(57)【要約】      （修正有）【課題】液体金属の逆流または反応ガスの漏洩を防止できる窒化物半導体製造装置を提供する。【解決手段】窒化物半導体製造装置は、反応炉と、反応炉を加熱するヒータと、反応炉外に液体金属を保持する液体金属受けと、反応炉内で液体金属を載置する原料反応部と、液体金属を原料反応部に導入するために液体金属受けと原料反応部とを接続する液体金属供給配管と、反応炉内で基板を保持するサセプタと、原料反応部内の液体金属と反応させる第１の反応ガスを原料反応部に送り込む配管と、第１の反応ガスと液体金属とが反応することで生じた液体金属の含有ガスを基板に送る第１ノズルと、窒素元素を含む第２のガスを供給する第２ノズルと、液体金属供給配管１９の途中に設けられ、かつ、液体金属で満たされたトラップ１００と、を備える。【選択図】図３Ｂ
2019087616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉と、
前記反応炉を加熱するヒータと、
前記反応炉外に液体金属を保持する液体金属受けと、
前記反応炉内で前記液体金属を載置する原料反応部と、
前記液体金属を前記原料反応部に導入するために前記液体金属受けと前記原料反応部とを接続する液体金属供給配管と、
前記反応炉内で基板を保持するサセプタと、
前記原料反応部内の前記液体金属と反応させる第１の反応ガスを前記原料反応部に送り込む配管と、
前記第１の反応ガスと前記液体金属とが反応することで生じた液体金属の含有ガスを前記基板に送る第１ノズルと、
窒素元素を含む第２のガスを供給する第２ノズルと、
前記液体金属供給配管の途中に設けられ、かつ、前記液体金属で満たされたトラップと、
を備える、窒化物半導体製造装置。
【請求項２】
前記液体金属供給配管の内径は、１ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下である、請求項１に記載の窒化物半導体製造装置。
【請求項３】
前記トラップは、Ｓ字トラップで構成されている、請求項１又は２に記載の窒化物半導体製造装置。
【請求項４】
前記トラップは、前記Ｓ字トラップの最も低い部分から液面の高さが１００ｍｍ以上である、請求項３に記載の窒化物半導体製造装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置を用いて行う窒化物半導体の製造方法であって、
前記液体金属は、ガリウムまたはインジウムで構成され、
前記第１の反応ガスは、塩素、塩化水素、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素酸または亜塩素酸のいずれかまたは混合ガスを含み、
前記第２のガスは、アンモニアガス、ヒドラジンガスまたは亜酸化窒素ガスのいずれかある、窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記液体金属は、ガリウムであり、
前記液体金属供給配管は、石英で構成され、
前記液体金属供給配管の内径は４ｍｍであり、
前記ガリウムを平均して１．８５ｍｍ／ｍｉｎで供給する、請求項５に記載の窒化物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体金属を原料とする窒化物半導体の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム基板の製造方法について特許文献１に記載がある。一般的に窒化ガリウム基板は、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または酸化気相成長（ＯＶＰＥ）法という方式を用いて製造される。その方式は、密閉された反応炉と、反応炉の外周に設けられた抵抗加熱ヒータと、で構成される。反応炉にはＩＩＩ族原料ガスを生成するための塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給管と、アンモニアガスなどのＶ族原料ガスを反応炉内に供給するＶ族原料ガス供給管と、があり、反応炉下流には、種基板であるＮＧＯ基板、サファイア基板または窒化ガリウム基板を載置するサセプタがある。塩化水素ガス供給管には原料載置部が設けられ、この部分にＩＩＩ族原料ガスを生成するための金属原料、ここでは金属ガリウムが配置される。サセプタ温度をヒータ２０により１０００℃程度に加熱し、同時にＩＩＩ族原料ガス（ＧａＣｌ）の生成のため金属原料を８００℃に加熱し、塩化水素ガスと反応させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０３５６３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の製造方法では、原料載置部内に液体金属を供給したときに、塩化水素などの反応ガスを供給しており、その供給部の圧力により液体金属の逆流または反応ガスの外部への漏洩が考えられ、結晶成長が安定的に行われないという問題があった。
【０００５】
そこで、本開示は、液体金属の逆流または反応ガスの漏洩を防止できる窒化物半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る窒化物半導体製造装置は、
反応炉と、
前記反応炉を加熱するヒータと、
前記反応炉外に液体金属を保持する液体金属受けと、
前記反応炉内で前記液体金属を載置する原料反応部と、
前記液体金属を前記原料反応部に導入するために前記液体金属受けと前記原料反応部とを接続する液体金属供給配管と、
前記反応炉内で基板を保持するサセプタと、
前記原料反応部内の前記液体金属と反応させる第１の反応ガスを前記原料反応部に送り込む配管と、
前記第１の反応ガスと前記液体金属とが反応することで生じた液体金属の含有ガスを前記基板に送る第１ノズルと、
窒素を含む第２のガスを供給する第２ノズルと、
前記液体金属供給配管の途中に設けられ、かつ、前記液体金属で満たされたトラップと、
を備える。
【０００７】
また、本開示に係る窒化物半導体の製造方法は、前記窒化物半導体装置を用いて行う窒化物半導体の製造方法であって、前記液体金属は、ガリウムまたはインジウムで構成され、前記第１のガスは、塩素、塩化水素、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素酸、亜塩素酸のいずれかまたは混合ガスを含み、前記第２のガスは、窒素源がアンモニアガス、ヒドラジンガス、亜酸化窒素ガスのいずれかである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本開示に係る窒化物半導体の製造装置および製造方法によれば、液体金属供給配管の途中に設けられ、液体金属で満たされたトラップを備えるので、液体金属の逆流または反応ガスの漏洩を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１で用いた窒化ガリウム基板の製造装置の概略図である。
【図２】窒化ガリウム基板上に成長する窒化ガリウムエピタキシャル層を示す断面図である。
【図３Ａ】実施の形態１で用いた窒化ガリウム基板の製造装置の原料供給部において、ガリウム供給時の状態を示す概略図である。
【図３Ｂ】実施の形態１で用いた窒化ガリウム基板の製造装置の原料供給部において、ガリウム供給を停止している時の状態を示す概略図である。
【図４】実施の形態１で用いた窒化ガリウム基板の製造装置の原料供給部内の原料載置場所の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の態様に係る窒化物半導体製造装置は、反応炉と、
前記反応炉を加熱するヒータと、
前記反応炉外に液体金属を保持する液体金属受けと、
前記反応炉内で前記液体金属を載置する原料反応部と、
前記液体金属を前記原料反応部に導入するために前記液体金属受けと前記原料反応部とを接続する液体金属供給配管と、
前記反応炉内で基板を保持するサセプタと、
前記原料反応部内の前記液体金属と反応させる第１の反応ガスを前記原料反応部に送り込む配管と、
前記第１の反応ガスと前記液体金属とが反応することで生じた液体金属の含有ガスを前記基板に送る第１ノズルと、
窒素元素を含む第２のガスを供給する第２ノズルと、
前記液体金属供給配管の途中に設けられ、かつ、前記液体金属で満たされたトラップと、
を備える。
【００１１】
第２の態様に係る窒化物半導体製造装置は、上記第１の態様において、前記液体金属供給配管の内径は、１ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下であってもよい。
【００１２】
第３の態様に係る窒化物半導体製造装置は、上記第１又は第２の態様において、前記トラップは、Ｓ字トラップで構成されていてもよい。
【００１３】
第４の態様に係る窒化物半導体製造装置は、上記第３の態様において、前記トラップは、前記Ｓ字トラップの最も低い部分から液面の高さが１００ｍｍ以上であってもよい。
【００１４】
第５の態様に係る窒化物半導体製造方法は、上記第１から第４のいずれかの態様に係る窒化物半導体製造装置を用いて行う窒化物半導体製造方法であって、前記液体金属は、ガリウムまたはインジウムで構成され、
前記第１の反応ガスは、塩素、塩化水素、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素酸または亜塩素酸のいずれかまたは混合ガスを含み、
前記第２のガスは、アンモニアガス、ヒドラジンガスまたは亜酸化窒素ガスのいずれかである。
【００１５】
第６の態様に係る窒化物半導体製造方法は、上記第５の態様において、前記液体金属は、ガリウムであり、
前記液体金属供給配管は、石英で構成され、
前記液体金属供給配管の内径は４ｍｍであり、
前記ガリウムを平均して１．８５ｍｍ／ｍｉｎで供給してもよい。
【００１６】
以下、実施の形態に係る窒化物半導体製造装置及び窒化物半導体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００１７】
（実施の形態１）
【００１８】
＜窒化物半導体製造装置＞
図１は、実施の形態１で用いた窒化ガリウム基板の製造装置の概略図である。
まず、本開示の実施の形態１に係る窒化物半導体製造装置について説明する。この窒化物半導体製造装置は、反応炉１と、反応炉１を加熱する加熱ヒータ２と、反応炉１外に液体金属を保持する液体金属受け（ガリウム受け２１）と、反応炉１内で液体金属を載置する原料反応部１０と、を備える。また、この窒化物半導体製造装置は、液体金属を原料反応部１０に導入するために液体金属受け２１と原料反応部１０とを接続する液体金属供給配管（金属ガリウム供給配管１９）と、反応炉１内で種基板５を保持するサセプタ４と、を備える。そして、原料反応部内の液体金属と反応させる第１の反応ガスを原料反応部１０に送り込む配管（原料反応ガス配管７）と、第１の反応ガスと液体金属とが反応することで生じた液体金属の含有ガスを種基板５に送る第１ノズル（原料ノズル８）と、窒素元素を含む第２のガスを供給する第２ノズル（アンモニア配管６）と、液体金属供給配管１９の途中に設けられ、かつ、液体金属で満たされたトラップ１００とが具備される。また、不活性ガス導入配管１７を設けてもよい。
この窒化物半導体製造装置は、液体金属を供給する液体金属供給配管１９において、液体金属で満たされたトラップを有することを特徴とする。これによって、液体金属供給配管１９を介した液体金属の逆流または反応ガスの漏洩を防止できる。
【００１９】
次に、この窒化物半導体製造装置を用いた窒化物半導体の製造方法について説明する。
この窒化物半導体製造装置では、成長方式としてハイドライド気相成長法を用いた例を示す。
（ａ）密閉された反応炉１内にあるサセプタ４上に直径４インチの窒化ガリウム基板（種基板）５を載置し、容器外の加熱ヒータ２およびサセプタヒータ１１およびサセプタヒータ１２によってサセプタ４および窒化ガリウム基板５の表面温度が１０５０℃になるまで昇温する。
（ｂ）原料載置場所９に液体状態である金属ガリウムを載置する。原料反応ガス配管７から塩化水素と窒素との混合ガス６ｓｌｍをそれぞれ１：２の割合で原料反応部１０に導入する。このとき種基板５付近の圧力は大気圧である。
（ｃ）原料反応部１０を原料用ヒータ１６によって９００℃まで加熱することによって、２Ｇａ＋２ＨＣｌ→２ＧａＣｌ＋Ｈ２の反応により金属ガリウムＧａから気体の塩化ガリウム（ＧａＣｌ）が発生する。
【００２０】
（ｄ）原料反応部１０で発生した塩化ガリウムは原料ノズル８を経由して種基板５に吹き付けられる。このときアンモニア配管６より１５ｓｌｍのアンモニアを導入し、種基板５上に到達前に前述のＧａＣｌと混合させることによって、図２のように種基板５上で窒化ガリウムエピタキシャル成長層（インゴット）１８が生成される。
【００２１】
（ｅ）種基板５を通過した混合ガスは、基板横の排気配管３から排気される。排気配管３以降に圧力調整バルブがあり反応炉１内をある一定の圧力に制御している。反応炉１の圧力は１ａｔｍとしている。また、ＧａＣｌ＋ＮＨ３→ＧａＮ＋Ｈ２＋ＨＣｌの反応からわかるように塩化水素が生成ガスとして発生する。前述のアンモニアと塩化水素が２００℃以下の排気配管３でＨＣｌ＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｃｌの反応が発生する。排気配管３以降の２００℃以下の部分には塩化アンモニウムを捕獲するフィルタが設けられている。
以上によって、種基板５上で窒化ガリウムエピタキシャル成長層１８が生成される。
【００２２】
反応炉１、原料反応部１０、原料ノズル８、サセプタ４および窒化ガリウム基板５は、いずれも円筒状であり、その中心について同心円状に配置している。ただし、反応炉１の内壁に窒化ガリウム付着しないように原料ガスＧａＣｌの逆流を抑制するために、これらの部材を同心円状に配置することが好適であるが、それに限定されない。
【００２３】
厚み５ｍｍ以上のインゴット１８を確保するためには長時間の気相成長が必要であるが、金属ガリウムが成長によって消費されるため、金属ガリウムの液面が徐々に下がり、空間が広がる。これによって、原料反応ガス配管７から供給された塩化水素ガスと金属ガリウム表面に接触しないため十分反応せず、塩化ガリウムと未反応の塩化水素ガスが原料ノズル８から排出される場合がある。このため、窒化ガリウムエピタキシャル成長層１８の成長速度が安定しないことがある。
【００２４】
図３Ａは、実施の形態１で用いた窒化ガリウム基板の製造装置の原料供給部において、ガリウム供給時の状態を示す概略図である。原料反応部１０には、チャンバー外より液体の金属ガリウムが原料載置場所９に供給される金属ガリウム供給配管１９があり、長時間の気相成長中でも原料載置場所９の金属ガリウム液面の高さが変化しないように調整しながら金属ガリウムを供給している。通常、原料反応部１０にはガスが流れており、常に原料反応部１０から原料ノズル８を介してガスが種基板５に送られるため、原料反応部１０は種基板５、原料ノズル８よりも高い圧力となっている。また、各ガスが１０００℃以上に加熱されているため、常温常圧時よりも約５倍の体積膨張したガスが流れることにより常温よりも高い圧力になっている。そのためこれらの石英部品１、６、７、８、９、１９の密閉性はきわめて重要であり、ガスが漏洩しないように溶接等で一部品で作成されていてもよい。石英部品１、６、７、８，９、１９は、保温性を上げるため、例えば断熱材などで覆われていてもよい。石英部品内部は、人体に危険を及ぼす塩化水素およびアンモニアが存在しており、反応炉１および原料反応部１０の石英が破損する可能性がある。そのため、反応炉１および原料反応部１０の周りには塩化水素およびアンモニアの漏洩防止のため外チャンバー２０を設けてもよい。
【００２５】
種基板５の基板径がφ２インチの場合、反応炉１の径は１００ｍｍ程度であり、外チャンバー２０の径は１５０ｍｍ程度である。種基板５の基板径がφ４インチ以上になると反応炉１の径は２００ｍｍ以上となり、外チャンバー２０の径は３００ｍｍになることもある。そのとき、これらを組み込むときにガス漏洩防止のため反応炉１および原料反応部１０に接続している配管６、７、１７、１９を外チャンバーに固定しなければならない。しかしながら種基板５の基板径が大きくなるほど熱膨張の伸びが大きくなり、外チャンバー２０と反応炉１の位置がずれ、配管６，７、１７、１９が破損してしまう場合がある。そのため反応炉１と外チャンバー２０とを接続している配管６、７、１７、１９は、反応炉１の高温部では石英の溶接で接続する。また、配管６、７、１７、１９は、途中、低温部でＯリングシールとフレキシブルチューブを用いて、外チャンバー２０と接続し、塩化水素およびアンモニアの漏洩を防止する。
【００２６】
ここで金属ガリウムは融点が約３０℃のため放置すると固化する。ガリウムは、固化時の比重が液体の比重よりも小さく、固化時に体積が増加する。そのため、プロセス中では外チャンバー２０と反応炉１の間は３０℃以上で保持されている。しかし、プロセス開始時およびプロセス終了の放置時間で３０℃未満になる可能性があり、低温時には固化したガリウムが膨張し、石英製のチューブおよびフレキシブルチューブが破損する可能性がある。
【００２７】
また、外チャンバーからは基板取り出しを行う必要があり、外チャンバー２０および反応炉１を一体構造で製作するのは困難である。そのため、外チャンバー２０と反応炉１との組立が必要になってくる。
【００２８】
図３Ａは、実施の形態１で用いた金属ガリウム供給配管１９の概略図である。外チャンバー２０の外側にガリウムタンク２２があり、ガリウムタンク２２の内部は３０℃以上に保温されるようにヒータまたはサーキュレータを設けている。ガリウムタンク２２内には液体状のガリウムを保持している。ガリウムタンク２２は原料供給配管１９と接続され、バルブ２３により金属ガリウムの供給をＯＮ／ＯＦＦする。
まず、図３Ａを用いて、ガリウムが供給される場合を説明する。この場合、バルブ２３はＯＮである。金属ガリウムが外チャンバー２０内に送り込まれた先にガリウム受け２１があり、外チャンバー２０と接続されている原料供給配管（金属ガリウム供給配管）１９とは分離されている。一旦、ガリウム受け２１でガリウムをため、ガリウム受け２１と接続して原料反応部１０に送り込まれ、金属ガリウム載置場所９に送り込まれる。この動作は窒化ガリウム気相成長中もしくは成長前に動作することで機能を発揮する。
【００２９】
前述の通り、原料反応部の圧力が高いため、その圧力によりガリウム及び反応ガスが原料供給配管１９を介して逆流しないようにする必要がある。そのためにはガリウム供給中にはガリウム受け２１の液面の高さを下記式に従って決める必要がある。
［ガリウム液面の高さ（ｍ）］＝［原料反応部１０内圧力（Ｐａ）］／（［ガリウムの比重（ｋｇ／ｍ３）］×［重力加速度］）×［安全率１５０％］
【００３０】
図４に原料反応部の概略図を示す。なお、図３Ａ及び図３Ｂと図４とは互いに左右を反転させている。原料反応部１０内に少なくとも１つ以上の金属ガリウム載置場所９があり、原料反応部１０の中央に原料ノズル８がある。それぞれの金属ガリウム載置場所９の表面を反応ガスが通過し、塩化ガリウムが発生する。原料ノズル８と原料反応部１０とを隔てる壁に直径２ｍｍの小さい穴が１段につき２箇所あり、発生した塩化ガリウムがこの穴を通過して反応炉１に送られる。このとき原料反応ガス配管７から６ｓｌｍの流量が送られたとき、原料反応部１０内の圧力と原料反応部１０外との圧力差は、例えば４００Ｐａである。液体の金属ガリウムの比重を５．９Ｅ３ｋｇ／ｍ３とすると、上記式に基づいて、原料反応部１０内の原料供給配管１９の下先端より上にガリウムの液面として１０１ｍｍの高さが必要である。なお、原料反応部１０内の圧力は原料反応部１０の構造および原料ノズル８構造に大きく依存しており、原料反応部１０以降のコンダクタンスにより圧力が異なる。また安全率は任意に設定する。例えば、ここでは安全率を１５０％としている。
【００３１】
原料載置場所９に置かれた原料ボートのガリウム重量に対して種基板５上に堆積する窒化ガリウムのモル数は約１０％である。つまり原料ボートの重量は種基板５の窒化ガリウムの膜厚、基板直径に対応した堆積量の１０倍が必要である。インゴットとしてＴ（ｍｍ）厚以上を想定したとき、金属ガリウムをＧ（ｇ）、基板インチ数をＤ（ｍｍ）として、下記の式（１）が成立する。
Ｇ＝Ｔ×（Ｄ／２）＾２×π×窒化ガリウム比重（６．２ｇ／ｃｍ３）×１０００
×ガリウム分子量（６９．７）／窒化ガリウム分子量（８３．７）
×基板堆積効率（１０％）        ・・・・  式（１）
【００３２】
式（１）より、Ｔ＝５ｍｍ、Ｄ＝４インチ（１００ｍｍ）のときに金属ガリウムＧ（ｇ）は、２０２７ｇ必要である。ここで基板堆積効率とは供給するガリウムのモル量に対して、基板上に堆積する窒化ガリウムのモル量の比率である。ガリウムの比重が５．９１であり、５ｍｍ厚の成長のためにはガリウム３４３ｃｍ３の容量が必要である。平衡定数計算では塩化水素とガリウムの反応はほぼ１００％塩化ガリウムとなる。ガリウムと塩化水素が最大限反応する条件を検討するためには金属ガリウムの表面積の考慮が必要である。金属ガリウムの表面積が５０ｃｍ２とすると原料ボート内の金属ガリウムの高さが６．８ｍｍ必要である。また、原料ボートは石英製であるため、石英とガリウムとの濡れ性も考慮に入れる必要があり、金属ガリウムの高さが５ｍｍ以下になるとガリウムが撥水する。また、原料反応部のガリウム容量が減少すると、塩化水素などの原料反応部に流れるガスの滞在時間がプロセスの進行とともに大きく変化する問題が発生する。そのため原料ボードの高さが７．５ｍｍから１０ｍｍ以上が必要である。
【００３３】
次に、図３Ｂを用いてガリウムを供給していないとき、つまりバルブ２３がＯＦＦの場合を説明する。ガリウムを供給していないときでも、原料反応ガス配管７より反応ガス６ｓｌｍが流れるため、原料反応部１０の圧力はガリウムを供給しているときと同様である。ガリウムを供給していないときでも原料反応部１０から金属ガリウム導入配管１９をガスが逆流しないようにガリウムを残存させるために、図３Ｂ、図４で示すとおり金属ガリウム供給配管１９の途中にトラップ１００を設けて金属ガリウムを溜め込み、金属ガリウム供給配管１９を介したガリウム及び反応ガスの逆流を防いでいる。
【００３４】
このトラップ１００は、入口１００ａと、入口１００ａよりも下方で液体金属によって封液されるトラップ部１００ｂと、トラップ部１００ｂよりも上方に配される出口１００ｃとで構成される。本例において、トラップ１００をＳ字トラップで構成する。この場合、配管の落とし込みの高さはＳ字トラップの最も低い部分から液面の高さまで前述の計算どおり１００ｍｍが必要である。すなわち、トラップ部１００ｂの上端から出口１００ｃまでの高さは少なくとも１００ｍｍ必要である。また、石英と金属ガリウムとの表面張力により接触角が６０°程度になり、金属ガリウムが撥水状態になる、つまり石英上では金属ガリウムがはじいてしまう。そのため原料供給配管１９の配管の内径１ｍｍ以上が望ましい。内径が１ｍｍ未満では重力程度の力ではガリウムを維持させることができず、Ｓ字トラップ現象をもたらすことができない。一方、原料供給配管１９の配管の内径は８ｍｍ以下が望ましい。内径が８ｍｍを超えると、金属ガリウムが配管内に残り、過不足の誤差を発生させ原料反応部１０から溢れてしまう、もしくは金属ガリウムの高さが不足、撥水し、表面積が減少するためである。また、急激な流量変化による圧力変動により液面が大きく変化するため、金属ガリウムを流れにくくさせる必要がある。
また、配管の先端について原料反応部に落下する液滴の大きさを小さくするために、配管径の１／２以下の先端径を持つノズルに絞ることが効果的である。
【００３５】
ガリウム供給量としてφ４インチインゴットに２００μｍ／ｈで成長させる場合に、ガリウムの供給量は、上記式（１）で算出したとおり、５ｍｍ厚で２０２７ｇから８１ｇ／ｈ、１４ｃｃ／ｈである。金属ガリウム供給配管１９の配管の内径を４ｍｍとすると平均して１．８５ｍｍ／ｍｉｎの供給が必要である。石英に対するガリウムの表面張力が大きいために石英上のガリウムの濡れ性が低く、配管内でガリウムを保持することは困難である。そのため原料反応部１０のガスが逆流してくる。そこで、このＳ字トラップ構造は安定したガリウム量を供給するためにも必須である。
【００３６】
ここで、この実施の形態において、反応炉１内の原料反応部１０は、種基板５の上部にある構成について説明をしたが、このような構成に限られない。例えば、反応炉１内の原料反応部１０が種基板５と平行にある場合は、Ｓ字トラップ構造に代えてＰ字トラップ構造が望ましい。Ｓ字トラップ構造では、トラップ１００の出口１００ｃから鉛直下方に金属ガリウム供給配管１９が続く。一方、Ｐ字トラップ構造では、トラップ１００の出口１００ｃから水平に金属ガリウム供給配管１９が続く。
【００３７】
また、チャンバー内に残っているガリウムは、チャンバー開放によるふき取りなどで表面が酸化する。表面が酸化すると８００℃以上に加熱すると４Ｇａ＋Ｇａ２Ｏ３→３Ｇａ２Ｏの化学反応の進行するため、エピタキシャル成長前にＧａ２Ｏガスが蒸発し、基板表面に付着する。この付着物は酸素を多く含んでいるため初期界面層に異なる物質が付着し、基板からの結晶引継ぎを悪化させる場合がある。そのため８００℃までの加熱途中からガリウムを供給することで酸化物発生を抑制し、膜質悪化を低減することができる。
【００３８】
＜窒化物半導体の製造方法＞
次に、この窒化物半導体の製造方法について説明する。以下では、窒化ガリウム基板を製造する例を用いて説明する。
（１）まず、液体金属と第１の反応ガスとを反応させて液体金属を含む原料含有ガスを発生させる。なお、液体金属として、ガリウム、インジウムなどのＩＩＩ族金属を用いてもよい。また、ＨＶＰＥ法や、ＯＶＰＥ法を実施してもよい。すなわち、第１の反応ガスとして、塩素、塩化水素、次亜塩素酸、過塩素酸、塩素酸、亜塩素酸、水素のいずれか、または塩化水素および窒素等の混合ガスを利用できる。
この場合において、液体金属は、途中に液体金属で満たされたトラップを設けた液体金属供給配管を介して供給する。これによって、液体金属供給配管を介した液体金属の逆流または反応ガスの漏洩を防止できる。
（２）次に、当該原料含有ガスと窒素元素を含む第２のガスとを反応させて基板上に窒化物半導体結晶を製造する。なお、窒素元素を含む第２のガスとして、アンモニアガス、ヒドラジンガスまたは亜酸化窒素ガスのいずれかを用いてもよい。
以上によって、基板上に窒化物半導体を製造することができる。
【００３９】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本開示に係る窒化物半導体製造装置及び製造方法によれば、モータの電力をコントロールするパワーデバイスや、自動車のヘッドライトに適用可能な高輝度のＬＥＤに利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  反応炉
２  加熱ヒータ
３  排気配管
４  サセプタ
５  窒化ガリウム基板（種基板）
６  アンモニア配管
７  原料反応ガス配管
８  原料ノズル
９  原料載置場所（金属ガリウム載置場所）
１０  原料反応部
１１  サセプタヒータ
１２  サセプタヒータ
１４  アンモニアノズル用ヒータ
１５  ノズルヒータ
１６  原料用ヒータ
１７  不活性ガス導入配管
１８  窒化ガリウムエピタキシャル成長層（インゴット）
１９  金属ガリウム供給配管（液体金属供給配管、原料供給配管）
２０  外チャンバー
２１  ガリウム受け（液体金属受け）
２２  ガリウムタンク
２３  バルブ
２４  金属ガリウム送り口
１００  トラップ
１００ａ  入口
１００ｂ  トラップ部
１００ｃ  出口
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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