III族氮化物半导体晶体的制造装置制造方法及图纸

一种III族氮化物半导体晶体的制造装置具备：原料反应室；原料反应部，设置于原料反应室内，并生成含III族元素气体；基板保持构件，保持基板；原料喷嘴，朝向基板喷射含III族元素气体；氮源喷嘴，朝向基板喷射含氮元素气体，从与铅垂方向垂直的方向的侧面观察时，喷射方向在与基板相比的近前方与原料喷嘴的喷射方向交叉，以相交叉的位置为中心在所述中心的周边构成含III族元素气体与含氮元素气体进行混合的混合部；加热单元，用于将原料反应室、原料喷嘴、氮源喷嘴和基板保持构件进行加热；以及旋转机构，用于将基板保持构件进行旋转。

【技术实现步骤摘要】
III族氮化物半导体晶体的制造装置
本专利技术涉及III族氮化物半导体晶体的制造装置。特别是，涉及作为具备喷嘴的气相生长装置的III族氮化物半导体晶体的制造装置，，所述喷嘴是与用于载置反应炉内的被处理基板的基板保持构件对向地配置，用于朝向被处理基板供给气体而设置的。
技术介绍
GaN、AlGaN、InGaN等III族氮化物半导体被用于例如发光二极管、半导体激光器等光器件、异质结高速电子器件等领域。在作为III族氮化物半导体的GaN的制造方法之一中，使III族元素金属(例如，Ga金属)与氯化物气体(例如，HCl气体)反应，生成III族元素金属氯化物气体(GaCl气体)，由所述III族元素金属氯化物与含氮元素气体(例如，NH3气体)使GaN生长的氢化物气相外延法(HydrideVaρorPhaseEpitaxy，HVPE法)正在实用化(例如参照专利文献1。)。然而，所述HVPE法中，存在晶体生长中作为副产物的NH4Cl(氯化铵)大量地产生，堵塞制造装置的排气配管，因此阻碍晶体生长的课题。作为解决该问题的方法，提出了使III族元素金属(例如，Ga金属)与氧化剂(例如，H2O气体)反应生成III族元素金属氧化物气体(Ga2O气体)，由所述III族元素金属氧化物与含氮元素气体(例如，NH3气体)使GaN生长的氧气相外延法(OxygenVaporPhaseEpitaxy，OVPE法)(例如参照专利文献2。)。作为所述HVPE法、所述OVPE法的特征，可举出与有机金属气相生长法(MOCVD法)、分子束外延法(MBE法)等其他的晶体生长法中典型的1μm/h左右的生长速度相比，可得到10μm/h以上或100μm/h以上的非常大的生长速度。因此，用于制造GaN自支撑基板。图7是示出作为以往的III族氮化物半导体晶体的制造装置50之一的OVPE装置的典型的截面结构的概要截面图。该OVPE装置具备进行氮化物半导体的晶体生长的反应容器101，在反应容器101内，在产生Ga2O等III族元素气体的原料反应室102内设置有原料容器103。在利用第一加热器104进行加热的原料容器103内，容纳有包含Ga、In、Al等的金属原料106，原料容器103连接有供给H2O气体等反应性气体的反应性气体供给管107。利用从反应性气体供给管107供给至原料容器103内的反应性气体与金属原料106的反应，在原料容器103内生成含III族元素气体。所生成的含III族元素气体从与原料容器103连接的含III族元素气体供给管108被导入至原料容器103内，被输送至载置于基板基座112上的种基板111。需要说明的是，种基板111利用第二加热器进行加热。另外，反应容器101设置有供给NH3气体等含氮元素气体的含氮元素气体供给管109。输送至种基板111的含III族元素气体与含氮元素气体反应，在种基板111上III族氮化物半导体晶体生长。含III族元素气体供给管108与含氮元素气体供给管110如图7所示那样，一般而言相对于种基板111的主表面垂直地构成。作为以往的典型的OVPE装置的缺点，可举出：如图7所示那样，含III族元素气体与含氮元素气体相互平行地排出，因此含III族元素气体与含氮元素气体不易混合。因此，难以控制III族氮化物半导体晶体的膜厚、结晶性的面内均匀性。用于改善含III族元素气体与含氮元素气体的混合性的装置构成在专利文献3中提出。专利文献3中记载了：为了均匀地混合含III族元素气体与含氮元素气体，而在气体供给管与基板之间设置混合室、混合板等均匀化隔壁的结构。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭52-23600号公报专利文献2：WO2015/053341专利文献3：日本特表2008-504443
技术实现思路
为了达成所述目的，本专利技术所述的III族氮化物半导体晶体的制造装置具备：原料反应室；原料反应部，其设置于所述原料反应室内，生成含III族元素气体；基板保持构件，其在所述原料反应室内保持基板；原料喷嘴，其在所述原料反应室内朝向所述基板喷射所述含III族元素气体；氮源喷嘴，其在所述原料反应室内朝向所述基板喷射含氮元素气体，从与铅垂方向垂直的方向的侧面观察时，喷射方向在与所述基板相比的近前方与所述原料喷嘴的喷射方向交叉，以相交叉的位置为中心在所述中心的周边构成所述含III族元素气体与所述含氮元素气体进行混合的混合部；加热单元，其在所述原料反应室内，用于加热所述原料反应室、所述原料喷嘴、所述氮源喷嘴和所述基板保持构件；以及旋转机构，其在所述原料反应室内，用于旋转所述基板保持构件。附图说明图1是示出实施例1所述的III族氮化物半导体晶体的制造装置的截面构成的一例的概要截面图。图2A是示出使用了图1的III族氮化物半导体晶体的制造装置的原料喷嘴以及氮源喷嘴的结构并从气体供给侧观察的平面截面图。图2B是示出使用了图1的III族氮化物半导体晶体的制造装置的原料喷嘴以及氮源喷嘴的结构并从铅垂上方观察的水平截面图。图3是示出比较例1的III族氮化物半导体晶体的制造装置的截面构成的一例的概要截面图。图4是示出实施例1的混合部中的含III族元素气体与含氮元素气体的速度矢量分布的图。图5是示出比较例1的混合部中的含III族元素气体与含氮元素气体的速度矢量分布的图。图6是示出实施例1和3的对于含III族元素气体与含氮元素气体各自而言的基板基座旋转速度与原料气体输送效率的关系的图。图7是示出作为以往的III族氮化物半导体晶体的制造装置之一的OVPE装置的典型的截面结构的概要截面图。图8是实施例2中的、氮源喷嘴的偏转角度与气体混合度的关系的图。图9是示出比较例1与实施例1的气体混合度的表1。图10是示出实施例4中的、相对于基板基座的旋转方向而言的Ga2O气体的输送效率的表2。附图标记说明1反应容器2原料反应室3原料容器4第一加热器5第二加热器6起始Ga源7反应性气体供给管8原料喷嘴9氮源气体供给管10氮源喷嘴11种基板12基板基座13旋转轴14混合部15交叉点16生长部20III族氮化物半导体晶体制造装置40，50III族氮化物半导体晶体制造装置具体实施方式关于图7所示的以往的OVPE装置的原料容器103内的金属原料106的温度，为了与III族元素金属氧化性气体反应，生成含III族元素气体，需要保持为900℃以上的高温。在基板上的生长部中，为了提高由含III族元素气体与含氮元素气体生成的III族氮化物半导体晶体的驱动力，需要保持为1400℃左右为止的高温。如此地，在OVPE法、HVPE法中，由于被称为热壁(HotWall)加热的、将反应部内的整体保温至高温，在专利文献3所记载构成中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种III族氮化物半导体晶体的制造装置，其具备：/n原料反应室；/n原料反应部，其设置于所述原料反应室内，生成含III族元素气体；/n基板保持构件，其在所述原料反应室内保持基板；/n原料喷嘴，其在所述原料反应室内朝向所述基板喷射所述含III族元素气体；/n氮源喷嘴，其在所述原料反应室内朝向所述基板喷射含氮元素气体，从与铅垂方向垂直的方向的侧面观察时，喷射方向在与所述基板相比的近前方与所述原料喷嘴的喷射方向交叉，以相交叉的位置为中心在所述中心的周边构成所述含III族元素气体与所述含氮元素气体进行混合的混合部；/n加热单元，其在所述原料反应室内，用于加热所述原料反应室、所述原料喷嘴、所述氮源喷嘴和所述基板保持构件；以及/n旋转机构，其在所述原料反应室内，用于旋转所述基板保持构件。/n

【技术特征摘要】
20190606 JP 2019-106289;20200319 JP 2020-0497041.一种III族氮化物半导体晶体的制造装置，其具备：
原料反应室；
原料反应部，其设置于所述原料反应室内，生成含III族元素气体；
基板保持构件，其在所述原料反应室内保持基板；
原料喷嘴，其在所述原料反应室内朝向所述基板喷射所述含III族元素气体；
氮源喷嘴，其在所述原料反应室内朝向所述基板喷射含氮元素气体，从与铅垂方向垂直的方向的侧面观察时，喷射方向在与所述基板相比的近前方与所述原料喷嘴的喷射方向交叉，以相交叉的位置为中心在所述中心的周边构成所述含III族元素气体与所述含氮元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：布袋田畅行，松野俊一，泷野淳一，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP