(57)【要約】反応器中に配置された基材上に結晶を成長させる方法であって、この反応器は、反応器チャンバを提供し、この基材は、この反応器チャンバの中に配置され、この方法は、この反応器チャンバの内部に反応性ガスをこの基材に向かって流す工程であって、この反応性ガスは、互いに結合してこの結晶を形成し得る成分を含有する工程；緩衝ガスを加熱する工程；およびこの加熱された緩衝ガスを、この反応性ガスとこの反応器壁との間のこの反応器チャンバ中で、この反応性ガスおよびこの緩衝ガスが相互作用し得るように、流す工程、を包含し、ここでこの流れている緩衝ガスが、この反応性ガスにより生成される第１の物質の少なくとも１つがこの反応器壁に到達するのを阻害し、そしてこの反応性ガスがこの基材に到達する前に、この反応器壁により生成される第２の物質が反応器チャンバー中のこの反応性ガスに到達するのを阻害する。
2007504081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器中に配置された基材上に結晶を成長させる方法であって、該反応器は、反応器チャンバを提供し、該基材は、該反応器チャンバの中に配置され、該方法は、以下：
該反応器チャンバの内部に反応性ガスを該基材に向かって流す工程であって、該反応性ガスは、互いに結合して該結晶を形成し得る成分を含有する工程；
緩衝ガスを加熱する工程；および
該加熱された緩衝ガスを、該反応性ガスと該反応器壁との間にある該反応器チャンバ中に、該反応性ガスおよび該緩衝ガスが相互作用し得るように、流す工程、
を包含し、ここで該流れている緩衝ガスが、該反応性ガスにより生成される第１の物質の少なくとも１つが該反応器壁に到達するのを阻害し、そして該反応性ガスが該基材に到達する前に、該反応器壁により生成される第２の物質が反応器チャンバー中の該反応性ガスに到達するのを阻害する、方法。
【請求項２】
前記緩衝ガスを使用して、前記反応性ガスを、前記基材に到達する前に反応して所望の物質を形成するに十分加熱し、該所望の物質が該基材上に所望の結晶を形成する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応ガスおよび前記緩衝ガスの未使用の部分を前記チャンバから放出する工程であって、ここで該緩衝ガスは、実質的にいかなる前記第１の物質も前記反応器壁に到達せず、そして実質的にいかなる前記第２の物質も該反応チャンバの内部の該反応性ガスに実質的に到達しないような速度で流れる工程、をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記緩衝ガスが、第１の物質および第２の物質のうちの少なくとも１つと反応して、少なくとも１つの不活性な安定な物質を形成するような構成である少なくとも１つの第３の物質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記緩衝ガスが、少なくとも１種の不活性ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１種の不活性ガスが、ヘリウムおよびアルゴンのうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記反応性ガスが、前記反応器壁と反応して前記第２の物質を生成するドーパント、およびエッチング剤のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応性ガスが、前記エッチング剤を含み、該エッチング剤が、水素である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記反応性ガスが、シラン、四塩化ケイ素、およびトリメチルシラン、ならびにメタンおよびプロパンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応器壁を加熱する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応器壁、前記緩衝ガス、および前記基材座のうちの少なくとも１つが加熱され、該反応性ガスの温度と前記基材の温度との間の温度差が制御される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記差が、約５℃と約２００℃との間に維持される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応性ガスを前記反応器に流す前に、該反応性ガスのすべての成分を混合する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記チャンバへの導入の前に前記成分を混合することを阻害するために、前記反応性ガスの成分を、該反応チャンバの中へ別々に流す工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応器の軸に平行な方向に、かつ前記反応器壁に規定される少なくとも１つの開口部を通して、前記緩衝ガスを放出する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応性ガスが、以下の元素の群：ケイ素および炭素、アルミニウムおよび窒素、ガリウムおよび窒素、アルミニウムおよびガリウムおよび窒素、ならびにこれらの群のいずれかの合金、の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応性ガスが、ＳｉＣ、ＩＩＩ〜Ｖ族化合物のうちの１つの結晶、およびＳｉＣとＩＩＩ〜Ｖ族化合物との合金を成長させるためのガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基材上に結晶を成長させるための反応器システムであって、該反応器システムは、
ハウジングであって、第１の端部である入口端部および第２の端部である出口端部を備え、該入口端部が、反応性ストリーム取込みポートおよび緩衝ストリーム取込みポートを規定し、そして該出口端部が少なくとも１つの出力ポートを規定する、ハウジング；
基部であって、該ハウジングの出口端部に連結され、そして該基材を受けるような構成である、基部；
反応性ガスインジェクタであって、反応性ガスを該ハウジングの中へ該反応性ストリーム取込みポートを通して注入し、該反応性ガスの反応性ストリームを生成するような構成である、反応性ガスインジェクタ；
緩衝ガスインジェクタであって、緩衝ガスを該ハウジングの中へ該緩衝ストリーム取込みポートを通して注入し、該緩衝ガスの緩衝ストリームを生成するような構成である、反応性ガスインジェクタ；ならびに
第１の熱源であって、該緩衝ストリームを加熱するような構成および配置である、第１の熱源；
を備え、ここで該入口端部、該反応性ガスインジェクタ、および該緩衝インジェクタは、該加熱緩衝ストリームが、該反応性ストリームと該ハウジングの壁との間に配置され、該反応性ストリームの成分または該反応性ストリームから生成された成分が該ハウジングの壁に到達するのを阻害し、そして該ハウジングの壁により生成または放射された物質が、該反応性ストリームが該基材に到達する前に、該反応性ストリームに到達するのを阻害するような構成である、反応器システム。
【請求項１９】
前記入口端部が、前記ハウジング内部の相互作用位置まで、前記反応性ストリームおよび前記加熱された緩衝ストリームを別々に保つような構成である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
実質的に前記相互作用位置と同一平面上の地点と前記基材との間の前記ハウジングの壁を加熱するような構成および配置である第２の熱源をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の熱源が、前記緩衝ストリームが反応性ストリームと相互作用する場合、該緩衝ストリームが、反応性ストリームが該基材に到達する前に該反応性ガスを互いと反応させて所望の物質を形成させ、該所望の物質が該基材上に所望の結晶を形成するに十分加熱するように十分な温度まで該緩衝ストリームを加熱するような構成である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記基材を加熱して前記反応性ストリームの温度と該基材の温度との温度差を維持するような構成および配置である、基材加熱供給源をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記差が、約５℃と約２００℃との間に維持される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ハウジングが、該ハウジングの長さに沿って該ハウジングの壁に少なくとも１つの開口部を規定する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ハウジングが、該ハウジングの前記長さに沿って該ハウジングの壁に複数の開口部を規定し、ここで該開口部のサイズが、該ハウジングの該長さに沿った該ハウジングの壁からの前記緩衝ガスの調節された流出量を提供する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、
外側枠であって、前記ハウジングの前記長さに沿って該ハウジングのまわりに配置され、該ハウジングから分離されて、該枠と該ハウジングとの間の通路を規定する、外側枠；および
装置であって、該通路から出るガスの流れを誘導するような構成および配置である、装置、
をさらに備える、システム。
【請求項２７】
基材上に結晶を成長させるための反応器システムであって、該反応器システムは、
ハウジングであって、第１の端部である入口端部および第２の端部である出口端部を備え、該入口端部が、反応性ストリーム取込みポートを規定し、そして該出口端部が少なくとも１つの出力ポートを規定する、ハウジング；
基部であって、該ハウジングの出口端部に連結され、そして該基材を受けるような構成である、基部；
装置であって、該反応性ストリーム取込みポートを通る該ハウジングの中へのガス流を提供するような構成および配置である、装置；ならびに
該取込みポートと該基材との間の該ガス流を加熱し、そして少なくとも１つのガス流成分を該ハウジングの壁から分離し、そして該ハウジングの壁から放出される物質を該ガス流から分離するための手段であって、該ガス流を加熱するための手段は、該ハウジングの壁から放射する熱からは独立して該ガス流を加熱するような構成である、手段、
を備える、反応器システム。
【請求項２８】
前記加熱のための手段が、前記ガス流成分と反応しそうにない少なくとも１つの緩衝ガスの加熱ストリームを注入するような構成であり、該少なくとも１つの緩衝ガスが、該ガス流成分が互いに反応するように、該ガス流成分を十分に加熱するに十分な温度にある、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ハウジングの壁を加熱するための手段をさらに備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ガス流の最高温度と前記基材の温度との間の所望の温度差を維持するために該基材を加熱する手段をさらに備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記所望の温度差が、約５℃と約２００℃との間である、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ハウジングが、該ハウジングの長さに沿って該ハウジングの壁に少なくとも１つの開口部を規定する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ハウジングが、該ハウジングの前記長さに沿って、該ハウジングの壁に異なるサイズの複数の開口部を規定する、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
請求項２７に記載のシステムであって、
外側枠であって、前記ハウジングの前記長さに沿って該ハウジングのまわりに配置され、該ハウジングから分離されて、該枠と該ハウジングとの間の通路を規定する、外側枠；および
装置であって、該通路から出るガスの流れを誘導するような構成および配置である、装置、
をさらに備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府の支援による研究に関する記載）
本発明は、少なくとも一部は、合衆国空軍により授与された研究助成番号第Ｆ３３６１５−０２−Ｍ−５４２２の下での政府の支援によりなされた。政府は、本発明においてある権利を有する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、単結晶の成長に関し、より具体的には、炭化ケイ素およびＩＩＩ族窒化物、ならびにそれらの合金の結晶の成長に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＩＩＩ族窒化物、およびそれらの合金を、低不純物レベル、高い結晶の品質、および商業的に実現可能な成長速度で成長させることは、非常に困難である。以下の議論は、例示の目的のためだけに、ＳｉＣ結晶の成長に焦点を当てるが、このことは、本発明の範囲を限定しない。
【０００４】
ＳｉＣ単結晶は、独特の電子的特性および物理的特性を有し、このことがそれらを様々なタイプの半導体デバイスにおける使用のために適切なものにしている。ＳｉＣデバイスは、シリコン（Ｓｉ）またはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）のようなより慣用的な電子材料を使用して作製されたデバイスよりも有意により高い温度で作動し得る。ＳｉＣは、非常に高い降伏電場を有し、これはＳｉＣをマイクロ波周波数スペクトルで作動する高出力通信デバイスのために適切なものにする。さらに、ＳｉＣの熱伝導率は、ＳｉおよびＧａＡｓの熱伝導率よりも有意に高く、これは、半導体デバイスの作動の間に生成する熱エネルギーのより効率的な除去を可能にする。このことは、高出力かつ高周波数半導体デバイスのために、特に有利である。
【０００５】
ＳｉＣ半導体デバイス一般、および特にマイクロ波デバイスの性能を改善するのに役立つように、ＳｉＣ結晶中のバックグランド不純物を低レベルにすることが望ましい。これは、導電性基材に関連する問題を回避するのを支援するために、高抵抗率かつ半絶縁性の基材（約１Ｅ０５Ω−ｃｍより大きい抵抗を有する）を使用するマイクロ波デバイスに対して特に当てはまる。
【０００６】
結晶を成長させることに対する１つのアプローチは、高純度ガスを使用するＰＶＴ（物理的気相輸送）プロセスにおける粉末供給源を置き換えることである。高濃度の前駆体ガス（例えば、シランおよびプロパン）が、Ｓｉ運搬蒸気種およびＣ運搬蒸気種を生成するための粉末供給源の代わりに使用される。例えば、シラン、プロパンのような炭化水素ガス、およびヘリウムのようなキャリアガスの混合物が、円筒状反応器の基部にポンプ輸送され、この円筒状反応器は、外部から加熱されており、そして、その円筒状反応器の平らな上面における結晶成長のシードとして作用するＳｉＣウェーハを備える。シランは、ＳｉｘおよびＨ２に分解し、そして高濃度のシランが使用されるため、Ｓｉｘクラスターが形成される。このＳｉｘクラスターは、プロパンと反応し、熱力学的に安定なＳｉｘ−Ｃｙクラスターおよびをより多くのＨ２を形成する。このクラスターを含むガスストリームは、より高温の領域に入り、そこでそのクラスターは、昇華してＳｉおよびＣを含む蒸気種（Ｓｉ、ＳｉＣ２、Ｓｉ２Ｃ、およびＳｉＣ）を形成する。これらの蒸気種は、これらのガスのバルク移動により成長表面に輸送され、分解して、より低温のシード表面の上に結晶性ＳｉＣを形成する。この方法は、高温化学気相成長技術（ＨＴＣＶＤ）またはガス供給昇華（ＧＦＳ）と称されており、高純度の物質が高成長速度で生成することが示されている。この技術により成長される物質の組成上の純度は非常に高く、標準的なＰＶＴ成長物質において得られる純度よりも高いオーダーである（１０１５ｃｍ−３対１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度）。ＨＴＣＶＤ物質の高純度は、固体供給源よりもはるかに高い純度レベルで入手され得るガス前駆体を、粉末供給源物質の代わりに使用することに関連する。しかし、ホウ素および窒素のような不純物が、成長した物質中に検出されている。これらの不純物の源は、反応器壁および構成成分であると考えられる。
【０００７】
ＳｉＣの成長のためのＧＦＳプロセスで使用される高温で、グラファイトは、容器壁、シードホルダーなどのような反応器構成成分の構築のために熱的、化学的そして経済的に適切な唯一の材料と考えられている。高純度のグラファイトが、反応器の構築のために一般に使用されるが、高い加工温度（２０００〜２５００℃）は、グラファイト成分からの残渣不純物の放出をもたらす。これらの不純物は、ガスストリーム中に拡散し、成長しつつあるＳｉＣ結晶を汚染する。ホウ素および窒素のような不純物が、成長した物質中に検出されている。これらの不純物の供給源は、反応器壁および反応器構成成分であると考えられる。グラファイト成分からの不純物の放出を低減するための１つのアプローチは、それらを高純度のコーティング、例えばＳｉＣでコーティングすることである。
【０００８】
ＧＦＳの間、Ｓｉ運搬前駆体ガスおよびＣ運搬前駆体ガスのクラッキングおよび反応は、水素を生成する。高温で、水素は、非常に反応性であり、炭化ケイ素と反応し、そのエッチング速度は、単結晶よりも多結晶に対して有意に速い。水素は、成長表面で有益な効果を有し、そこでは水素は、その表面上に形成され得る多結晶をエッチングして取り去り、他方、単結晶部分はそれほど影響を受けないまま残す。これらの前駆体が水素を生成しないか、または生成量が十分でない場合には、制御された量の水素が、反応器への入口で、上記ガス混合物に添加され、そのガス混合物のエッチング作用が制御される。反応器中の水素の存在の有害な副作用は、グラファイト反応器構成成分の炭化ケイ素コーティングとの水素の反応であり、従ってその下に存在するグラファイトを露出させる。ＧＦＳで成長したＳｉＣ中でのホウ素および窒素の存在は、熱く露出したグラファイトに由来するこれらの不純物の放出に関連する。
【０００９】
ＧＦＳプロセスでは、この反応性ガス混合物は、外部供給源（代表的には、高周波誘導）により加熱される反応器中にポンプ輸送される。このガス混合物は、反応器の熱い壁との接触、および引き続くガス混合物を通しての拡散を介して加熱される。一般に、キャリアガスに対するＳｉ運搬前駆体およびＣ運搬前駆体の濃度は、比較的低く、反応器における熱移動および質量移動は、このキャリアガスの熱物理的特性により制御される。使用され得るキャリアガス（例えば、ヘリウム、アルゴンなど）の熱物理的特性は、水素がこのガス混合物を通って拡散するのとほぼ同じ速度で熱が拡散するような特性である。気相反応の速度は、温度とともに（水素の放出速度に対応する上昇とともに）急激に上昇するので、熱がこのガス混合物の中央部分まで拡散してそれを所望の温度に加熱するときまでに、形成された水素は、反応器壁まで拡散し、そしてその反応器壁の炭化ケイ素コーティングをエッチングして剥がし始める。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
不純物の放出およびその不純物のガスの中心への拡散に関連する上記の問題はまた、その不純物が、ガス混合物の成に対する反応器壁への作用なしで反応器壁から放出される場合に、存在する。このような事象の例は、高い作動温度に起因する反応器壁またはそのコーティングからの不純物の放出、またはその反応器中の他の成分からの不純物のこの反応器壁への拡散および引き続くガス混合物への放出である。このような状況では、代表的な不純物（例えば、窒素）の拡散係数は、このガス混合物中の熱の拡散係数とほぼ同じである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の要旨）
一般に、１つの局面では、本発明は、反応器中に配置された基材上に結晶を成長させる方法を提供し、この反応器は、反応器チャンバを提供し、この基材は、この反応器チャンバの中に配置される。この方法は、この反応器チャンバの内部に反応性ガスをこの基材に向かって流す工程であって、この反応性ガスは、互いに結合してこの結晶を形成し得る成分を含有する工程；緩衝ガスを加熱する工程；およびこの加熱された緩衝ガスを、この反応性ガスとこの反応器壁との間にあるこの反応器チャンバ中に、この反応性ガスおよびこの緩衝ガスが相互作用し得るように、流す工程、を包含し、ここでこの流れている緩衝ガスが、この反応性ガスにより生成される第１の物質の少なくとも１つがこの反応器壁に到達するのを阻害し、そしてこの反応性ガスがこの基材に到達する前に、この反応器壁により生成される第２の物質が反応器チャンバー中のこの反応性ガスに到達するのを阻害する。
【００１２】
本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記方法は、上記緩衝ガスを使用して、上記反応性ガスを、上記基材に到達する前に反応して所望の物質を形成するに十分加熱し、この所望の物質がこの基材上に所望の結晶を形成する工程をさらに包含する。この方法は、上記反応性ガスおよび上記緩衝ガスの未使用の部分を上記チャンバから放出する工程であって、ここでこの緩衝ガスは、実質的にいかなる上記第１の物質も上記反応器壁に到達せず、そして実質的にいかなる上記第２の物質もこの反応チャンバの内部の反応性ガスに実質的に到達しないような速度で流れる工程、をさらに包含する。上記緩衝ガスは、第１の物質および第２の物質のうちの少なくとも１つと反応して、少なくとも１つの不活性な安定な物質を形成するような構成である少なくとも１つの第３の物質を含む。上記緩衝ガスは、少なくとも１種の不活性ガスを含む。上記少なくとも１種の不活性ガスは、ヘリウムおよびアルゴンのうちの少なくとも１つを含む。
【００１３】
また、本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記反応性ガスは、上記反応器壁と反応して上記第２の物質を生成するドーパント、およびエッチング剤のうちの少なくとも１つを含む。上記反応性ガスは、上記エッチング剤を含み、このエッチング剤は、水素である。上記反応性ガスは、シラン、四塩化ケイ素、およびトリメチルシラン、ならびにメタンおよびプロパンのうちの少なくとも１つを含む。上記方法は、上記反応器壁を加熱する工程をさらに包含する。上記反応器壁、上記緩衝ガス、および上記基材座のうちの少なくとも１つが加熱され、この反応性ガスの温度と上記基材の温度との間の温度差が制御される。この差は、約５℃と約２００℃との間に維持される。
【００１４】
また、本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記方法は、上記反応性ガスを上記反応チャンバに流す前に、この反応性ガスのすべての成分を混合する工程をさらに包含する。上記方法は、上記チャンバへの導入の前に上記成分を混合することを阻害するために、上記反応性ガスの成分を、この反応チャンバの中へ別々に流す工程をさらに包含する。上記方法は、上記反応器の軸に平行な方向に、かつ上記反応器壁に規定される少なくとも１つの開口部を通して、上記緩衝ガスを放出する工程を包含する。上記反応性ガスは、以下の元素の群：ケイ素および炭素、アルミニウムおよび窒素、ガリウムおよび窒素、アルミニウムおよびガリウムおよび窒素、ならびに前述の群のいずれかの合金、の少なくとも１つを含む。上記反応性ガスは、ＳｉＣ、ＩＩＩ〜Ｖ族化合物のうちの１つの結晶、およびＳｉＣとＩＩＩ〜Ｖ族化合物との合金を成長させるためのガスを含む。
【００１５】
一般に、別の局面では、本発明は、基材上に結晶を成長させるための反応器システムを提供し、この反応器システムは、ハウジングであって、第１の端部である入口端部および第２の端部である出口端部を備え、この入口端部が、反応性ストリーム取込みポートおよび緩衝ストリーム取込みポートを規定し、そしてこの出口端部が少なくとも１つの出力ポートを規定する、ハウジング；基部であって、このハウジングの出口端部に連結され、そしてこの基材を受けるような構成である、基部；反応性ガスインジェクタであって、反応性ガスをこのハウジングの中へこの反応性ストリーム取込みポートを通して注入し、この反応性ガスの反応性ストリームを生成するような構成である、反応性ガスインジェクタ；緩衝ガスインジェクタであって、緩衝ガスをこのハウジングの中へこの緩衝ストリーム取込みポートを通して注入し、この緩衝ガスの緩衝ストリームを生成するような構成である、緩衝ガスインジェクタ；ならびに第１の熱源であって、この緩衝ストリームを加熱するような構成および配置である、第１の熱源、を備え、ここでこの入口端部、この反応性ガスインジェクタ、およびこの緩衝インジェクタは、この加熱緩衝ストリームが、この反応性ストリームとこのハウジングの壁との間に配置され、この反応性ストリームの成分またはこの反応性ストリームから生成された成分がこのハウジングの壁に到達するのを阻害し、そしてこのハウジングの壁により生成または放射された物質が、この反応性ストリームがこの基材に到達する前に、この反応性ストリームに到達するのを阻害するような構成である。
【００１６】
本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記入口端部は、上記ハウジング内部の相互作用位置まで、上記反応性ストリームおよび上記加熱された緩衝ストリームを別々に保つような構成である。上記システムは、実質的に上記相互作用位置と同一平面上の地点と上記基材との間の上記ハウジングの壁を加熱するような構成および配置である第２の熱源をさらに備える。上記第１の熱源は、前記緩衝ストリームが反応性ストリームと相互作用する場合、該緩衝ストリームが、反応性ストリームが該基材に到達する前に該反応性ガスを互いと反応させて所望の物質を形成させ、該所望の物質が該基材上に所望の結晶を形成するに十分加熱するように十分な温度まで該緩衝ストリームを加熱するような構成である。
【００１７】
また、本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記システムは、上記基材を加熱して上記反応性ストリームの温度とこの基材の温度との温度差を維持するような構成および配置である、基材加熱供給源をさらに備える。上記差は、約５℃と約２００℃との間に維持される。上記ハウジングは、このハウジングの長さに沿ってこのハウジングの壁に少なくとも１つの開口部を規定する。上記ハウジングは、このハウジングの上記長さに沿ってこのハウジングの壁に複数の開口部を規定し、ここでこの開口部のサイズが、このハウジングのこの長さに沿ったこのハウジングの壁からの少なくとも上記緩衝ガスの調節された流出量を提供する。上記システムは、外側枠であって、上記ハウジングの上記長さに沿ってこのハウジングのまわりに配置され、このハウジングから分離されて、この枠とこのハウジングとの間の通路を規定する、外側枠；および装置であって、この通路から出るガスの流れを誘導するような構成および配置である、装置、をさらに備える。
【００１８】
一般に、別の局面では、本発明は、基材上に結晶を成長させるための反応器システムを提供し、この反応器システムは、ハウジングであって、第１の端部である入口端部および第２の端部である出口端部を備え、この入口端部が、反応性ストリーム取込みポートを規定し、そしてこの出口端部が少なくとも１つの出力ポートを規定する、ハウジング；基部であって、このハウジングの出口端部に連結され、そしてこの基材を受けるような構成である、基部；装置であって、この反応性ストリーム取込みポートを通るこのハウジングの中へのガス流を提供するような構成および配置である、装置；ならびにこの取込みポートとこの基材との間のこのガス流を加熱し、そして少なくとも１つのガス流成分をこのハウジングの壁から分離し、そしてこのハウジングの壁から放出される物質をこのガス流から分離するための手段であって、このガス流を加熱するための手段は、このハウジングの壁から放射する熱からは独立してこのガス流を加熱するような構成である、手段、を備える。
【００１９】
本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記加熱のための手段は、上記ガス流成分と反応しそうにない少なくとも１つの緩衝ガスの加熱ストリームを注入するような構成であり、この少なくとも１つの緩衝ガスが、このガス流成分が互いに反応するように、このガス流成分を十分に加熱するに十分な温度にある。上記システムは、上記ハウジングの壁を加熱するための手段をさらに備える。上記システムは、上記ガス流の最高温度と上記基材の温度との間の所望の温度差を維持するためにこの基材を加熱する手段をさらに備える。上記所望の温度差は、約５℃と約２００℃との間である。
【００２０】
また、本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。上記ハウジングは、このハウジングの長さに沿ってこのハウジングの壁に少なくとも１つの開口部を規定する。上記ハウジングは、このハウジングの上記長さに沿って、このハウジングの壁に異なるサイズの複数の開口部を規定する。上記システムは、外側枠であって、上記ハウジングの上記長さに沿ってこのハウジングのまわりに配置され、このハウジングから分離されて、この枠とこのハウジングとの間の通路を規定する、外側枠；および装置であって、この通路から出るガスの流れを誘導するような構成および配置である、装置、をさらに備える。
【００２１】
本発明の種々の局面は、以下のうちの１つ以上の利点を提供し得る。高純度のＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物、およびそれらの合金が、商業的に十分な速度で成長され得る。不純物は、結晶を成長させるためのガスのストリームに到達するのを阻害され得る。結晶を成長させるための反応性ガスは、加熱され得るが、他方、そのガスと成長チャンバ壁との接触を阻害される。成長している結晶と反応性ガスとの間の温度差は、所望の閾値未満に制御され、保持され得る。本発明のこれらの特徴および他の特徴は、本発明自体とともに、以下の図面、詳細な説明、および特許請求の範囲の概観の後に、より完全に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の実施形態は、高純度のＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物およびこれらの合金、他のＩＶ族化合物、ならびに他のＩＩＩ〜Ｖ族化合物などを成長させるための技術を提供する。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、および他の結晶化合物が、本発明を使用して形成され得る。ＳｉＣ結晶については、Ｓｉ運搬ガスおよびＣ運搬ガスならびに不活性なキャリアガスの反応性ガス混合物が、水冷式入口を通して反応器の中心部へ注入される。他の結晶を成長させるためには、他の反応性ガスが使用され得る。緩衝ガスストリームは、高温まで予め加熱され、この反応器中に導入され、そして反応器壁にわたって、そしてこの反応性ストリームと平行に流れる。この緩衝ストリームは、反応器の中心部を流れるこの反応性ガス混合物から反応器壁を分離する。この反応性ストリームは、所望の化学反応を誘起するために、この緩衝ストリームからの熱により加熱される。これらの反応により生成される水素は、この緩衝ストリームにより反応器壁に到達することを阻害され、そしてこの反応器から排出される。さらに、この反応器壁から放出する不純物は、この緩衝ストリームによって反応性ストリームに到達することを阻害され、そしてこの反応器から排出される。
【００２３】
図１を参照して、結晶成長システム１０は、反応器１２、シード１４、反応性ガスインジェクタ１５、緩衝ガスインジェクタ１７、および加熱要素１６を備え、この反応器１２は、ハウジングまたは本体１８、断熱材２０および入口管２２を備える。上記本体１８は、反応器壁２４、およびシードホルダー２６を備え、反応性ストリーム排出ポート２８および緩衝ストリーム排出ポート３０を備える。このシステム１０は、不純物がシード１４に到達するのを阻害しつつ、シードホルダー２６上に取付けられたシード１４上に高純度の結晶を成長させるような構成である。例えば、不純物は、緩衝ストリーム２９とともに不純物を除去することにより、および／または反応して不純物を生成し得る材料の使用を制限することにより、シード１４に到達するのを阻害され得る。シードホルダー２６は、シード１４を入口管２２からのガスを受ける位置に保持するような構成および配置である。システム１０についての以下の説明は、ＳｉＣ結晶を成長させるためのシステム１０の構成および使用に焦点を当てているが、このシステム１０は、他の組成の結晶、例えばＩＩＩ族窒化物およびそれらの合金を成長させるために構成されかつ使用され得る。
【００２４】
反応器ハウジング１８は、好ましくはグラファイトから作製された円筒状容器である。このハウジングは、シード１４上に所望の化合物を形成し堆積させるために物質を混合するためのチャンバ３２を提供する。コーティング３４は、壁２４の内部表面上に提供される。このコーティングは、好ましくはＳｉＣであり、そして不純物が壁２４から放出するのを阻害し、かつ水素が壁２４と反応して不純物を生成するのを阻害するような構成である。ハウジング１８は、所望の結晶を成長させることにおいて関与する高温（例えば、２５００℃）に耐えるような構成である。
【００２５】
反応性ガスインジェクタ１５は、所望の流速で入口管２２の中へ反応性ガスを提供するような構成および配置である。このインジェクタ１５は、ＳｉＣ結晶が成長されるべきであれば、反応性ガス、例えば不活性ガス（例えば、ヘリウム）ならびにＳｉ運搬ガス（例えば、シラン）およびＣ運搬ガス（例えば、プロパン）を保持し得る。インジェクタ１５は、反応性ガスを入口管２２の中へ押し得、その反応性ガスの流れ（反応性ストリーム２７）を生成し、チャンバ３２中の反応性ガスの加熱を可能にし、チャンバ３２中の反応から生成した分子がシード１４に到達することを確実にする。入口管２２は、好ましくは水冷式であり、その出力端部（すなわち、チャンバ３２への）にノズルを有する。管２２は、冷却されて、上記Ｓｉ運搬ガスおよびＣ運搬ガスが、チャンバ３２に入る前に、一切の反応または一切の実質量の反応を受けないように、上記反応性ガスをある温度（例えば、室温）であるようにする。
【００２６】
緩衝ガスインジェクタ１７は、緩衝ガスを保持し、予め加熱し、そしてそれを上記反応器ハウジング１８により提供される入力ポート３６を通してチャンバ３２の中へ注入し、緩衝ストリーム２９を生成するような構成である。このインジェクタは、緩衝ガス、好ましくは１種以上の不活性ガスを保持し、その不活性な緩衝ガスを予め加熱し、その後それらをチャンバ３２の中へ注入する。インジェクタ１７は、このガスを高温（例えば、２５００℃）まで加熱するような構成である。インジェクタ１７は、さらに、上記緩衝ガスを、壁２４と反応性ストリーム２７との間で、壁２４と反応性ストリーム２７との間にバリアを提供する緩衝ガスストリーム２９を生成するに十分な流速で、チャンバ３２の中に注入するように配置され、そのように構成される。緩衝ストリーム２９は、反応性ストリーム２７と同軸でそれと平行に反応器１２に入る。
【００２７】
予め加熱された緩衝ガスストリーム２９は、好ましくは少なくとも３つの機能を発揮する。第一に、それは、反応性ストリーム２７を、Ｓｉ運搬ガスおよびＣ運搬ガスを分解してＳｉｘ−Ｃｙクラスターを生成し昇華するために十分な温度まで加熱する。この緩衝ガスストリーム２９は、上記反応性ガスおよび反応器壁２４を隔てた状態に保ちつつ、反応性混合物を加熱する。第２に、予め加熱された緩衝ストリーム２９は、水素または他のエッチング剤の反応器壁２４への輸送に対する拡散バリアを提供する。水素および／または他のエッチング剤が、上記反応性ガスの化学反応の間に生成され得、またはそうでなければ反応性ストリーム２７中に存在し得る。この拡散バリアは、エッチング剤ガスと反応器壁２４との反応を低減するのを補助し、そして恐らくはこのような相互作用を完全に排除する。第３に、予め加熱された緩衝ストリーム２９は、反応器壁２４から放出され得るが、恐らく専らにはエッチングガスと反応器壁２４との反応に関与しない不純物に対する拡散バリアとして作用する。緩衝ガスストリーム２９は、これら３つの機能を同時に発揮し得る。緩衝ガスストリーム２９は、熱およびガス状種の両方の輸送によって、反応性ガスストリーム２７を反応器壁２４から隔離するのに役立つ。緩衝ガスストリーム２９は、反応器壁２４に由来する不純物が、反応性ガスストリーム２７に入りそしてシード１４上の成長する結晶に取り込まれることを防ぐ。
【００２８】
加熱要素１６、断熱剤２０、およびファンまたは他の装置が、緩衝ストリームの温度および流れを、そして反応性ガスストリーム流れを維持するために提供される。この断熱材は、緩衝ストリーム２９と水冷式入口管２２との間に配置され、そして上記ストリーム２９を管２２から熱的に隔離する。加熱要素１６は、ストリーム２９の進入点を越えて断熱材２０から下流に配置され、熱を反応器１２に提供する。この熱は、壁２４を通ってそして緩衝ストリーム２９に伝播され、緩衝ストリーム２９におけるエネルギー損失に対して防御するのに役立つ。加熱要素１６は、例えば、高周波（ＲＦ）誘導器であり得る。ファンまたは他の装置（示さず）は、上記反応性ガスおよび緩衝ガスを排出ポート２８、３０を通して引き込むための、チャンバ３２の圧力に対する陰圧を生成するために提供される。
【００２９】
反応器１２は、反応性ガスストリーム２７が反応して、シード１４上への堆積のための所望の分子を生成するに十分な反応時間を有するような十分に長い大きさである。反応器１２は、反応性ガスストリームの流速に関連して、反応性ガスストリーム２７が緩衝ストリーム２９によって、この反応性ガスの反応を誘起するに十分な温度まで加熱されることを可能にするに十分長い。この反応性ガスの化学反応は、ＳｉｘＣｙクラスターおよび蒸気のＳｉｘＣｙを形成させる。反応器１２は、好ましくは、すべてのＳｉｘＣｙクラスターまたは実質的にすべてのＳｉｘＣｙクラスターが、気相に昇華するように十分長い。
【００３０】
シードホルダー２６は、結晶がシード１４上で成長するために、シード１４を適所に保持するような配置および構成である。ホルダー２６は、加熱ストリーム２７における反応から生じる反応性ガスストリーム由来の原子が、シード１４上に堆積して所望の結晶を形成するように、シード１４を反応性ガスストリーム２７と同一列に保持する。
【００３１】
操作において、さらに図１を参照しながら図２を参照して、システム１０を使用して結晶を成長させるためのプロセス５０は、示される段階を包含する。しかし、プロセス５０は、単に例示的に過ぎず、限定的ではない。プロセス５０は、例えば、段階が追加される、取り除かれる、または再配列されることにより、変更され得る。
【００３２】
段階５２では、反応性ストリーム２７および緩衝ストリーム２９が、チャンバ３２中に導入される。この緩衝ガスは、緩衝ガスインジェクタ１７中で加熱され、そしてチャンバ３２の中へ注入される。この反応性ガスは、インジェクタ１５により入口管２２の中へ、管２２を通して、そしてチャンバ３２の中へ注入される。
【００３３】
段階５４では、反応性ガスストリーム２７および緩衝ガスストリーム２９からの熱が相互作用する。これら２つのストリーム２７、２９は反応器１２中に流れるので、熱は、図１の矢印３１により示されるように、予め加熱された緩衝ストリーム２９から反応性混合物ストリーム２７に拡散する。反応混合物の温度が上昇するにつれて、Ｓｉ運搬ガスおよびＣ運搬ガスは、チャンバ３２中の領域３３中でＳｉｘＣｙクラスターおよび蒸気の形態のＳｉｘＣｙを形成する化学反応を受ける。反応性ストリーム２７がシード１４に向かって流れるとき、反応性ストリームの温度は、緩衝ガスストリーム２９からの熱移動を介して、好ましくは最高温度まで上昇し続ける。この最高温度は、領域３５で到達され、この反応性ガス混合物は、必須ではないが好ましくは、すべての残存するＳｉｘＣｙクラスターが気相に昇華するほどに十分に熱い。この例示的な実施形態では、ストリーム２７の温度は、好ましくは約２３００℃と約２６００℃との間である。反応性混合物ストリーム２７は、さらにシード１４に向かって流れ、領域３７で反応性ストリームの温度は、予め加熱された緩衝ストリーム２９の温度に近づく。ストリーム２７、２９の両方の温度は、それらがシードホルダー２６に近づくにつれて、ゆっくりと低下する。
【００３４】
段階５４の間、緩衝ストリーム２９は、反応性ストリーム２７のための不純物緩衝を提供する。緩衝ストリーム２９は、反応性ストリーム２７中で生成されるか、そうでなければその中に提供される水素が、壁２４に到達しそれと反応して不純物を生成することを阻害する。ストリーム２９は、さらに、壁２４と反応する水素から生成されるかまたは壁２４を加熱することにより生成される不純物、またはそうでなければ壁２４の近くで生成されるかまたは配置される不純物が、好ましくは、シード１４の表面のすべてまたは少なくともその上（シード１４の表面から上流）でない点で反応性ガスストリーム２７に到達することを阻害する。
【００３５】
段階５６で、反応性ストリーム２７は、シード１４の上に原子を堆積させ、そして緩衝ストリーム２９とともにチャンバ３２を出る。シード１４の上で、反応性混合物２７は、Ｓｉ原子およびＣ原子をシード１４の表面上に堆積させ、ＳｉＣ結晶の成長をもたらす。反応性ストリーム２７は、反応器１２から、シード１４の周りに配置される出口ポート２８を通って排出される。緩衝ストリーム２９は、シード１４から、出口ポート２８よりも遠く離れてかつ反応器壁２４の近傍に配置される出口ポート３０を通って反応器１２を離れる。
【００３６】
図３を参照して、プロセス５０の間に（例えば、段階５４の反応性混合物中での化学反応で）生成される水素の例示の移流経路が示される。反応性ストリーム２７が入口管２２から出てシード１４に向かって流れるとき、この混合物は、化学反応を受け、そこで、例えば、シランが反応してケイ素原子および水素原子６０を形成し、そしてＣ運搬ガスが分解して炭素原子および水素原子６０を形成する。これらのプロセスの間に生成される水素原子６０は、矢印６２によって示されるように、反応性ストリーム２７のバルク移動によってシード１４に向かって移動される。水素はまた、矢印６４によって示されるように、隣接する予め加熱された緩衝ストリーム２９の中へも拡散する。予め加熱された緩衝ストリーム２９の流速は、とりわけ、ストリーム２９が、反応器１２中の出口２８、３０に向かって拡散される水素６０を駆り立て、導き、またはそうでなければ移動させ、矢印６６によって示されるように、水素６０が反応器壁２４に到達する前に、水素６０を反応器１２から除去するように選択される。
【００３７】
図４を参照して、反応器１２の壁２４から放出される不純物６８の例示の移動経路が示される。これらの不純物６８は、上記反応性混合物中の水素もしくは他のエッチング剤による反応器壁２４のエッチングまたは反応器壁のコーティングのエッチング、または反応器壁の材料による不純物の自己放出のような多くの機構により生成される。いったん生成されると、これらの不純物６８は、矢印７０によって示されるように、反応器壁２４から出て予め加熱された緩衝ストリーム２９中に拡散する。予め加熱された緩衝ストリーム２９の速度は、不純物６８が、少なくとも有意には、反応性混合物ストリーム２７の中へ拡散せず、矢印７２によって示されるように、緩衝ストリーム２９によって出口ポート２８、３０に移動されることを確実にするのに役立つ。
【００３８】
図１〜４を参照して、プロセス５０について、反応性ストリーム２７および緩衝ストリーム２９の流速、緩衝ストリーム２９の入口温度、および反応器１２の幾何学的特徴が、所望の目的を達成するために、互いに協奏して選択される。これらの目的の第１は、反応性混合物ガスの温度が、この混合物が、シード１４に到達する前に、ＳｉｘＣｙ蒸気種を形成するための反応およびプロセスを誘起するに適切な値に到達することを確実にすることである。第２の目的は、反応性ストリーム２７中に存在する水素６０が、この反応性混合物から反応器壁２４へ拡散するのに要する時間が、緩衝ストリーム２９が水素を反応器１２の出口２８、３０に除去するのに要する時間よりも長いことを確実にすることである。第３の目的は、反応器壁２４で生成される不純物６８が、緩衝ストリーム２９を横切って拡散し、反応性ストリーム２７に進入するのに要する時間が、緩衝ストリーム２９が不純物６８を反応器１２の出口２８、３０に導くのに要する時間よりも長いことを確実にすることである。
【００３９】
反応性ストリーム２７およひ緩衝ストリーム２９の流速、緩衝ストリーム２９の入口温度、および反応器１２の幾何学的特徴は、好ましくは、確立したエネルギー保存の法則、運動量移動の法則、および対流系における質量移動の法則を使用して互いに協奏的に選択される。例えば、詳細な工学的解析およびコンピューターシミュレーションが、所望のパラメータを決定するために実施され得る。しかし、緩衝ストリーム２９の特定の特徴は、以下に記載される様式でほぼ獲得され得る。以下に説明される方法は、近似的で例示的であり、緩衝ストリーム２９の特徴と、反応性ストリーム２７の特徴と反応器１２の幾何学的特徴との間の可能性のある関係を例証するためにここで記載される。
【００４０】
反応器１２中の緩衝ストリーム２９の特徴的な速度は、好ましくは、それらが反応器壁２４に到達し得る前に、反応性ストリーム２７から拡散する水素原子を反応器１２から外へ移流させるに十分に大きい。また、またはあるいは、この速度は、好ましくは、反応器壁２４で生成される不純物が結晶成長表面に到達し得る前に、その不純物を反応器１２から移流させるに十分高い。反応器１２中の緩衝ストリーム２９の好ましい最低の特徴的速度は、２つの特徴的な時定数を等式化することにより計算され得る。第１の特徴的な時定数は、緩衝ストリーム２９が反応器１２の長さに沿って移流するのに要する時間であり、反応器１２の長さの、緩衝ストリーム２９の速度に対する比に等しい。第２の特徴的な時定数は、水素が反応器１２の中心線から反応器壁２４まで拡散するのに要する時間であり、反応器１２の半径の２乗の、緩衝ストリーム２９中での水素の拡散係数に対する比に等しい。あるいは、この第２の特徴的な時定数は、不純物が反応器壁２４から、ウェーハホルダー２６上の基材ウェーハ１４の外側周辺の半径位置と同じである反応器１２中の半径位置まで拡散するのに要する時間であり得る。この特徴的な時定数は、上述の半径位置と反応器壁２４との間の距離の２乗を緩衝ストリーム２９中のその不純物の拡散係数で割ったものに等しい。この第２の特徴的な時定数に対する２つの二者択一の値のうちの小さいほうは、第１の特徴的な時定数とともに等式化されて、反応器１２中の緩衝ストリーム２９の特徴的な速度に対する近似値を与える。
【００４１】
予め加熱された緩衝ストリーム２９中に蓄えられる熱エネルギーは、反応器１２中の反応性ストリーム２７の温度を、室温のような低い値から反応性ストリーム２７中で所望の物質（単数または複数）を形成するための値まで上昇させるために使用される。所望の物質（単数または複数）は、ウェーハ１４上に所望の結晶を形成するための物質である。予め加熱された緩衝ストリーム２９中に蓄えられる熱エネルギーの大きさは、緩衝ストリーム２９の温度、緩衝ストリーム２９の質量流速、および緩衝ストリーム２９の熱力学的特性により決定され得る。反応器１２に入る前の緩衝ストリーム２９の質量流速は、緩衝ストリーム２９の特徴的な速度、緩衝ストリーム２９が流れる断面積、および緩衝ストリーム２９の密度により決定される。緩衝ストリーム２９中に蓄えられる熱エネルギーは、このエネルギーのうちのいくらかが、反応性ストリーム２７に移されるときに、反応性ストリーム２７と緩衝ストリーム２９との平均温度が反応性ストリーム２７中の所望の物質（単数または複数）を形成するための温度範囲に留まるように、十分大きくあるべきである。従って、緩衝ストリーム２９の入口温度は、反応器１２に入る前の緩衝ストリーム２９およびと反応性ストリーム２７との熱エネルギーの合計を、緩衝ストリーム２９が反応性ストリーム２７を所望の温度（範囲）まで加熱した後の緩衝ストリーム２９と反応性ストリーム２７との熱エネルギーの合計とともに等式化することにより、近似的に得られ得る。
【００４２】
例示的な実施例として、ＳｉＣの成長のためのプロセスについての幾何学的パラメータおよびプロセスパラメータが以下に提示される。これらの条件は、詳細なコンピューターシミュレーションにより得られたものであり、成長した結晶中の不純物のレベルを少なくとも一桁低減するために計算された一組の条件を構成する。
【００４３】
【表１】
2007504081.tif 000003
ここでｓｌｐｍは、１分間あたりの標準リットル（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌｉｔｅｒ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）を表す。
【００４４】
図５を参照して、別の結晶成長システム９０は、外部予備加熱要素９２を含む。この予備加熱要素９２は、反応器９４の入口端部に配置され、緩衝ガスストリーム９６が反応器チャンバ９８に入る前に、ストリーム９６を予め加熱するような構成である。要素９２は、反応器チャンバ９８に入る前に、緩衝ガスストリーム９６が環状領域１００を通って流れるときに、それを加熱するための高周波（ＲＦ）誘導器のような種々の熱源のいずれかであり得る。この環状領域１００の長さおよび幅、ならびに外部熱源９２のサイズは、緩衝ガスが反応性ストリーム１０２と接触する前に、緩衝ガスが反応性混合物１０２を所望の温度まで加熱し得るように、緩衝ガスが十分高い温度まで加熱されることを確実にするのに役立つために、成長システム９０の他の幾何学的パラメータおよびプロセスパラメータと協奏して決定される。このＲＦ加熱要素９２は、グラファイト部分に熱を誘起するが、シード１４においては熱を誘起しない（または、少なくとも有意にはそうしない）。
【００４５】
図６を参照して、別の結晶成長システム１１０は、シード１４の近傍の領域を加熱し、シード１４自体を加熱し、そしてシードホルダー２６を加熱するために構成され、反応器１１４のシード端部の近くに配置される独立した熱源１１２を含む。熱源１１２は、反応器壁に沿う温度分布およびシード１４の周りの温度分布の独立の制御を提供する。熱源１１２は、反応性ガス２７中の最高温度とシード温度との間の差の直接の制御を提供し、それによってシード表面上のＳｉＣの成長速度に対して影響を及ぼしそれを制御する手段を提供する。好ましくは、反応性ストリームの最高温度とシード温度との間の差は、それがある場合には、約５℃と約２００℃との間に維持される。
【００４６】
図７を参照して、別の結晶成長システム１２０は、円筒状の構造体１２２および反応器壁を貫いて反応器の長さに沿って多数の開口部１２６を有する反応器１２４を含む。円筒状の構造体１２２は、反応器壁の周りに配置され、反応器１２４と構造体１２２との間に環状導管領域１２８を提供する。ＲＦ加熱源１３０が、円筒状の構造体１２２の外側に配置される。円筒状の構造体１２２は、ＲＦ誘導器１３０により誘導される加熱作用のすべてまたは実質的にすべてが、反応器壁２４で起こるように、好ましくは、ＲＦ誘導器１３０と結合しない（少なくとも有意にはそうしない）物質、例えば水晶から構築される。環状導管領域１２８は、反応器１２４中の圧力に対して陰圧を生成する真空ポンプ１３４（または他のデバイス、例えばファン）と流体連通している。従って、特定量の緩衝ストリーム２９が、矢印１３２で示されるように、開口部１２６を通って導管領域１２８に流れ、そしてこの導管領域（通路）１２８から流れ出る。開口部１２６のサイズは、例えば、反応器壁２４に沿って開口部１２６を通る緩衝ストリーム２９の流速の変化を制御するのに役立つために、反応器壁２４の長さに沿って変化され得る。緩衝ガス２９は、反応器壁２４で生成された不純物を反応器壁２４中の開口部１２６を通して除去する。この反応器の構成は、反応器壁での不純物の生成が、不純物の自己放出によりもたらされる状況に対して、特に有用であり得る。
【００４７】
他の実施形態は、本発明の範囲内および思想内である。例えば、水素のようなエッチングガスが、反応性ガスストリーム２７が反応器に導入される前に、反応性ガスストリーム２７に添加され得る。予め加熱された緩衝ストリーム２７は、その反応混合物中の成分と反応して、緩衝ストリームにより反応器の外へ移流される不活性かつ安定な化合物を形成するように選択される。例えば、緩衝ストリーム２７は、反応性ガスの化学反応の間に放出される水素、反応性ストリーム２９中のエッチング剤、または反応性ガス自体と反応して、不活性かつ安定な化合物を形成し得る。緩衝ガス（単数または複数）は、同様に、反応器壁から放出される不純物、または反応器壁との反応の他の生成物と反応し得る。予め加熱された緩衝ストリームは、反応器から放出された不純物と反応して緩衝ストリームにより反応器の外へ移流される不活性かつ安定な化合物を形成するように選択され得る。成長する結晶は、適切な量のドーパント運搬ガスを反応性ストリームに導入することにより、制御された量でドープされ得る。ドーパントは、成長される物質の特性に影響を及ぼすために使用され得る。このドーパントガスは、反応器の入口で反応性ガス混合物中に添加され得る。このドーパントは、反応性ガスストリーム２７のバルク移動によりシード１４に向かって移流され、そして成長している結晶の中に取り込まれる。このドーパントのいくらかはまた、緩衝ストリーム２９の中へ拡散し、反応器の外へ移流される。入口での反応性混合物中のドーパント濃度は、成長表面での所望のレベルのドーピングが得られるように、反応器の幾何学的特徴およびプロセスパラメータと協奏的に選択される。外部ヒーターは、例えば、図５に示されるようなヒーター１６、９２の機能を同時に発揮して、緩衝ストリームおよび反応器壁を予め加熱するために使用され得る。さらに、すべての反応性ガス構成成分が反応器／反応器チャンバの中への導入の前に混合されるとして記載されてきたが、１種以上の反応性ガス成分が、１種以上の他の成分の反応器／反応器チャンバへの導入からは別に、上記ストリームの中に導入されてもよい。例えば、図８を参照して、反応性ガスのための複数の別々の入口管１５２、１５４が使用され得る。さらに、１種以上の反応性ガスのための入口管１５２は、異なる長さを有し得、そして、１種以上の反応性ガスのための入口管１５４とは異なる深さでそのガスを反応器チャンバ１５６の中へ放出し得る。
【００４８】
なおさらなる実施形態が、添付の特許請求の範囲に具現化されるように、本発明の範囲および思想内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、反応器の断面であり、反応器中の反応性ガス混合物および予備加熱緩衝ガスストリームの流路を図示する。
【図２】図２は、基材上に結晶を成長させるために、図１に示されるシステムを使用するプロセスのブロック流れ図である。
【図３】図３は、図１に示される反応器の断面であり、反応性ガスストリーム中に存在する水素および他のエッチング剤の移流経路を図示する。
【図４】図４は、図１に示される反応器の断面であり、反応器壁で生成される不純物の拡散経路および移流経路を図示する。
【図５】図５は、緩衝ガスストリームが、それがこの反応器に入る前に環状領域を移動するときに加熱される反応器の断面である。
【図６】図６は、シードおよびシードホルダーの近傍の領域を加熱するために補助ヒーターが用される反応器の断面である。
【図７】図７は、反応器壁が、開口部を提供し、予め加熱された緩衝ガスストリームの一部がその開口部を通って環状領域中に流れ、その開口部は、その反応器壁で生成された不純物の移流のための排出ポートに供給する反応器の断面である。
【図８】図８は、反応性ガスを異なる深さで反応器に導入するような構成である多数の様々な長さの入口管を有する反応器の断面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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