JP6098954B2 - Iii族窒化物結晶の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
この製造方法における反応系を説明する。Ga2O3を加熱し、この状態で、水素ガスを導入する。導入された水素ガスは、Ga2O3と反応して、Ga2Oガスを生成させる(下記式(I))。生成されたGa2Oガスと、アンモニアガスとを反応させて、種基板上にGaN結晶を生成する(下記式(II))。
Ga2O3+2H2→Ga2O+2H2O (I)
Ga2O+2NH3→2GaN+H2O+2H2 (II)
前記チャンバ内に窒素元素含有ガスを供給する窒素元素含有ガス供給口と、
前記窒素元素含有ガスと混合するようにIII族元素の化合物ガスを前記チャンバ内に供給する化合物ガス供給口と、
混合された前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとを前記チャンバ外に排出する排出口と、
前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとの混合点の下流側、かつ、前記排出口の上流側で種基板を保持するためのホルダと、
前記種基板を加熱する第1ヒータと、
前記混合点から前記種基板に至るまでの空間を前記第1ヒータよりも高温で加熱する第2ヒータと、
を備えることを特徴とする。
前記チャンバ内に窒素元素含有ガスを供給する窒素元素含有ガス供給口と、
前記窒素元素含有ガスと混合するようにIII族元素の化合物ガスを前記チャンバ内に供給する化合物ガス供給口と、
混合された前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとを前記チャンバ外に排出する排出口と、
前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとの混合点の下流側、かつ、前記排出口の上流側で種基板を保持するためのホルダと、
前記種基板を加熱する第1ヒータと、
前記混合点から前記種基板に至るまでの空間を前記第1ヒータよりも高温で加熱する第2ヒータと、を備える。
前記第2ヒータは、前記リングを加熱してもよい。
前記第1ヒータは、前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとの反応物が析出する温度で加熱してもよい。
図1に、本実施の形態に係るIII族窒化物結晶の製造装置の模式的断面図を示す。同図において、わかりやすくするために、各構成部材の大きさ、比率等は実際とは異なっている。本製造装置は、チャンバ101内に、III族酸化物の還元物ガス供給口として機能する石英管115が配置されている。石英管115の右側はチャンバ101の内壁に固定され、還元性ガス導入管111から還元性ガスが導入される。また、石英管115の内部にはIII族酸化物原料載置部105を有する。III族酸化物原料の形状は、反応を促進するために、通過する還元性ガスとの接触面積が広い形状が好ましい。ここではIII族酸化物原料として例えば純度4N以上のGa2O3の粉末を用いる。
実施例1におけるIII族窒化物結晶の製造装置の構成は、図1に示した通りである。本実施例において、種基板の直径を170mm、基板上流部加熱ヒータの長さを45mmとし、基板加熱ヒータの長さを種基板の直径+6mmとした。また、基板加熱ヒータによる加熱温度を1200℃、基板上流部加熱ヒータによる加熱温度を1270℃とした。また、基板上流部加熱ヒータの直上15mmの高さにIII族酸化物の還元物ガスと窒素元素含有ガスとの混合点を配した。また、III族酸化物の還元物ガスおよび窒素元素含有ガスは水平に噴きつける構造とした。さらに、結晶育成空間の高さは45mmとした。本実施の形態では、原料ガスにGa2Oを0.05l/m、還元性ガスに水素を10l/m、窒素元素含有ガスにアンモニアを5l/mで供給し、種基板の回転数を10rpmとした。
基板上流部加熱ヒータの長さを、リング116と同じ長さとし、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
基板上流部加熱ヒータの長さを40mmとし、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
基板加熱ヒータの加熱温度を1200℃、基板上流部加熱ヒータの加熱温度を1300℃として、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
基板上流部加熱ヒータの直上30mmの高さに混合点を配し、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
基板上流部加熱ヒータを無くし、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
基板加熱ヒータの加熱温度を1200℃、外周部加熱ヒータの加熱温度を1230℃として温度差を30℃とし、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
混合点から基板までの距離を30mmとし、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
混合点から基板までの距離を60mmとし、それ以外は実施例1と同じ条件で結晶を育成した。
101 チャンバ
102 種基板
104 原料加熱手段
105 III族酸化物原料載置部
108 排出口
109 ホルダ
110 バックグラウンドガス導入管
111 還元性ガス導入管
112 基板加熱ヒータ
113 基板上流部加熱ヒータ
115 石英管
116 リング
Claims (9)
- チャンバと、
前記チャンバ内に窒素元素含有ガスを供給する窒素元素含有ガス供給口と、
前記窒素元素含有ガスと混合するようにIII族元素の化合物ガスを前記チャンバ内に供給する化合物ガス供給口と、
混合された前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとを前記チャンバ外に排出する排出口と、
前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとの混合点の下流側、かつ、前記排出口の上流側で種基板を保持するためのホルダと、
前記種基板を加熱する第1ヒータと、
前記混合点から前記種基板に至るまでの空間を前記第1ヒータよりも高温で加熱する第2ヒータと、
前記種基板および前記ホルダを取り囲み、かつ、前記種基板よりも高温を維持するリングと、を備える、III族窒化物結晶の製造装置。 - 前記第2ヒータは、前記リングを加熱する、請求項1に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。
- 前記ホルダと前記リングとの間に空気層を備える、請求項2に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。
- 前記第2ヒータは、前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとの反応物が析出しない温度で加熱し、
前記第1ヒータは、前記化合物ガスと前記窒素元素含有ガスとの反応物が析出する温度で加熱する、請求項1から3のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。 - 前記混合点から前記種基板までの距離が40mm以上かつ50mm以下である、請求項1から4のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。
- 前記第1ヒータと前記第2ヒータの温度差は、50℃以上かつ100℃以下である請求項1から5のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造装置を用いてIII族窒化物結晶を製造する製造方法。
- 前記化合物ガスは、前記III族元素の酸化物ガスである、請求項7に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
- 前記化合物ガスは、前記III族元素を含む物質を酸化又は還元して生成される、請求項8に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
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