JPH11340153A - 化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents

化合物半導体の気相成長装置

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JPH11340153A
JPH11340153A JP16612298A JP16612298A JPH11340153A JP H11340153 A JPH11340153 A JP H11340153A JP 16612298 A JP16612298 A JP 16612298A JP 16612298 A JP16612298 A JP 16612298A JP H11340153 A JPH11340153 A JP H11340153A
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JP
Japan
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compound semiconductor
gas
introduction pipe
vapor
substrate
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JP16612298A
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English (en)
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Koji Hiramatsu
浩司 平松
Atsushi Watanabe
厚 渡辺
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Toyoda Gosei Co Ltd
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Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造効率が高く、製造が容易な良質な結晶を得
ることができる気相成長装置を提供すること 【解決手段】有機金属化合物ガスを用いた化合物半導体
薄膜を気相成長させる装置において、基板を載置するサ
セプタ21を覆い、反応ガスを化合物半導体薄膜の成長
する基板50の上部まで導く導入管12を有し、導入管
において、少なくとも反応ガスによる反応生成物が発生
する領域24の内面を粗面とした。これにより反応生成
物がこの粗面に強く付着する結果、基板上に落下しな
い。よって、導入管12の清掃回数を減少させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体の気相
成長装置に関する。特に、結晶成長させる基板に対して
ガスを導く導入管を有した装置に関し、良質な結晶成長
を行うことができる導入管の交換までの期間を長くした
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、有機金属化合物気相成長法(以下
「MOVPE」と記す)を用いて、窒化ガリウム系化合
物半導体(AlX Gay In1-x-y N;0≦x≦1,0
≦y≦1,0≦x+y≦1)薄膜をサファイア基板上に
気相成長させることや、その窒化ガリウム系化合物半導
体薄膜を用いた発光素子が研究されている。
【0003】窒化ガリウム系化合物半導体の単結晶ウエ
ハーが容易に得られないことから、窒化ガリウム系化合
物半導体をそれと格子定数の近いサファイア基板上にエ
ピタキシャル成長させることが行われている。
【0004】ところが、窒化ガリウム系化合物半導体を
異物質で格子定数の異なるサファイア基板に結晶成長さ
せる場合には、結晶成長が困難であるため、反応ガスの
微妙な乱れが直ちに格子欠陥につながる。又、窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長の場合には、V族元素、
即ち、窒素(N) の供給源であるアンモニア(NH3) の分解
温度が高く、その結果、化学量論数のバランスがくずれ
やすく、均質な大面積の結晶膜を得ることが困難であ
る。均質な大面積の結晶膜を得るためには、反応ガスの
層流をくずさずに、流速を向上させることが必要とな
り、このために、特開平2−29113号公報に記載の
ような形状で基板を収納した導入管が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようする課題】しかし、上記の導入管は
基板の加熱のために高温になり、反応ガスが導入管内壁
付近で反応して反応生成物が導入管内壁に付着し、この
反応生成物が落下又は飛行して基板上に付着するという
問題があった。このために、均質な結晶を維持するため
には、何回かの結晶成長の後に、導入管を取り外して清
掃するという作業を必要とした。このため、結晶の製造
効率が悪いという問題があった。
【0006】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、均質な結
晶を高製造効率で得られる気相成長装置を提供すること
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、有機金属化合物ガスを用いた化合物半
導体薄膜を気相成長させる装置において、基板を載置す
るサセプタを覆い、反応ガスを化合物半導体薄膜の成長
する基板の上部まで導く導入管を有し、導入管におい
て、少なくとも反応ガスによる反応生成物が発生する領
域の内面を粗面としたことを特徴とする。
【0008】又、請求項2の発明は、粗面とする領域を
基板の上部の導入管の内面としたことであり、請求項3
の発明は、粗面とする領域を加熱により高温となる導入
管の内面としたことである。さらに、請求項4の発明
は、粗面の凹凸の山と谷の高低差は1μm〜100μm
の範囲としたことを特徴とする。
【0009】
【発明の作用及び効果】請求項1の発明によれば、導入
管の少なくとも反応生成物が生成される領域の内面が粗
面に形成されているため、その表面積が増大し反応生成
物が付着しても、付着強度が増大するため離脱し難くな
る。従って、反応生成物の基板上への落下や基板上への
飛行により、基板上に反応生成物が付着することが効率
良く防止される。この結果、導入管の清掃回数が減少
し、次の清掃や交換までに結晶成長に使用できる時間が
長るなる。よって、効率の高い、製造の容易な、均質な
結晶を得ることができる製造装置を提供することができ
る。
【0010】請求項2の発明によれば、基板の上部の導
入管の内面を粗面とすることで、効果的に上記の効果を
達成することができる。
【0011】同様に、請求項3の発明によれば、加熱に
より高温となる導入管の内面が粗面となるため、その高
温下において発生する反応生成物の落下を効率良く防止
することができる。よって、効果的に上記の効果を達成
することができる。
【0012】請求項4の発明では、粗面の凹凸の山と谷
の高低差は1μm〜100μmの範囲としたことで、反
応生成物の離脱が容易に防止できる。1μmより小さい
と反応生成物の離脱防止の効果がなく、100μm以上
となると層流を乱すことになるため望ましくない。1〜
20μmの範囲で最も望ましい結果が得られている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図1において、石英管10はその左
端でOリング15でシールされてフランジ14に当接
し、緩衝材38と固定具39を用い、ボルト46,47
とナット48,49等により数箇所にてフランジ14に
固定されている。又、石英管10の右端はOリング40
でシールされてフランジ27に螺子締固定具41,42
により固定されている。
【0014】石英管10で囲われた内室11には、反応
ガスを導く導入管12が配設されている。その導入管1
2のガス流入口側の一端13はフランジ14に固設され
た保持プレート17で保持され、その他端16の底部1
8は保持脚19で石英管10に保持されている。そし
て、導入管12は−Z方向に傾斜している。
【0015】石英管10の長軸(X軸)に垂直な導入管
12の断面は、図2〜図5に示すように、X軸方向での
位置によって異なり、その平面形状は図6に示すように
下流側に進行するにつれ拡大されている。即ち、反応ガ
スはX軸方向に流れるが、導入管12の断面は、ガス流
の上流側では図2に示すように円形であり、下流側(X
軸正方向)に進むに従って、Y軸方向を長軸とし、長軸
方向に拡大され、短軸方向に縮小された楕円形状とな
り、サセプタ20を載置するやや上流側のA位置では第
4図に示すように上下方向(Z軸)方向に薄くY軸方向
に長い偏平楕円形状となっている。A位置におけるIV−
IV矢視方向断面図における開口部のY軸方向の長さは 7
cmであり、Z軸方向の長さは1.2 cmである。このA位置
が導入管12の絞り部を構成している。
【0016】導入管12の下流側には、サセプタ20を
載置するX軸に垂直な断面形状が長方形の試料載置室2
1が一体的に連設されている。その試料載置室21の底
部22にサセプタ20が載置される。そのサセプタ20
はX軸に垂直な断面は長方形であるが、その上面23は
X軸に対して緩やかにZ軸正方向に傾斜している。その
サセプタ20の上面23に試料、即ち、長方形のサファ
イア基板50が載置されるが、そのサファイア基板50
とそれに面する導入管12の上部管壁24との間隙は、
サファイア基板50の上流部で12mm,下流部で4mmであ
る。この上部管壁24と間隙とで案内部が形成されてい
る。
【0017】サセプタ20には操作棒26が接続されて
おり、フランジ27を取り外してその操作棒26によ
り、サファイア基板50を載置したサセプタ20を試料
載置室21へ設置したり、結晶成長の終わった時に、試
料載置室21からサセプタ20を取り出せるようになっ
ている。
【0018】又、導入管12の上流側には、第1ガス管
28と第2ガス管29とが開口している。第1ガス管2
8は第2ガス管29の内部にあり、それらの両管28,
29は同軸状に2重管構造をしている。第1ガス管28
の第2ガス管29で覆われていない部分の周辺部には多
数の穴30が開けられており、第2ガス管29にも多数
の穴30が開けられている。そして、第1ガス管28に
より導入された反応ガスは導入管12内へ吹出し、その
場所で、第2ガス管29により導入されたガスと初めて
混合される。
【0019】その第1ガス管28は第1マニホールド3
1に接続され、第2ガス管29は第2マニホールド32
に接続されている。そして、第1マニホールド31には
キャリアガス(H2,N2 )の供給系統Iと、トリメチルガ
リウム(Ga(CH3)3)(以下「TMG 」と記す) の供給系統J
と、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下「TMA」
と記す) の供給系統Kと、シラン(SiH4)の供給系統L
と、シクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以
下「CP2Mg 」と記す)の供給系統Mと、トリメチルイン
ジウム(In(CH3)3(以下、「TMI 」と記す)供給系統Oと
が接続されている。そして、第2マニホールド32には
NH3 の供給系統Hとキャリアガスの供給系統Iとが接続
されている。
【0020】又、石英管10の外周部には冷却水を循環
させる冷却管33が形成され、その外周部には高周波電
界を印加するための高周波コイル34が配設されてい
る。
【0021】又、導入管12はフランジ14を介して外
部管35と接続されており、その外部管35からはキャ
リアガスが導入されるようになっている。又、試料載置
室21には、側方から導入管36がフランジ14を通過
して外部から伸びており、その導入管36内に試料の温
度を測定する熱電対43とその導線44,45が配設さ
れており、試料温度を外部から測定できるように構成さ
れている。
【0022】このような装置構成により、第1ガス管2
8で導かれたとTMG と、必要によりTMA ,TMI と、必要
によりシラン又はCP2Mg とH2との混合ガスと、第2ガス
管29で導かれたNH3 とH2との混合ガスがそれらの管の
出口付近で混合され、その混合反応ガスは導入管12に
より試料載置室21へ導かれ、サファイア基板50と導
入管12の上部管壁24との間で形成された間隙を通過
する。この時、サファイア基板50上の反応ガスの流れ
は、A位置における絞り部の作用によりY方向に均一化
され、サファイア基板50を覆う上部管壁24による案
内部の作用により、X方向にも均一化された層流とな
る。この結果、基板上での場所依存性の少ない良質な結
晶が成長する。
【0023】上記の導入管12は、サファイア基板50
が載置された上部に当たる上部管壁24が強く加熱さ
れ、この部分が高温となる。本実施例では、この上部管
壁24の内面にサンドブラスト60で粗面加工を施し
た。これにより、この上部管壁24の内面に付着した反
応生成物がサファイア基板50上に落下することが防止
された。内面に粗面加工を施さない場合には、3〜6回
の結晶成長毎に、導入管12を交換して、内面に付着し
た生成物を除去、清掃する必要があった。しかし、上記
のように内面に粗面加工とすることで、15〜20回の
結晶成長毎に導入管12の交換と清掃をすれば良く、清
掃のためのタイムスパンを延長させることができた。
【0024】尚、上記実施例では、サファイア基板50
の上部に位置する上部管壁24の内面にのみ粗面加工を
施したが、導入管12の内面全体に渡って、粗面加工を
施しても良い。
【0025】変形例 1)導入管12は石英ガラスで構成したが、金属であっ
ても良い。 2)ガスの供給は横方向からサファイア基板50に供給
したが、縦方向からガスを供給する場合にも、その導入
管の内壁に粗面加工を施しても良い。 3)加熱方式は高周波加熱に限定されず、抵抗加熱方式
でも良い。 4)特に、高周波加熱を行う場合には、導入管12が高
温となる部分の内面に粗面加工を施すことが、加工手間
と効果との関係上効率が良い。 5)粗面加工の方法は、サンドブラスト、サンドペー
パ、プラズマエッチング、化学エッチング等でも良い。 6)導入管12の断面形状は任意である。 7)導入管12は、実施例のようにサセプタ21を内部
に収納する他、サセプタ12の上面の部分だけその上部
を覆う蓋形状としても良い。この場合には、サセプタ2
1の上面で反応ガスの漏れは防止される。 8)基板はサファイア基板に限定されず、シリコン、S
iC等、GaN等でも良い。 9)基板上に気相成長させる結晶の組成比や種類には限
定されない。しかし、AlGaInN系のような成長温
度の高い化合物半導体の気相成長に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る気相成長装置
の構成図。
【図2】その装置の導入管の軸方向における各位置での
断面図。
【図3】同じく導入管の断面図。
【図4】同じく導入管の断面図。
【図5】サセプタが置かれる部分の導入管の断面図。
【符号の説明】
10…石英管 12…導入管 20…サセプタ 21…試料載置室 28…第1ガス管 29…第2ガス管 50…サファイア基板 H…NH3 の供給系統 I…キャリアガスの供給系統 J…TMGの供給系統 K…TMAの供給系統 L…シランの供給系統 O…TMI の供給系統

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機金属化合物ガスを用いた化合物半導
    体薄膜を気相成長させる装置において、 前記基板を載置するサセプタを覆い、反応ガスを化合物
    半導体薄膜の成長する基板の上部まで導く導入管を有
    し、 前記導入管の少なくとも前記反応ガスによる反応生成物
    が発生する領域の内面を粗面としたことを特徴とする化
    合物半導体の気相成長装置。
  2. 【請求項2】粗面とする領域は前記基板の上部の導入管
    の内面であることを特徴とする請求項1に記載の化合物
    半導体の気相成長装置。
  3. 【請求項3】粗面とする領域は加熱により高温となる導
    入管の内面であることを特徴とする請求項1に記載の化
    合物半導体の気相成長装置。
  4. 【請求項4】粗面の凹凸の山と谷の高低差は1μm〜1
    00μmの範囲であることを特徴とする請求項1乃至請
    求項3の何れか1項に記載の化合物半導体の気相成長装
    置。
JP16612298A 1998-05-28 1998-05-28 化合物半導体の気相成長装置 Pending JPH11340153A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011243616A (ja) * 2010-05-14 2011-12-01 Toyoda Gosei Co Ltd Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2013191768A (ja) * 2012-03-14 2013-09-26 Sharp Corp 成膜装置、成膜方法及び半導体素子

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Effective date: 20040824