金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置和氮化物半导体模板制造方法及图纸

本发明专利技术提供抑制了不希望的杂质的混入的金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置、和氮化物半导体模板。作为金属氯化物气体发生装置的HVPE装置具有：筒状的反应炉，其在上游侧具有收容Ga（金属）的槽（收容部），在下游侧具有配置生长用的基板的生长部；透光性的气体导入管，其按照从具有气体导入口的上游侧端部起经由槽到达生长部的方式配置，从上游侧端部导入气体，供给至槽，并将气体与槽内的Ga反应而生成的金属氯化物气体供给至生长部；隔热板，其配置在反应炉内，对气体导入管的上游侧端部侧和生长部侧进行热阻断，气体导入管具有在上游侧端部与隔热板之间弯曲的构造。

【技术实现步骤摘要】
金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置和氮化物半导体模板
本专利技术涉及金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置、和氮化物半导体模板（template）。
技术介绍
氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）、氮化铟镓（InGaN）等氮化物镓化合物半导体作为能够发出从红色至紫外的光的发光元件用材料而引起关注。这些氮化物镓化合物半导体的结晶生长法之一包括以金属氯化物气体和氨为原料的氢化物气相生长法（HVPE：HydrideVaporPhaseEpitaxy）。作为HVPE法的特征，可以列举出与其它生长法（有机金属气相生长法（MOVPE：Meta1-OrganicVaporPhaseEpitaxy）、分子束外延法（MBE：MolecularBeamEpitaxy法）中典型的数μm/hr的生长速度相比能够获得非常大的10μm/hr以上至100μm/hr以上的生长速度这一点。因此，可很好地用于GaN自支撑基板（参照专利文献1）、AlN自支撑基板的制造中。这里，“自支撑基板”是指具有能够保持自身的形状、在处理中不会产生不良的程度的强度的基板。此外，由氮化物半导体形成的发光二极管（LED：LightEmittingDiode）通常形成在蓝宝石基板上，但在其结晶生长时，在基板的表面形成缓冲层后，在其上生长含有n型层的厚度为10～15μm左右的GaN层，并在其上按照InGaN/GaN多量子阱的发光层（总计数百nm厚）、p层（200～500nm厚）的顺序进行生长。发光层的下侧的GaN层厚是为了改善蓝宝石基板上的GaN的结晶性等。然后，进行电极形成等，最终形成如后述图7那样的元件构造。利用MOVPE法生长时，典型情况下结晶生长工序需要6小时左右的时间，但其中的一半左右是用于生长被称为模板部分的、发光层下侧的氮化物半导体层例如GaN层所需要的时间。由以上说明可知，在模板部分的生长中若使用生长速度非常快的HVPE法，则能够大幅缩短生长时间，能够急剧降低LED用晶片的制造成本。但是，当使用能够降低制造成本的HVPE法来使模板部分生长时，不希望的杂质的混入较多，现状是难以制作优质的模板。用于制造氮化物半导体的HVPE装置通常使用Ga、NH3气体、HCl气体作为主原料。此外，能够有效进行膜的生成的必要生长温度是1000℃以上的高温。因此，作为气体导入管、反应炉的材料，使用对高温下反应性高的NH3气体、HCl气体具有化学耐受性和耐热性的例如石英。具体而言，HVPE装置具有如后述图8所示那样的构造，具有分成上游侧的原料部和下游侧的生长部的圆筒状的石英制反应炉，用不锈钢（SUS）制的上游侧凸缘（flange）堵塞反应炉上游侧的开放端，用SUS制的下游侧凸缘堵塞反应炉的下游侧的开放端，贯通上游侧凸缘地从原料部向着生长部设置石英制的气体导入管。由于不能将石英制的气体导入管直接安装在上游侧凸缘上，因此在气体导入管的上游侧的端部的外侧连接SUS制配管，并将该配管安装在上游侧凸缘上（例如参照专利文献2。）。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3886341号公报专利文献2：日本特开2002－305155号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，上述构成的HVPE装置中，来自温度最高的生长部的幅射热会传导至SUS制配管而使配管部分为高温。当配管为高温时，配管内流动的气体容易与配管的构成材料反应，配管部分的构成材料因该气体而被剥落（被腐蚀），该被剥落的配管部分的构成材料有时会作为不希望的杂质而混入氮化物半导体模板中。这些情况在来自腐蚀性气体NH3、HCl流动的配管部分的杂质混入时尤其显著。根据说明书和权利要求，“氮化物半导体模板”或简称的“模板”是指包含基板和位于发光层下侧的氮化物半导体层例如GaN层的部件，可以进一步包含缓冲层等。因此，本专利技术的目的在于提供抑制了不希望的杂质混入氮化物半导体模板的金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置、和氮化物半导体模板。解决问题的方法本专利技术人等为了完成上述课题进行了深入研究，结果发现，在使用可在1000℃以上使用的金属氯化物气体发生装置而制作的氮化物半导体模板中不希望混入的杂质是由于气体导入ロ的SUS配管为高温而使配管的构成材料被配管内流动的气体腐蚀，从而作为杂质而混入的。通过抑制来自加热器部的辐射热，可以一定程度地抑制气体导入口的SUS配管部分的温度上升。但是，已知上述方法存在极限。发现其原因在于，上述气体导入管的材料、具体地为石英是具有透光性的材料，从而气体导入管成为光波导，前述气体导入ロ的SUS配管部分变成高温，由于其影响而存在不希望的杂质的混入。（“光波导现象”是指气体导入管成为光波导而导波辐射热的现象）因此，为了抑制气体导入口的SUS配管部分的温度上升，首先在温度最高的生长部和气体导入口之间设置隔热板，抑制辐射热所致的温度上升。进而发现，通过在隔热板与上游侧端部之间使气体导入管弯曲而改变气体导入口的位置，并抑制气体导入口的SUS配管部分变为高温，可抑制杂质的混入。在气体导入管的下游侧产生的辐射热（具体而言，来自金属氯化物气体发生装置的生长部侧的辐射热）通过隔热板、气体导入管的弯曲构造而被抑制，热量不易传递至上游侧端部，从而抑制上游侧端部的温度上升。抑制上游侧端部的配管构成材料作为杂质而混入从气体导入管导入的气体中。本专利技术为了实现上述目的，提供一种金属氯化物气体发生装置，所述装置具有：筒状的反应炉，其在上游侧具有收容金属的收容部，在下游侧具有配置生长用的基板的生长部；透光性的气体导入管，其按照从具有气体导入口的上游侧端部起经由前述收容部到达前述生长部的方式配置，从前述上游侧端部导入气体，供给至前述收容部，并将前述气体与前述收容部内的前述金属反应而生成的金属氯化物气体供给至前述生长部；隔热板，其配置在前述反应炉内，对前述气体导入管的前述上游侧端部侧和前述生长部侧进行热阻断，前述气体导入管具有在前述上游侧端部与前述隔热板之间弯曲的构造。此外，本专利技术提供一种具备上述金属氯化物气体发生装置的氢化物气相生长装置。此外，本专利技术提供一种氮化物半导体模板，其为具有基板和含氯的氮化物半导体层的氮化物半导体模板，前述含氯的氮化物半导体层中铁浓度小于1×1017cm-3。专利技术效果根据本专利技术，能够抑制不希望的杂质混入氮化物半导体模板。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式的HVPE装置的概略构成的例子的图。图2是本专利技术的第2实施方式的氮化物半导体模板的剖视图。图3是表示Fe的SIMS分析结果的图。图4是表示Cr的SIMS分析结果的图。图5是表示Ni的SIMS分析结果的图。图6是本专利技术的实施例的半导体发光元件用外延晶片的剖视图。图7是本专利技术的实施例的半导体发光元件的剖视图。图8是示意性地表示比较例1的HVPE装置的图。图9表示本专利技术的变形例4的肖特基势垒二极管的剖视图。符号说明1，100：HVPE装置、10：氮化物半导体模板、2：反应炉、2a：排气管、3a：原料部、3b：生长部、4a：原料部加热器、4b：生长部加热器、5：承载盘、5b：旋转轴、6：气体供给管路、7：槽、7a：Ga熔液、8A：上游侧凸缘、8B：下游侧凸缘、9：隔热板、9A：第1隔热板、9B：第2隔热板、11：蓝宝石基板、12：Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氯化物气体发生装置，其具有：筒状的反应炉，其在上游侧具有收容金属的收容部，在下游侧具有配置生长用的基板的生长部；透光性的气体导入管，其按照从具有气体导入口的上游侧端部起经由所述收容部到达所述生长部的方式配置，从所述上游侧端部导入气体，供给至所述收容部，并将所述气体与所述收容部内的所述金属反应而生成的金属氯化物气体供给至所述生长部；隔热板，其配置在所述反应炉内，对所述气体导入管的所述上游侧端部侧和所述生长部侧进行热阻断，所述气体导入管具有在所述上游侧端部与所述隔热板之间弯曲的构造。

【技术特征摘要】
2011.08.17 JP 2011-1784131.一种金属氯化物气体发生装置，其具有：筒状的反应炉，其在上游侧具有收容金属的收容部，在下游侧具有配置生长用的基板的生长部；透光性的气体导入管，其按照从具有气体导入口的上游侧端部起经由所述收容部到达所述生长部的方式配置，从所述上游侧端部导入气体，供给至所述收容部，并将所述气体与所述收容部内的所述金属反应而生成的金属氯化物气体供给至所述生长部；隔热板，其配置在所述反应炉内，对所述气体导入管的所述上游侧端部侧和所述生长部侧进行热阻断，所述气体导入管具有在所述上游侧端部与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：今野泰一郎，藤仓序章，松田三智子，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：