような態様でガスが供給されるので、ＡｌＣｌ_xは周囲に供給される第３ガスｇ３に含まれるＮＨ₃と優先的に反応することになる。従って、反応管１１が石英製であっても、その腐食の可能性は十分に抑制されているといえる。

以上、説明したように、本実施の形態においても、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置が実現されてなる。係る作製装置によれば、ガスの供給態様と加熱態様とを適宜に切り替えることで、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことができるので、両手法の長所を活かしたより自由度の高い結晶成長が可能となる。また、本実施の形態に係る作製装置は、反応管の腐食がより抑制されるように構成されてなる。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態においては、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置のさらに異なる構成態様について説明する。

図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物結晶の作製装置３０の構造を概念的に示す断面模式図である。なお、作製装置３０において第１の実施の形態に係る作製装置１０と同様の作用効果を奏する構成要素については、図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

図３に示す作製装置３０は、反応管に供給系から供給するガスの加熱に係る構成態様が、第１の実施の形態に係る作製装置１０と相違する。作製装置３０は、３つの供給管３４ａ、３４ｂ、および３４ｃを備える供給系３４を有してなる。これら３つの供給管３４ａ、３４ｂ、および３４ｃはいずれも、略水平方向に長手方向を有する反応管３１の一方端部に先端部分（供給口）が位置するように設けられてなる。供給管３４ａからは第１ガスｇ１が、供給管３４ｂからは第２ガスｇ２が、供給管３４ｃからは第３ガスｇ３が、それぞれ供給される。また、反応管３１の内部においては、供給管３４ａ、３４ｂ、および３４ｃの供給口が近傍に位置するように、略水平な載置面を有するサセプタ１２が設けられてなる。これにより、第１ガスｇ１、第２ガスｇ２、および第３ガスｇ３のいずれも、サセプタ１２の近傍へとそれぞれ供給されることになる。

また、第１の実施の形態と同様に、第２ガスｇ２を供給する供給管３４ｂの途中には、金属Ａｌ粉末を載置するためのボート１５が設けられてなる。一方、第１の実施の形態においては反応管１１の外周に第１ヒータ１６が設けられているが、本実施の形態においては、これに代わり、供給管３４ｂの外周部分にのみ第１ヒータ３６が設けられてなる。しかも、係る第１ヒータ３６は、上流側ヒータ３６ａと下流側ヒータ３６ｂの２つのヒータから構成されている。上流側ヒータ３６ａは、ＨＣｌとＡｌとの反応領域の加熱を担うべく、供給管３４ｂのうち少なくともボート１５を含む部分を、供給管３４ｂの外部から抵抗加熱するように設けられてなる。下流側ヒータ３６ｂは、上流部分における反応によって生成したＡｌＣｌ_xの析出を抑制すべく、供給管３４ｂのうち上流側ヒータ３６ａの加熱部分よりも下流側の部分を、その外側から抵抗加熱するように設けられてなる。これら上流側ヒータ３６ａと下流側ヒータ３６ｂの加熱温度は、独立して調整可能とされてなる。よって、それぞれに最適の温度条件での加熱を行うことができる。

このような構成を有する作製装置３０においても、作製装置１０と同様に、図示しない制御手段によって供給系３４からのガスの供給態様の制御と、第１ヒータ３６および第２ヒータ１７の加熱態様の制御とを適宜に行うことにより、所望のIII族窒化物結晶を作製することが可能である。

特に、供給管３４ｂからの第２ガスｇ２の供給を停止し、第１ガスｇ１および第３ガスｇ３を適宜の流量で供給し、第１ヒータ３６では加熱を行わず第２ヒータ１７が下地基板１３を加熱するようにすることで、ＭＯＣＶＤモードでの使用が可能となる。

また、供給管３４ａからの第１ガスｇ１の供給を停止し、第２ガスｇ２および第３ガスｇ３を適宜の流量で供給し、第１ヒータ３６による供給管３４ｂの加熱と第２ヒータ１７による下地基板１３の加熱をいずれも行うようにすることで、ＨＶＰＥモードでの使用が可能となる。

従って、本実施の形態に係る作製装置３０も、第１の実施の形態に係る作製装置３０と同様に、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置であり、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤモードによる結晶成長とＨＶＰＥモードによる結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことが可能である。

特に、ＨＶＰＥモードの場合、第１ヒータ３６を構成する上流側ヒータ３６ａと下流側ヒータ３６ｂの加熱温度を違えることができるので、反応生成を行わせるうえでより効果的な温度条件の設定が可能となっている。例えば、第１の実施の形態にて例示したようにＭＯＣＶＤモードで作製したＡｌＮ下地膜の上にＨＶＰＥモードにてＡｌＮを成長させる場合に、上流側ヒータ３６ａの加熱温度を第１の実施の形態における第１ヒータの加熱温度と同じ５５０℃とするとともに、下流側ヒータ３６ｂの加熱温度を２００℃とするといった態様が可能である。

あるいは、さらに、本実施の形態に係る作製装置３０においては、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを混合的に行うことも可能である。係る結晶成長を実現する使用態様を、混合モードと称することとする。混合モードは、供給系３４から第１ガスｇ１、第２ガスｇ２、および第３ガスｇ３の全てを適宜の流量で供給し、第１ヒータ３６による供給管３４ｂの加熱と第２ヒータ１７による下地基板１３の加熱をいずれも行うようにすることで実現される。混合モードによれば、第１ガスｇ１と第２ガスｇ２との供給バランスを適宜に制御することで、成長速度を確保しつつ、精度のよい結晶成長を実現することが可能となる。この場合、第１ガスｇ１をＴＭＧ含有ガスとし、混晶比を精度良く制御したＡｌＧａＮを形成することも可能となる。

なお、第１および第２の実施の形態に係る作製装置１０および２０を用いて、この混合モードに相当する処理を行おうとすることも不可能ではないが、両作製装置の場合、ＴＭＡを含む第１ガスｇ１が第１ヒータ１６にて加熱されてしまうことになるので、第１ヒータ１６の加熱条件によっては、ＴＭＡが分解し、III族窒化物の生成に無関係な副反応物の生成、析出が起こりうる点には、留意が必要である。これに対して、本実施の形態に係る作製装置３０においては、供給系３４のうち、ＨＣｌを含む第２ガスｇ２を供給する供給管３４ｂのみを加熱するようにしているので、そのような問題が生じることはない。すなわち、作製装置３０は、混合モードによる結晶成長に適した構成態様を有しているといえる。

以上、説明したように、本実施の形態においても、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置が実現されてなる。係る作製装置によれば、ガスの供給態様と加熱態様とを適宜に切り替えることで、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことが可能である。加えて、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを同時並行的に行うことについても好適な装置である。これにより、第１および第２の実施の形態よりもさらに自由度の高い結晶成長が可能となる。

＜第４の実施の形態＞
本実施の形態においても、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置のさらに異なる構成態様について説明する。

図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物結晶の作製装置４０の構造を概念的に示す断面模式図である。なお、作製装置４０において第１の実施の形態に係る作製装置１０と同様の作用効果を奏する構成要素については、図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態に係る作製装置４０は、垂直方向に長手方向を有する反応管４１を備える。また、反応管４１の内部には、略水平な載置面を有するサセプタ４２が設けられてなる。さらに、反応管４１の上側には供給系４４が備わっている。すなわち、作製装置４０は、他の実施形態に係る横型構造の作製装置とは異なり、縦型構造を有するものである。

供給系４４は、供給管４４ａを有してなる。供給管４４ａからは、第１ガスｇ１と第２ガスｇ２とが、図示しない所定の切り替え手段によって切替可能に供給される。供給管４４ａは、先端部分（供給口）がサセプタ４２の近傍にまで達するように設けられてなるので、第１ガスｇ１あるいは第２ガスｇ２は、反応管４１の内部のサセプタ４２の近傍へとそれぞれ供給されることになる。なお、供給管４４ａの途中には、金属Ａｌ粉末を載置するためのボート１５が設けられてなる。

また、供給系４４においては、供給管４４ａの外周部分（図４においては供給管４４ａの左右部分）を通じて、第３ガスｇ３がサセプタ４２の近傍へと供給されるようになっている。

さらには、反応管４１の外周部分には、第１の実施の形態と同様に、ＨＣｌとＡｌとの反応領域を加熱するべく、供給系４４のうち少なくともボート１５を含む部分を、反応管１１の外部から加熱する第１ヒータ１６が備わっている。さらには、下地基板１３へのエピタキシャル成長を行わせるべく、サセプタ４２の上に載置された下地基板１３を加熱するための第２ヒータ１７も備わっている。

このような構成を有する作製装置４０においても、作製装置１０と同様に、図示しない制御手段によって供給系４４からのガスの供給態様の制御と、第１ヒータ１６および第２ヒータ１７の加熱態様の制御とを適宜に行うことにより、所望のIII族窒化物結晶を作製することが可能である。

特に、供給管４４ａから第１ガスｇ１を供給するとともに第３ガスｇ３を供給し、第１ヒータ１６では加熱を行わず第２ヒータ１７が下地基板１３を加熱するようにすることで、ＭＯＣＶＤモードでの使用が可能となる。

また、供給管４４ａから第２ガスｇ２を供給するとともに第３ガスｇ３を供給し、第１ヒータ１６による供給系２４の加熱と第２ヒータ１７による下地基板１３の加熱をいずれも行うようにすることで、ＨＶＰＥモードでの使用が可能となる。

従って、本実施の形態に係る作製装置４０も、第１の実施の形態に係る作製装置１０と同様に、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置であり、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤモードによる結晶成長とＨＶＰＥモードによる結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことが可能である。

以上、説明したように、本実施の形態においても、ＭＯＣＶＤ装置の機能とＨＶＰＥ装置の機能とを兼ね備えた複合的なIII族窒化物の作製装置が実現されてなる。係る作製装置によれば、ガスの供給態様と加熱態様とを適宜に切り替えることで、一の基板上への結晶成長を行う場合に、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長とＨＶＰＥ法による結晶成長とを適宜に切り替えつつ行うことができるので、両手法の長所を活かしたより自由度の高い結晶成長が可能となる。

第１の実施の形態に係る作製装置１０の構造を概念的に示す断面模式図である。第２の実施の形態に係る作製装置２０の構造を概念的に示す断面模式図である。第３の実施の形態に係る作製装置３０の構造を概念的に示す断面模式図である。第４の実施の形態に係る作製装置４０の構造を概念的に示す断面模式図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０（III族窒化物結晶の）作製装置
１１、３１，４１反応管
１２、４２サセプタ
１３下地基板
１４、２４、３４、４４（ガス）供給系
１４ａ〜１４ｄ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ〜３４ｃ、４４ａガス供給管
１５ボート
１６、３６第１ヒータ
１７第２ヒータ
１８排気系
３６ａ上流側ヒータ
３６ｂ下流側ヒータ

Claims

反応管内でIII族元素含有ガスと窒素元素含有ガスとを気相反応させることによりIII族窒化物結晶を作製する装置であって、
前記III族元素含有ガスとしてIII族元素を含む有機金属ガスを前記反応管内に供給する第１のIII族元素供給手段と、
III族元素金属とハロゲン化水素とを反応させることによりハロゲン化物ガスを生成させ、前記III族元素含有ガスとして前記ハロゲン化物ガスを前記反応管内に供給する第２のIII族元素供給手段と、
前記窒素元素含有ガスを前記反応管内に供給する窒素元素供給手段と、
を備え、
前記第１のIII族元素供給手段と前記第２のIII族元素供給手段と前記窒素元素供給手段とが、ガス種ごとに独立に、かつ、前記窒素元素供給手段からの供給ガスが前記第１のIII族元素供給手段と前記第２のIII族元素供給手段の外周部分から供給される態様にて、前記反応管内の反応領域の近傍位置に各々の供給ガスを供給するように設けられており、
III族窒化物結晶を作製する際には前記III族窒化物結晶を構成する同じ種類のIII族元素について前記第１と第２のIII族元素供給手段が選択的に使用されて前記III族元素含有ガスが供給される、
ことを特徴とするIII族窒化物結晶の作製装置。
請求項１に記載の作製装置であって、
前記窒素元素含有ガスとしてアンモニアガスを用いる、
ことを特徴とするIII族窒化物結晶の作製装置。
請求項１または請求項２に記載の作製装置を用いて、
前記第１のIII族元素供給手段によって供給した前記III族元素含有ガスと前記窒素元素含有ガスとを気相反応させることによって第１のIII族窒化物層を形成する第１形成工程と、
前記第２のIII族元素供給手段によって供給した前記III族元素含有ガスと前記窒素元素含有ガスとを気相反応させることによって第２のIII族窒化物層を形成する第２形成工程と、
を所定の回数ずつ行うことを特徴とするIII族窒化物結晶の積層構造体の作製方法。