Iii族氮化物晶體的制造裝置及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及III族氮化物晶體的制造裝置及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為III族氮化物晶體的制造裝置，可以考慮以III族氧化物作為原料的制造方 法（例如專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 對(duì)該制造方法的反應(yīng)體系進(jìn)行說(shuō)明。加熱Ga203，在該狀態(tài)下，導(dǎo)入氫氣。被導(dǎo)入 的氫氣與Ga203反應(yīng)，生成Ga20氣體（下述式（I))。使所生成的Ga20氣體與氨氣反應(yīng)，在 種基板上生成GaN晶體（下述式（II))。
[0004] Ga203+2H2- Ga 2〇+2H20 (I)
[0005] Ga20+2NH3-2GaN+H 20+2H2 (II)
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2009 - 234800號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的問題
[0010] 然而，在上述以往的方法中，在種基板以外的場(chǎng)所中也發(fā)生式（II)的反應(yīng)，有GaN 晶體析出的情況。特別是，在氣體的流路的上游側(cè)析出的晶體有時(shí)隨氣體的流動(dòng)而移動(dòng)并 附著于種基板上，成為導(dǎo)致所生成的GaN晶體的品質(zhì)降低的原因。
[0011] 因而，本公開的目的在于，提供可以生成高品質(zhì)的晶體的III族氮化物晶體的制 造裝置及制造方法。
[0012] 用于解決問題的方法
[0013] 為了達(dá)成上述目的，本公開的III族氮化物晶體的制造裝置的特征在于，具備：
[0014]腔室；
[0015]向所述腔室內(nèi)供給含氮元素氣體的含氮元素氣體供給口；
[0016] 將III族元素的化合物氣體向所述腔室內(nèi)供給以使其與所述含氮元素氣體混合 的化合物氣體供給口；
[0017] 將混合后的所述化合物氣體和所述含氮元素氣體向所述腔室外排出的排出口；
[0018] 用于在所述化合物氣體與所述含氮元素氣體的混合點(diǎn)的下游側(cè)、并且在所述排出 口的上游側(cè)保持種基板的支持物；
[0019] 加熱所述種基板的第一加熱器；
[0020] 對(duì)從所述混合點(diǎn)到所述種基板的空間以比所述第一加熱器高的溫度進(jìn)行加熱的 第二加熱器。
[0021] 另外，為了達(dá)成上述目的，本公開的制造方法的特征在于，使用本公開的III族氮 化物晶體的制造裝置。
[0022] 發(fā)明效果
[0023] 利用本公開的III族氮化物晶體的制造裝置及制造方法，可以制造高品質(zhì)的晶 體。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本實(shí)施方式的制造裝置的示意性剖面圖。
[0025] 圖2是本實(shí)施方式的制造裝置的另一個(gè)示意性剖面圖。
[0026] 圖3是本實(shí)施方式的制造裝置的變形例的示意圖。
[0027] 圖4是本實(shí)施方式的制造裝置的另一個(gè)變形例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本公開的第一方式的III族氮化物晶體的制造裝置具備：
[0029]腔室、
[0030]向所述腔室內(nèi)供給含氮元素氣體的含氮元素氣體供給口、
[0031] 將III族元素的化合物氣體向所述腔室內(nèi)供給以使其與所述含氮元素氣體混合 的化合物氣體供給口、
[0032] 將混合后的所述化合物氣體和所述含氮元素氣體向所述腔室外排出的排出口、
[0033] 用于在所述化合物氣體與所述含氮元素氣體的混合點(diǎn)的下游側(cè)、并且在所述排出 口的上游側(cè)保持種基板的支持物、
[0034] 加熱所述種基板的第一加熱器、和
[0035] 對(duì)從所述混合點(diǎn)到所述種基板的空間以比所述第一加熱器高的溫度進(jìn)行加熱的 第二加熱器。
[0036] 第二方式的III族氮化物晶體的制造裝置也可以在上述第一方式中，具備包圍所 述種基板及所述支持物的環(huán)，
[0037] 所述第二加熱器將所述環(huán)加熱。
[0038] 第三方式的III族氮化物晶體的制造裝置也可以在上述第二方式中，在所述支持 物與所述環(huán)之間具備空氣層。
[0039] 第四方式的III族氮化物晶體的制造裝置也可以在上述第一方式到第三方式的 任意一個(gè)方式中，所述第二加熱器以所述化合物氣體與所述含氮元素氣體的反應(yīng)物不會(huì)析 出的溫度進(jìn)行加熱，
[0040] 所述第一加熱器以所述化合物氣體與所述含氮元素氣體的反應(yīng)物析出的溫度進(jìn) 行加熱。
[0041] 第五方式的III族氮化物晶體的制造裝置也可以在上述第一方式到第四方式的 任意一個(gè)方式中，從所述混合點(diǎn)到所述種基板的距離為40mm以上且為50mm以下。
[0042] 第六方式的III族氮化物晶體的制造裝置也可以在上述第一方式到第五方式的 任意一個(gè)方式中，所述第一加熱器與所述第二加熱器的溫度差為50°C以上且為100°C以 下。
[0043] 第七方式的III族氮化物晶體的制造方法使用上述第一方式到第六方式的III族 氮化物晶體的制造裝置制造III族氮化物晶體。
[0044] 第八方式的III族氮化物晶體的制造方法也可以在上述第七方式中，所述化合物 氣體為所述III族元素的氧化物氣體。
[0045] 第九方式的III族氮化物晶體的制造方法也可以在上述第八方式中，所述化合物 氣體通過將含有所述III族元素的物質(zhì)氧化或還原而生成。
[0046] 以下，在參照附圖的同時(shí)，對(duì)本公開的實(shí)施方式的III族氮化物晶體的制造裝置 及III族氮化物晶體的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。而且，對(duì)于圖中實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)件使用相 同的符號(hào)。
[0047](實(shí)施方式）
[0048] 圖1中，表示出本實(shí)施方式的III族氮化物晶體的制造裝置的示意性剖面圖。同 圖中，為了容易理解，各構(gòu)成構(gòu)件的大小、比率等與實(shí)際不同。本制造裝置在腔室101內(nèi)配 置有作為ΠΙ族氧化物的還原物氣體供給口發(fā)揮作用的石英管115。石英管115的右側(cè)被 固定于腔室101的內(nèi)壁，從還原性氣體導(dǎo)入管111導(dǎo)入還原性氣體。另外，在石英管115的 內(nèi)部具有III族氧化物原料載放部105。對(duì)于III族氧化物原料的形狀，為了促進(jìn)反應(yīng)，優(yōu) 選與通過的還原性氣體的接觸面積大的形狀。此處作為III族氧化物原料例如使用純度4N 以上的Ga203的粉末。
[0049] 作為還原性氣體，有一氧化碳?xì)怏w、甲燒氣體、乙燒氣體等經(jīng)系氣體、氫氣、硫化氫 氣體、或二氧化硫氣體。此處，還原性氣體采用氫氣。另外，雖然氣體優(yōu)選被加熱后向腔室 101內(nèi)供給，然而也可以是常溫。氣體的流量根據(jù)種基板102的尺寸而變更。此外，在石英 管115的周圍設(shè)有原料加熱機(jī)構(gòu)104,在該石英管115內(nèi)進(jìn)行上述的反應(yīng)式（I)的反應(yīng)。由 此，從石英管115將III族氧化物的還原物氣體向腔室101內(nèi)供給。即，石英管115的頭端 部115a作為向腔室101內(nèi)供給III族氧化物的還原物氣體的還原物氣體供給口發(fā)揮作用。
[0050] 另一方面，在腔室101內(nèi)，在支持物109處載放有種基板102。支持物109也可以 具備基板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。如果使種基板102以10~lOOrpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則可以提高所生長(zhǎng)的 晶體的平坦性。
[0051] 在腔室101的外部，配置有加熱種基板102的基板加熱加熱器112 (第一加熱器）、 以及將種基板102的上游側(cè)的空間、或者以包圍種基板102及支持物109的方式配置的環(huán) 116加熱的基板上游部加熱加熱器113 (第二加熱器）。
[0052] 基板上游部加熱加熱器113將從頭端部115a到環(huán)116的范圍的空間加熱。含氮 元素氣體被從含氮元素氣體供給口 100導(dǎo)入腔室101內(nèi)。
[0053] 作為含氮元素氣體，有氨氣、肼氣、烷基胺氣體。它們當(dāng)中，如果考慮安全性、生產(chǎn) 成本，則優(yōu)選采用氨氣。
[0054] 環(huán)116被以包圍種基板102及支持物109的周圍的方式配置，通過將環(huán)116維持 在比種基板102高的溫度，而具有防止附著物向種基板102的周圍的析出的效果。支持物 109及環(huán)116的材質(zhì)例如為導(dǎo)熱率高的碳或碳化硅。特別是環(huán)116優(yōu)選使用顯示出比支持 物109的材質(zhì)更高的導(dǎo)熱率的材質(zhì)?；蛘?，作為環(huán)116的材質(zhì)，優(yōu)選使用藍(lán)寶石等耐熱性高 的材質(zhì)。另外，作為環(huán)116,最適合采用環(huán)，然而也可以像C狀構(gòu)件那樣采用在一部分具有被 開放了的區(qū)域的構(gòu)件。然而，在環(huán)116采用C狀構(gòu)件的情況下，從溫度控制及氣流控制的觀 點(diǎn)考慮，最好不使開放區(qū)域位于上游側(cè)，而是配置于下游側(cè)。
[0055] 而且，相對(duì)于種基板102及支持物109分開地設(shè)置環(huán)116。即，在支持物109與環(huán) 116之間配置空氣層116a。利用該空氣層116a，可以防止達(dá)到高溫的環(huán)116的溫度向種基 板102及支持物109移動(dòng)，可以將種基板102保持為所需的溫度。另外，在支持物109具備 基板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的情況下，利用空氣層116a，抑制支持物109與環(huán)116的干擾，可以實(shí)現(xiàn)順暢 的基板旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，作為空氣層116a，優(yōu)選為0. 5mm以上10mm以下。如果小于0. 5mm，則會(huì) 因支持物109與環(huán)116的干擾而難以實(shí)現(xiàn)順暢的基板旋轉(zhuǎn)，如果在10mm以上，則種基板102 與環(huán)116的距離變大而在中間形成溫度低的區(qū)