專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置(M0CVD裝置)，更具體地說，涉及 III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其包括保持基板的托盤、加熱基板的加熱器、原料氣體 導(dǎo)入部、反應(yīng)爐以及反應(yīng)氣體排出部等。
背景技術(shù)：
有機(jī)金屬化合物氣相生長法(M0CVD法)常用于分子束外延法(MBE法)和氮化物 半導(dǎo)體的晶體生長。特別是，MOCVD法的晶體生長速度快于MBE法，另外，也不必像MBE法 那樣，要求高真空裝置等，故MOCVD法廣泛地用于產(chǎn)業(yè)界的化合物半導(dǎo)體量產(chǎn)裝置。近年， 伴隨藍(lán)色或紫外線LED和藍(lán)色或紫外線激光二極管的普及，為了提高氮化鎵、氮化銦鎵、氮 化鋁鎵的量產(chǎn)性，對(duì)構(gòu)成MOCVD法的對(duì)象的基板的大口徑化、數(shù)量的增加的方面進(jìn)行了大 量的研究。作為這樣的氣相生長裝置，比如，像專利文獻(xiàn)1 6所示的那樣，可列舉下述的氣 相生長裝置，其包括保持基板的托盤；該托盤的相對(duì)面；用于加熱該基板的加熱器；由該托 盤和該托盤的相對(duì)面的間隙形成的反應(yīng)爐；將原料氣體供給到該反應(yīng)爐的原料氣體導(dǎo)入 部；反應(yīng)氣體排出部。另外，作為氣相生長裝置的形式，主要提出有使晶體生長面朝上的類 型(朝上型)；使晶體生長面朝下的類型(朝下型)的兩種類型。在任意的氣相生長裝置 中，基板水平地設(shè)置，原料氣體從基板的橫向?qū)?。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-354456號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2002-246323號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2004-63555號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2006-70325號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開2007-96280號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本特開2007-243060號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于III族氮化物半導(dǎo)體的原料氣體，作為III族金屬原料一般采用有機(jī)金屬化合物 氣體，作為氮源一般采用氨。這些原料氣體的流量從原料用的彈狀儲(chǔ)氣瓶等，通過質(zhì)量流量 控制器調(diào)整，通過相互獨(dú)立的管導(dǎo)入反應(yīng)爐。比如，在專利文獻(xiàn)4中，公開了下述技術(shù)，其涉 及朝下型的氣相生長裝置，構(gòu)成原料的有機(jī)金屬化合物和氨在反應(yīng)爐內(nèi)的基板前混合，用 于進(jìn)行反應(yīng)。但是，在像這樣在基板前將有機(jī)金屬化合物和氨混合的場合，由于這些原料氣體 沒有充分地在基板表面混合，故晶體生長難以在基板整體上均勻地進(jìn)行。為此，比如，針對(duì) 專利文獻(xiàn)3中記載的氣相生長裝置中，人們提出有下述的氣相生長裝置，其中，按照以下的 方式設(shè)計(jì)氣體流路，該方式為在向反應(yīng)爐的供給前，預(yù)先進(jìn)行氨和有機(jī)金屬化合物的混合， 可將該混合氣體供給到基板。但是，同樣在該發(fā)明中，無法解決在進(jìn)行晶體生長時(shí)，晶體的
3生長反應(yīng)速度慢的問題。氣相生長裝置主要用于LED、紫外線激光二極管或電子器件的晶體生長，但是像前 述那樣，近年來為了提高晶體生長的生產(chǎn)性，構(gòu)成晶體生長的對(duì)象的基板的直徑增加。但 是，存在隨著基板的尺寸的增加，III族氮化物半導(dǎo)體在基板上的生長反應(yīng)速度變慢，并且在 基板面內(nèi)，晶體膜厚面內(nèi)分布的均勻性變差的問題。另外，另一個(gè)問題在于晶體生長的氣體流量條件選擇渠道的多少。近年來，III族氮 化物半導(dǎo)體的發(fā)展驚人，為了要求更加良好的性能，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。比如，由最簡單的結(jié) 構(gòu)形成的藍(lán)色LED由η型GaN、InGaN、GaN、AlGaN、ρ型GaN形成。另外，近年來，為了進(jìn)一 步提高LED的輸出，也常采用超晶格結(jié)構(gòu)。在它們的各層中，用于獲得膜質(zhì)良好的晶體的原 料氣體條件不同，在相應(yīng)的層中，進(jìn)行原料氣體流量的最佳化處理。但是，在到目前人們熟 知的氣相生長裝置中，像前述那樣，氨和有機(jī)金屬化合物的導(dǎo)入管分別各有一個(gè)。在進(jìn)行氣 體流量的最佳化的時(shí)候，具有較大的限制。即，通過改變氨和有機(jī)金屬化合物的流量的絕對(duì) 值，求出最佳的條件。但是，在像這樣選擇渠道少的方法中，很難說各層在最佳的條件下生 長。于是，本發(fā)明要解決的課題在于提供一種氣相生長裝置，其中，可實(shí)現(xiàn)III族氮化物 半導(dǎo)體在基板上的較大的生長反應(yīng)速度，以及在基板面內(nèi)的良好的晶體膜厚面內(nèi)分布(膜 厚均勻性)，另外，原料氣體流量條件的選擇渠道數(shù)量多。本發(fā)明人針對(duì)上述現(xiàn)狀，以獲得反應(yīng)效率好的、可使III族氮化物半導(dǎo)體生長的氣 相生長裝置為目的，進(jìn)行了各種探討，其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了下述等情況，得出了本發(fā)明的III族 氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，該情況指在氣相生長反應(yīng)爐中，具有兩個(gè)以上的混合氣 體的噴射口，該噴射口可按照任意的比例噴射氨、有機(jī)金屬化合物與載氣，可容易對(duì)GaN、 InGalAlGaN等的各層的最佳條件進(jìn)行控制，其結(jié)果是，獲得較快的晶體生長速度以及良好 的晶體膜厚面內(nèi)分布。S卩，本發(fā)明涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其包括保持基板的托盤； 該托盤的相對(duì)面；用于對(duì)該基板進(jìn)行加熱的加熱器；由該托盤和該托盤的相對(duì)面的間隙形 成的反應(yīng)爐；將原料氣體供給到該反應(yīng)爐的原料氣體導(dǎo)入部；反應(yīng)氣體排出部，其特征在 于原料氣體導(dǎo)入部包括兩個(gè)以上的混合氣體的噴射口，該混合氣體的噴射口可噴射氨、有 機(jī)金屬化合物與載氣。本發(fā)明的氣相生長裝置具有兩個(gè)以上的噴射口，該噴射口可按照任意的比例將 氨、有機(jī)金屬化合物與載氣供給到反應(yīng)爐，由此，可從各個(gè)導(dǎo)入口將各自氣體的流量和濃度 控制在最佳的混合氣體供給到反應(yīng)爐的基板表面，在GaN、InGaN, AlGaN等的各層的晶體 生長時(shí)，容易控制最佳條件，可謀求III族氮化物半導(dǎo)體的膜厚分布的均勻性，反應(yīng)速度的提
尚ο


圖1為表示本發(fā)明的氣相生長裝置的一個(gè)例子的垂直剖面圖；圖2為表示本發(fā)明的圖1以外的氣相生長裝置的一個(gè)例子的垂直剖視圖；圖3為表示本發(fā)明的氣相生長裝置的原料氣體導(dǎo)入部附近的一個(gè)例子的放大剖 視圖4為表示本發(fā)明的氣相生長裝置的圖3以外的原料氣體導(dǎo)入部附近的一個(gè)例子 的放大剖視圖；圖5為表示本發(fā)明的氣相生長裝置的圖3、圖4以外的原料氣體導(dǎo)入部附近的一個(gè) 例子的放大剖視圖；圖6為表示本發(fā)明的氣相生長裝置的圖3 圖5以外的原料氣體導(dǎo)入部附近的一 個(gè)例子的剖視圖；圖7為本發(fā)明的氣相生長裝置的托盤的形式的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖；圖8為表示實(shí)施例1、2和比較例1的GaN成膜的3英寸基板面內(nèi)膜厚分布(成長 速度)的曲線圖；圖9為表示本發(fā)明的氣相生長裝置的氣體導(dǎo)入管的形式的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明適用于下述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，該氣相生長裝置包括保 持基板的托盤；該托盤的相對(duì)面；用于對(duì)基板進(jìn)行加熱用的加熱器；由該托盤和該托盤的 相對(duì)面的間隙形成的反應(yīng)爐；將原料氣體供給到反應(yīng)爐的原料氣體導(dǎo)入部；反應(yīng)氣體排出 部。本發(fā)明的氣相生長裝置主要為用于進(jìn)行由從鎵、銦、鋁中選擇的一種或兩種以上的金屬 與氮的化合物形成的氮化物半導(dǎo)體的晶體生長的氣相生長裝置。在本發(fā)明中，特別是在保 持多個(gè)直徑在3英寸以上的尺寸的基板的氣相生長的場合，可充分地發(fā)揮效果。下面根據(jù)圖1 圖9，對(duì)本發(fā)明的氣相生長裝置進(jìn)行具體說明，但是，本發(fā)明并不 局限于它們。另外，圖1、圖2為分別表示本發(fā)明的氣相生長裝置的一個(gè)例子的垂直剖視圖(圖 1的氣相生長裝置為具有通過使圓盤10旋轉(zhuǎn)，使托盤2旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)的氣相生長裝置，圖2的 氣相生長裝置為具有通過使托盤旋轉(zhuǎn)軸11旋轉(zhuǎn)，使托盤2旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)的氣相生長裝置)。 圖3 圖6為分別表示本發(fā)明的氣相生長裝置的原料氣體導(dǎo)入部附近的一個(gè)例子的放大剖 視圖。圖7為表示本發(fā)明的氣相生長裝置中的托盤的形式的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。圖8為表 示實(shí)施例1、2和比較例1的GaN成膜的3英寸基板面內(nèi)膜厚分布(生長速度)的曲線圖。 圖9為表示本發(fā)明的氣相生長裝置中的氣體導(dǎo)入管的形式的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置為像圖1、圖2所示的那樣的III族氮 化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，包括保持基板1的托盤2 ；托盤的相對(duì)面3 ；用于對(duì)基板進(jìn)行 加熱的加熱器4 ；由托盤和其相對(duì)面的間隙形成的反應(yīng)爐5 ；將原料氣體供給到反應(yīng)爐的原 料氣體導(dǎo)入部6 ；反應(yīng)氣體排出部7，像圖3 圖6所示的那樣，原料氣體導(dǎo)入部包括兩個(gè)以 上的混合氣體的噴射口 8，該混合氣體的噴射口 8可按照任意的比例噴射氨、有機(jī)金屬化合 物和載氣。比如，圖3、圖4的原料氣體導(dǎo)入部為下述的結(jié)構(gòu)，其包括兩個(gè)混合氣體的噴射口 8，具有氨的氣體的流路12、具有有機(jī)金屬化合物的氣體的流路13、載氣的流路14分別在混 合氣體的噴射口 8的這一側(cè)匯合，與在前端具有噴射口的混合氣體的流路16連接。另外， 圖5、圖6的原料氣體導(dǎo)入部為下述的結(jié)構(gòu)，其具有兩個(gè)混合氣體的噴射口 8，具有氨的氣體 的流路12、具有有機(jī)金屬化合物和載氣的氣體的流路15分別在混合氣體的噴射口 8的這一 側(cè)混合，與在前端具有噴射口的混合氣體的流路16連接。
5
此外，在圖5、圖6的原料氣體導(dǎo)入部中，具有有機(jī)金屬化合物和載氣的氣體可預(yù) 先在氣相生長裝置的外部，按照所需的混合比混合。另外，比如，在圖3、圖4的相應(yīng)的氣體 的流路(流路12 14)中，像圖9所示的那樣，經(jīng)由氣相生長裝置20的外部的質(zhì)量流量控 制器24等，按照可供給所需的流量和濃度的相應(yīng)的氣體的方式連接管(具有氨的氣體的管 21，具有有機(jī)金屬化合物的氣體的管22，載氣的管23)。像這樣，本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo) 體的氣相生長裝置包括兩個(gè)以上的混合氣體的噴射口 8，其可自由地控制相應(yīng)的氣體的流 量和濃度，將其供給到反應(yīng)爐。但是，比如在采用圖3所示的那樣的具有頂層、中層、底層的 三個(gè)噴射口的氣相生長裝置的氣相生長中，通常，針對(duì)氨的流量，按照頂層的流量和中層的 流量的比在1 0 0.5的范圍內(nèi)，頂層的流量多的方式進(jìn)行控制，另外針對(duì)有機(jī)金屬化合 物的流量，按照中層和頂層的流量的比在1 0 0.5的范圍內(nèi)，中層的流量多的方式進(jìn)行 控制。在上述原料氣體導(dǎo)入部，氣體的混合部位通常按照在噴射口 8的前端的這一側(cè)， 在5cm IOOcm的范圍內(nèi)的方式設(shè)定。特別是，氨和有機(jī)金屬化合物的混合部位最好按照 在噴射口 8的前端的這一側(cè)，在5cm IOOcm的范圍內(nèi)的方式，特別是最好按照在噴射口 8 的前端的這一側(cè)，在IOcm 50cm的范圍內(nèi)的方式設(shè)定。在小于5cm的距離的場合，各原料 氣體無法充分地混合到噴射口 8，另外，在大于IOOcm的距離的場合，具有從原料氣體生成 的加合物按照超過必要程度以上的程度反應(yīng)的危險(xiǎn)。另外，為了有效地將原料氣體混合，原 料氣體混合部也可采用擴(kuò)散板等。另外，在上述那樣的場合，即使在氣體的混合部位設(shè)置于 氣相生長裝置的外部的情況下，氣體混合部位仍可視為本發(fā)明的氣相生長裝置的一部分。此外，在上述原料氣體導(dǎo)入部，混合氣體的噴射口 8并不限于兩個(gè)，如果為兩個(gè)以 上，也可為任意個(gè)數(shù)的噴射口。但是，即使在設(shè)置過多的噴射口的情況下，不僅對(duì)原料氣體 的流量的最佳化需要花費(fèi)時(shí)間研究，而且原料氣體導(dǎo)入部的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。即使在噴射 口為4個(gè)以上的情況下，對(duì)晶體生長速度、基板的膜厚面內(nèi)均勻性造成的影響與三個(gè)噴射 口的場合相比較，幾乎沒有變化。由于該原因，混合氣體的噴射口 8為兩個(gè)或三個(gè)為優(yōu)選。 即使在三個(gè)以上的情況下，與兩個(gè)的場合相同，在各自的氣體流路中，具有氨的氣體的管、 具有有機(jī)金屬化合物的氣體的管、載氣的管經(jīng)由各自的質(zhì)量流量控制器而設(shè)置。進(jìn)而，在上述原料氣體導(dǎo)入部，像圖3、圖5所示的那樣，除了可設(shè)置具有氨、有機(jī) 金屬化合物以及載氣的混合氣體的噴射口 8以外，可以設(shè)置僅僅將載氣供給到反應(yīng)爐的噴 射口 17。在設(shè)置這樣的噴射口 17的場合，通常，設(shè)置于托盤的相對(duì)面3側(cè)。另外，僅僅將載 氣供給到反應(yīng)爐的噴射口 17通常為一個(gè)。在通過噴射口 17的載氣的流路14中，與上述場 合相同，載氣的管23經(jīng)由質(zhì)量流量控制器24而設(shè)置。氣體的噴射口(噴射口 8或者噴射口 8與噴射口 17)為沿上下方向分割的結(jié)構(gòu)。 各自的氣體導(dǎo)入口像圖3 圖6所示的那樣，按照幾乎水平地向基板進(jìn)行噴射的方式設(shè)置。 來自各自的氣體導(dǎo)入口的氣體噴射方向不必相對(duì)基板而處于完全水平狀態(tài)，但是如果相對(duì) 水平狀態(tài)而有較大脫離地進(jìn)行噴射，則在反應(yīng)爐內(nèi)，氣體不構(gòu)成層流，而容易產(chǎn)生對(duì)流。為 此，氣體導(dǎo)入口相對(duì)基板的噴射方向的角度θ滿足_10度< θ <10度為優(yōu)選。本發(fā)明的原料氣體導(dǎo)入部優(yōu)選設(shè)置對(duì)混合氣體的噴射口進(jìn)行冷卻的機(jī)構(gòu)(設(shè) 備)。在III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長中，通常為了實(shí)現(xiàn)晶體生長，反應(yīng)爐內(nèi)被加熱到約 700°C 約1200°C。為此，如果不進(jìn)行冷卻，則氣體導(dǎo)入口的溫度也上升到約600°C 約1100°C，導(dǎo)致原料氣體在氣體導(dǎo)入口處就分解了。為了抑制該情況，比如，像圖3 圖6所 示的那樣，在氣體導(dǎo)入口附近的結(jié)構(gòu)部件中，設(shè)置制冷劑的流路18，通過使制冷劑在此處流 通，進(jìn)行冷卻。比如，通過約30°C的水進(jìn)行冷卻，可將氣體導(dǎo)入口的溫度降低到約200°C 約700°C的范圍內(nèi)。但是，冷卻混合氣體的噴射口的方法并不限于上述這樣的方式。S卩，像圖3 圖6 所示的那樣，不但可采用在氣體導(dǎo)入口的最底部設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)的方法，而且也可采用在氣 體導(dǎo)入口的最頂部設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)的方法以及下述的方法，其中，通過熱傳導(dǎo)性良好的部件， 部分地將原料氣體導(dǎo)入部的相應(yīng)的部位連接，進(jìn)而在原料氣體導(dǎo)入部的一個(gè)部位設(shè)置冷卻 機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻，由此，間接地對(duì)氣體導(dǎo)入口的全部的部件進(jìn)行冷卻。此外，本發(fā)明中的托盤的形式，比如，像圖7所示的那樣，呈圓盤狀，在其周邊部具 有用于保持多個(gè)基板的空間。在圖1所示的那樣的氣相生長裝置中，形成下述的結(jié)構(gòu)，其 中，在外周具有齒輪的多個(gè)圓盤10(使托盤2旋轉(zhuǎn)的圓盤)按照與托盤的外周的齒輪嚙合 的方式設(shè)置，通過外部的旋轉(zhuǎn)發(fā)生部，使圓盤10旋轉(zhuǎn)，由此托盤2旋轉(zhuǎn)。在這樣的托盤中， 通過爪19將基板1和均熱板9 一起保持，比如，按照基板的晶體生長面朝下的方式設(shè)置于 氣相生長裝置中。在采用本發(fā)明的氣相生長裝置在基板上進(jìn)行晶體生長時(shí)，構(gòu)成原料氣體的有機(jī)金 屬化合物(三甲基鎵，三乙基鎵，三甲基銦，三乙基銦，三甲基鋁，三乙基鋁等)、氨以及載氣 (氫、氮等的不活潑氣體或它們的混合氣體)分別通過來自外部的管，供向前述那樣的本發(fā) 明的氣相生長裝置的原料氣體導(dǎo)入部，接著，從原料氣體導(dǎo)入部在基本最佳的流量和濃度 條件下供給到反應(yīng)爐。實(shí)施例下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體地說明，但是，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施 例。(實(shí)施例1)(氣相生長裝置的制作)在不銹鋼制的反應(yīng)容器的內(nèi)部，設(shè)置圓板狀的托盤(可保持8個(gè)SiC涂敷碳制、直 徑為600mm、厚度為20mm、3英寸的基板)，在相當(dāng)于在氣體導(dǎo)入口附近的部位設(shè)置用于使制 冷劑流通的流路的托盤的相對(duì)面(碳制)、加熱器、原料氣體的導(dǎo)入部(碳制)、反應(yīng)氣體排 出部等，制作像圖1那樣的氣相生長裝置。另外，將由尺寸為3英寸的藍(lán)寶石(C面)形成 的基板放置于8個(gè)氣相生長裝置中。此外，原料氣體導(dǎo)入部為像圖3所示的那樣的結(jié)構(gòu)。氣體的噴射口的前端和基板 的水平面的距離為34mm，氨、有機(jī)金屬化合物與載氣的混合位置位于氣體的噴射口的前端 的這一側(cè)50cm的部位。此外，在原料氣體導(dǎo)入部的相應(yīng)的氣體流路中，按照經(jīng)由氣相生長 裝置的外部的質(zhì)量流量控制器等可供給所需的流量和濃度的各氣體的方式連接有管。(氣相生長實(shí)驗(yàn))采用這樣的氣相生長裝置，在基板的表面上進(jìn)行氮化鎵(GaN)的生長。在開始用 于使相對(duì)面的制冷劑流通的流路的冷卻水循環(huán)(流量18L/min)之后，在使氫流動(dòng)的同時(shí)， 使基板的溫度上升到1050°C，進(jìn)行基板的清潔。接著，將基板的溫度下降到510°C，原料氣 體采用三甲基鎵(TMG)和氨，載氣采用氫，在藍(lán)寶石基板上，按照約20nm的膜厚，進(jìn)行由GaN形成的緩沖層的生長。在緩沖層生長后，停止僅僅TMG的供給，將溫度上升到1050°C。然后，從頂層的噴 射口供給氨(流量30L/min)和氫(流量5L/min)，從中層的噴射口供給TMG(流量40cc/ min)和氨(流量10L/min)與氫(流量30L/min)，從底層的噴射口供給氮(流量30L/ min)，使未摻雜GaN生長一個(gè)小時(shí)。然后，在以IOrpm的速度使基板自轉(zhuǎn)的同時(shí)，進(jìn)行包括 緩沖層的全部的生長。在像上述那樣，使氮化物半導(dǎo)體生長后，降低溫度，從反應(yīng)容器取出基板，測定GaN 膜厚。其結(jié)果是，基板中心的GaN膜厚為3.95 μ m。其表明基板中心的GaN生長速度為 3. 95ym/h0另外，圖7表示實(shí)施例1的GaN成膜的3英寸基板面內(nèi)膜厚分布。另外，橫軸中 的0點(diǎn)表示基板的中心，其他的值表示距其中心的距離。面內(nèi)的膜厚的變化幅度為1. 8%0 像上述那樣，即使在3英寸的基板的情況下，仍獲得具有較大的晶體生長速度，并且具有良 好的晶體膜厚面內(nèi)分布的晶體。(實(shí)施例2)采用與實(shí)施例1相同的氣相生長裝置，在基板的表面上，進(jìn)行氮化鎵(GaN)的生 長。在開始用于使對(duì)面的制冷劑流通的流路的冷卻水循環(huán)(流量18L/min)后，在使氫流動(dòng) 的同時(shí)，使基板的溫度上升到1050°C，進(jìn)行基板的清潔。接著，將基板的溫度降低到510°C， 原料氣體采用三甲基鎵(TMG)和氨，載氣采用氫，在藍(lán)寶石基板上按照約20nm的膜厚而使 由GaN形成的緩沖層生長。在緩沖層生長后，停止僅僅TMG的供給，使溫度上升到1050°C。然后，從頂層的噴 射口供給氨(流量35L/min)和氫(流量5L/min)，從中層的噴射口供給TMG(流量40cc/ min)和氨(流量5L/min)與氫(流量30L/min)，從底層的噴射口供給氮(流量30L/ min)，使未摻雜GaN生長一個(gè)小時(shí)。另外，在以IOrpm的速度使基板自轉(zhuǎn)的同時(shí)，進(jìn)行包括 緩沖層的全部的生長。在像上述那樣，使氮化物半導(dǎo)體生長后，降低溫度，從反應(yīng)容器取出基板，測定GaN 膜厚。其結(jié)果是，基板中心的GaN膜厚為3.85 μ m。其表明基板中心的GaN生長速度為 3. 85ym/h0另外，圖7表示實(shí)施例2的GaN成膜的3英寸基板面內(nèi)膜厚分布。面內(nèi)的膜厚 的變化幅度為1. 8%。像上述那樣，即使在3英寸的基板的情況下，仍獲得具有較大的晶體 生長速度，并且具有良好的晶體膜厚面內(nèi)分布的晶體。(實(shí)施例3)除了將實(shí)施例1的氣相生長裝置的制作中的原料氣體導(dǎo)入部變?yōu)閳D5所示的那樣 的結(jié)構(gòu)以外，按照與實(shí)施例1相同的方式，制作氣相生長裝置。氣體的噴射口的前端和基板 的水平面的距離、氨以及有機(jī)金屬化合物和載氣的混合位置與實(shí)施例1相同。采用這樣的 氣相生長裝置，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的氣相生長實(shí)驗(yàn)。在使氮化物半導(dǎo)體生長后，降低溫度，從反應(yīng)容器取出基板，測定GaN膜厚。其結(jié) 果是，基板中心的GaN膜厚、GaN生長速度、GaN成膜的3英寸基板面內(nèi)膜厚分布、面內(nèi)的膜 厚的變化幅度基本與實(shí)施例1相同。像上述那樣，即使在3英寸的基板的情況下，仍獲得具 有較大的晶體生長速度，并且具有良好的晶體膜厚面內(nèi)分布的晶體。(實(shí)施例4)除了將實(shí)施例1的氣相生長裝置的制作中的原料氣體導(dǎo)入部變?yōu)閳D5所示的那樣
8的結(jié)構(gòu)以外，按照與實(shí)施例1相同的方式，制作氣相生長裝置。氣體的噴射口的前端和基板 的水平面的距離、氨以及有機(jī)金屬化合物和載氣的混合位置與實(shí)施例1相同。采用這樣的 氣相生長裝置，進(jìn)行與實(shí)施例2相同的氣相生長實(shí)驗(yàn)。在使氮化物半導(dǎo)體生長后，降低溫度，從反應(yīng)容器取出基板，測定GaN膜厚。其結(jié) 果是，基板中心的GaN膜厚、GaN生長速度、GaN成膜的3英寸基板面內(nèi)膜厚分布、面內(nèi)的膜 厚的變化幅度基本與實(shí)施例2相同。像上述那樣，即使在3英寸的基板的情況下，仍獲得具 有較大的晶體生長速度，并且具有良好的晶體膜厚面內(nèi)分布的晶體。(比較例1)(氣相生長裝置的制作)在實(shí)施例1的氣相生長裝置的制作中，除了頂層的噴射口為可按照任意比例而噴 射氨和載氣的噴射口 ；中層的噴射口為可按照任意比例而噴射有機(jī)金屬化合物和載氣的噴 射口 ；底層的噴射口為可噴射載氣的噴射口的方面以外，按照與實(shí)施例1相同的方式，制作 氣相生長裝置。氣體的噴射口的前端和基板的水平面的距離，相應(yīng)的氣體的混合位置與實(shí) 施例1相同。(氣相生長實(shí)驗(yàn))采用這樣的氣相生長裝置，在基板的表面上進(jìn)行氮化鎵(GaN)的生長。在開始用 于使相對(duì)面的制冷劑流通的流路的冷卻水循環(huán)(流量18L/min)之后，在使氫流動(dòng)的同時(shí)， 使基板的溫度上升到1050°C，進(jìn)行基板的清潔。接著，將基板的溫度下降到510°C，原料氣 體采用三甲基鎵(TMG)和氨，載氣采用氫，在藍(lán)寶石基板上，按照約20nm的膜厚進(jìn)行由GaN 形成的緩沖層的生長。在緩沖層生長后，僅僅停止TMG的供給，將溫度上升到1050°C。然后，從頂層的噴 射口供給氨(流量40L/min)和氫(流量5L/min)，從中層的噴射口供給TMG(流量40cc/ min)和氫(流量30L/min)，從底層的噴射口供給氮(流量30L/min)，使未摻雜GaN生長 一個(gè)小時(shí)。另外，在按照IOrpm的速度使基板自轉(zhuǎn)的同時(shí)，進(jìn)行包括緩沖層的全部的生長。在像上述那樣，使氮化物半導(dǎo)體生長后，降低溫度，從反應(yīng)容器取出基板，測定GaN 膜厚。其結(jié)果是，基板中心的GaN膜厚為3.70 μ m。其表明基板中心的GaN生長速度為 3. 70 μ m/h。該值小于實(shí)施例1和實(shí)施例2的GaN生長速度。另外，圖7表示比較例1的 GaN成膜的3英寸基板面膜厚分布。面內(nèi)的膜厚的變化幅度為5. 0%，與實(shí)施例1和實(shí)施例 2相比較，面內(nèi)分布變差。像上述那樣，本發(fā)明的氣相生長裝置可謀求III族氮化物半導(dǎo)體的膜厚分布的均勻 性、反應(yīng)速度的提高。
權(quán)利要求
一種Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其包括保持基板的托盤；該托盤的相對(duì)面；用于對(duì)該基板進(jìn)行加熱的加熱器；由該托盤和該托盤的相對(duì)面的間隙形成的反應(yīng)爐；將原料氣體供給到該反應(yīng)爐的原料氣體導(dǎo)入部；反應(yīng)氣體排出部，其特征在于原料氣體導(dǎo)入部包括兩個(gè)以上的混合氣體的噴射口，該混合氣體的噴射口可噴射氨、有機(jī)金屬化合物與載氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其中，原料氣體導(dǎo)入部 不但包括氨、有機(jī)金屬化合物和載氣的噴射口，還包括僅僅將載氣供給到反應(yīng)爐的噴射口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其中，氨和有機(jī)金屬化 合物的混合按照在噴射口前端的這一側(cè)5cm IOOcm的部位進(jìn)行的方式設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其中，混合氣體的噴射 口按照沿上下方向分割的方式設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其中，在混合氣體的噴 射口，設(shè)置將混合氣體冷卻的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其中，氮化物半導(dǎo)體為 從鎵、銦、鋁中選擇的一種或兩種以上的金屬與氮的化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其中，基板按照晶體生 長面朝下的方式保持。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種III族氮化物半導(dǎo)體的氣相生長裝置，其包括保持基板的托盤；該托盤的相對(duì)面；用于對(duì)該基板進(jìn)行加熱的加熱器；由該托盤和該托盤的相對(duì)面的間隙形成的反應(yīng)爐；將原料氣體供給到該反應(yīng)爐的原料氣體導(dǎo)入部；反應(yīng)氣體排出部，可謀求半導(dǎo)體的膜厚分布的均勻性、反應(yīng)速度的提高。原料氣體導(dǎo)入部包括兩個(gè)以上的混合氣體的噴射口，該混合氣體的噴射口可按照任意的比例噴射氨、有機(jī)金屬化合物與載氣。
文檔編號(hào)C23C16/46GK101924023SQ201010190520
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者石濱義康, 磯憲司, 高木亮平, 高橋讓 申請(qǐng)人:日本派歐尼株式會(huì)社