ＩＩＩ族氮化物半导体的气相生长装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种ＩＩＩ族氮化物半导体的气相生长装置，其包括用于保持基板的托盘；该托盘的抵抗面；用于对该基板进行加热的加热器；设置于该托盘的中心部的原料气体导入部；由该托盘和该托盘的抵抗面的间隙形成的反应炉等，即使在保持于具有较大直径的托盘上的大直径的多个基板的表面上进行晶体生长的情况下，即使在１０００℃以上的温度对基板进行加热，晶体生长的场合，仍可有效地实现晶体生长。形成下述的气相生长装置，其具有所设置的基板和托盘的抵抗面之间的距离非常窄，并且使制冷剂在托盘的抵抗面流通的结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及III族氮化物半导体的气相生长装置(M0CVD装置)，更具体地说，本发 明涉及下述的III族氮化物半导体的气相生长装置，其包括保持基板的托盘、对基板进行 加热用的加热器、原料气体导入部、反应炉以及反应气体排出部等。
技术介绍
有机金属化合物气相生长法(M0CVD法)，与分子束外延法(MBE法)一起，常用于 氮化物半导体的晶体生长。特别是，MOCVD法的晶体生长速度快于MBE法，另外，也不必要求 像MBE法那样的高真空装置等，由此，广泛地用于产业界的化合物半导体量产装置。近年， 为了提高伴随蓝色或紫外线LED和蓝色或紫外线激光二极管的普及，氮化镓、氮化铟镓、氮 化铝镓的量产性，人们对构成MOCVD法的对象的基板的直径的直径的增加、数量的提高大 量地进行了研究。作为这样的气相生长装置，比如，像专利文献1 3所示的那样，可列举有下述气 相生长装置，其包括用于保持基板的托盘、用于对基板进行加热的加热器、设置于托盘的中 心部的原料气体导入部、由从托盘和托盘的抵抗面的间隙形成的反应炉、设置于托盘的外 周侧的反应气体排出部。在这些气相生长装置中，形成多个基板保持架设置于托盘上，通过 驱动机构，托盘自转，并且基板保持架实现自公转的方案。专利文献1 日本特开2002-175992号公报专利文献2 日本特开2007-96280号公报专利文献3 日本特开2007-243060号公报专利文献4 日本特开2002-246323号公报
技术实现思路
但是，在像这样的气相生长装置中，同样具有尚未解决的多个课题。在气相生长 装置的反应炉中，各种原料气体在高温加热的基板表面上分解，在基板表面上结晶。但是， 具有下述的问题，即，伴随基板的直径的增加、数量的增加，反应炉内的原料气体流路长，原 料气体无法有效地到达下游侧，下游侧的基板表面的晶体生长速度减少。另外，设置于构成 有机金属气相生长的对象的基板所面对的一侧的抵抗面通过加热器加热，在该抵抗面的表 面，原料气体反应，形成晶体，伴随生长次数的反复，晶体慢慢地堆积。为此，基板上的原料 气体的反应效率减少，经济性降低，而且也难以以良好的再现性获得高品质的晶体膜。另外，在专利文献4中，列举有下述的III族氮化物半导体用的MOCVD装置，其特 征在于对MOCVD反应炉的托盘的抵抗面进行冷却，通过石英而形成反应管的其它的部分。 针对该专利技术而记载到，通过对抵抗面进行水冷，蓝宝石上的AlN成膜速度达到过去的未水 冷的成膜速度的2. 4倍。但是，在该专利技术中，同样只获得1. 2 μ m/h的AlN的成膜速度，在有 效的原料气体的利用的方面是不充分的。在以工业方式，进行氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN) 的生长的场合，生长速度为2. 5 μ m/h,从经济上说是不成立的，要求4. 0 μ m/h以上的生长速度。实际上，工业上目前制造的GaN膜按照4.0 μ m/h的生长速度进行生长。另外，在该 专利技术中，构成反应炉的材料采用不锈钢和石英，但是，人们熟知，不锈钢的性能在温度700°C 以上时发生退化，对于石英，由于热传导率显著小，故难以将反应炉保持在均勻的温度。于是，本专利技术要解决的课题在于提供一种III族氮化物半导体的气相生长装置， 其为前述那样的气相生长装置，即使在保持于具有较大直径的托盘上的大直径的多个基板 的表面上进行晶体生长的情况下，即使在1000°c以上的温度对基板进行加热，进行晶体生 长的场合，仍可按照4. 0 μ m/h以上的生长速度而实现高品质的晶体生长。本专利技术人发现，为了解决这些课题而进行了深入的研究，其结果是，为了使托盘和 托盘的抵抗面的间隙变窄，另外抑制原料气体在抵抗面的表面上发生反应，进行结晶的情 况，通过形成较低地控制抵抗面的温度的结构，基板上的 原料气体的反应效率提高，并且以 良好的再现性获得高品质的晶体膜，由此，实现了本专利技术的气相生长装置。S卩，本专利技术涉及一种III族氮化物半导体的气相生长装置，其包括用于保持基板 的直径在30 200cm的范围内的托盘；该托盘的抵抗面；用于对该基板进行加热的加热 器；设置于该托盘的中心部的原料气体导入部；由该托盘和该托盘的抵抗面的间隙形成的 反应炉；设置于该托盘的外周侧的反应气体排出部，其特征在于基板和托盘的抵抗面的间 隙在基板的上游侧的位置，在2 8mm的范围内，并且在基板的下游侧的位置，在1 5mm 的范围内，该气相生长装置具有使制冷剂在该托盘的抵抗面流通的结构，在反应炉中原料 气体所接触的部分的材料由碳系材料、氮化物系材料、碳化物系材料、钼、铜、氧化铝、在表 面上覆盖碳系材料的材料或这些材料的复合材料形成。在本专利技术的气相生长装置中，通过使托盘和托盘的抵抗面的间隙变窄，并且使制 冷剂在托盘的抵抗面流通，对该抵抗面的表面进行冷却，即使在大直径、多个基板的表面上 进行晶体生长的情况下，即使在1000°c以上的温度对基板进行加热的场合，仍可缓和或消 除下游侧的基板表面的晶体生长速度减少的问题，向基板上的原料气体的反应效率提高， 以良好的再现性获得高品质的晶体膜。附图说明图1为表示本专利技术的气相生长装置的一个例子的垂直剖视图；图2为表示本专利技术的图1以外的气相生长装置的一个例子的垂直剖视图；图3为图1中的使制冷剂流通的冷却管附近的放大剖视图；图4为图2中的使制冷剂流通的冷却管附近的放大剖视图；图5为表示本专利技术的气相生长装置中的托盘的形式的例子的结构图；图6为实施例1和比较例1中的3英寸基板面内膜厚分布；图7为实施例7、比较例2和比较例3的3英寸基板面内膜厚分布。具体实施例方式本专利技术适用于下述的III族氮化物半导体的气相生长装置，该装置包括用于保持 基板的托盘；该托盘的抵抗面；用于对该基板进行加热的加热器；设置于该托盘的中心部 的原料气体导入部；由该托盘和托盘的抵抗面的间隙形成的反应炉；以及设置于该托盘的 外周侧的反应气体排出部。本专利技术的气相生长装置为主要用于进行使氮化物半导体(由从镓、铟、铝中选择的1种或2种以上的金属与氮形成的化合物)的晶体生长的气相生长装 置。在本专利技术中，特别是在保持直径大于3英寸的尺寸的多个基板的气相生长的场合，可充 分地发挥效果。由于将这样的尺寸的基板保持在托盘上，故对于用于本专利技术的托盘的尺寸， 通常直径在30 200cm的范围内，最好直径在50 150cm的范围内。下面根据图1 图5，对本专利技术的气相生长装置进行具体说明，但是，本专利技术并不 由它们限定。另外，图1、图2为表示本专利技术的气相生长装置的一个例子的垂直剖视图(图1为 下述的气相生长装置，其具有通过使圆盘12旋转，以使托盘2旋转的机构，图2为下述的气 相生长装置，其具有通过使托盘旋转轴13旋转，以使托盘2旋转的机构)。图3、图4分别 为图1、图2中的使制冷剂流通的结构附近的放大剖视图。图5为表示本专利技术的气相生长装 置中的托盘的形式的例子的结构图。本专利技术的III族氮化物半导体的气相生长装置像图1所示的那样，为下述的III 族氮化物半导体的气相生长装置，其包括用于保持基板1的托盘2 ；托盘的抵抗面3 ；用于 对基板进行加热的加热器4 ；设置于托盘的中心部的原料气体导入部5 ；由托盘和托盘的抵 抗面的间隙形成的反应炉6 ；具有设置于该托盘的外周侧的反应气体排出部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物半导体的气相生长装置，其包括用于保持基板的直径在３０～２００ｃｍ的范围内的托盘；该托盘的抵抗面；用于对该基板进行加热的加热器；设置于该托盘的中心部的原料气体导入部；由该托盘和该托盘的抵抗面的间隙形成的反应炉；设置于该托盘的外周侧的反应气体排出部，其特征在于基板和托盘的抵抗面的间隙在基板的上游侧的位置，在２～８ｍｍ的范围内，并且在基板的下游侧的位置，在１～５ｍｍ的范围内，该气相生长装置具有使制冷剂在该托盘的抵抗面流通的结构，在反应炉中原料气体所接触的部分的材料由碳系材料、氮化物系材料、碳化物系材料、钼、铜、氧化铝、在表面上覆盖碳系材料的材料或这些材料的复合材料形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：矶宪司，石滨义康，高木亮平，高桥让，
申请(专利权)人：日本派欧尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]