(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ＳｉＣ、ｂ）第３族窒化物およびｃ）あるいはこれらの混合物の一つの目的物を基板（１３）上に化学蒸着によってエピタキシャル成長させるための装置で、この基板を保持するための室（１８）を囲む周囲壁（８）を有するサセプタ（７）、この成長に必要な少なくともキャリアガスおよび反応ガスの流れをこのサセプタの中へこの基板に向けて供給するための手段および上記周囲壁を加熱し、基板および上記反応ガスを、これらの反応ガスが上記目的物の成長のためにこの基板上に堆積される物質に分解し始める温度レベル以上に加熱するための手段を含み、上記供給手段が第１導管（２４）と該第１導管内に受け入れられる第２導管（２５）とを含み、該第１導管（２４）と該第２導管（２５）との間に周辺空間が画成され、上記供給手段は、上記周辺空間に実質的にキャリアガスだけを導かせ、およびこの第２導管（２５）に実質的に反応ガスの全流れを導かせるようにされ、該反応ガスが、上記室（１８）から距離をおいた領域（３１）で上記第２導管（２５）の下流端から、上記第１導管内に流出するようになっている装置において、上記第１導管（２４）の断面は、上記領域（３１）から上記室（１８）に向かう方向に減少していることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１による装置に於いて、上記第１導管（２４）の内壁（３２）が上記領域（３１）から収束することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１による装置に於いて、上記第１導管（２４）が上記領域（３１）から上記室（１８）の方向に実質的に円錐形であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１または請求項３項による装置に於いて、上記第１導管（２４）の断面が上記領域（３１）から上記室の方向に上記室の上流の第１位置まで減少し、且つ上記位置から上記室まで実質的に一定の断面であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一項による装置に於いて、上記第１導管の断面が上記領域（３１）の下流の第２位置（３７）から上記室（１８）まで増加することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか一項による装置に於いて、上記領域（３１）の隣のその上流で上記第１導管（２４）の第１壁部の内壁を冷却するようにされた手段（３４）を含み、この第１壁部の下流の上記第１導管（２４）の壁部が、上記領域での上記第１導管（２４）の壁に沿う温度勾配を出来るだけ急にするために、上記加熱されたサセプタ（７）からの熱伝達を利用する熱伝導度の材料で出来ていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６による装置に於いて、上記第１導管（２４）が、熱伝導度の異なる、少なくとも二つの引続く部分を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までの何れか一項による装置に於いて、上記第１導管（２４）および上記第２導管（２５）が少なくとも上記室（１８）の近くで、互いに関して同心状に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までの何れか一項による装置に於いて、上記第２導管（２５）がＳｉＣ、タンタルまたはタングステンで出来ていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までの何れか一項による装置に於いて、上記第１および第２の導管が実質的に垂直に伸び、上記室（１８）の実質的に垂直の壁（３９）が上記基板（４０）を坦持するようにされ、および上記室（１８）がその天井にその入口と実質的に反対に配置されたガス出口（３８）を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０による装置に於いて、上記室（１８）の上記壁（３９）が複数の基板（４０）を、その上で目的物を成長させるために、坦持するようにされていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までの何れか一項による装置に於いて、ＳｉＣである目的物を成長させるようにされていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２による装置に於いて、上記加熱手段が上記周囲壁（８）を、並びにそれによって上記基板および上記反応ガスを１５００℃以上の温度に加熱するように配設されていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３による装置に於いて、上記加熱手段が上記周囲壁を、並びにそれによって上記基板および上記反応ガスを２０００℃以上の温度に加熱するように配設されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１３から請求項１４までの何れか一項による装置に於いて、上記加熱手段が、上記反応ガスをその温度が上記第１導管（２４）に入った後であるが上記室（１８）に入る前に５００℃以上に上がるように加熱するように配設されていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５による装置に於いて、上記加熱手段が、上記反応ガスをその温度が上記第１導管の断面が減少する上記部分（３２）の最上流部で５００℃以上に上がるように加熱するように配設されていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１２から請求項１６までの何れか一項による装置に於いて、上記供給手段がシリコン前駆体としてシランまたはクロロシランを、およびカーボン前駆体としてプロパン、メタンまたはエチレンを濃縮形または稀釈形で供給するように配設されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
ａ）ＳｉＣ、ｂ）第３族窒化物およびｃ）これらの混合物の一つの目的物を、周囲壁（８）を有するサセプタ（７）の室（１８）で受けた基板上に化学蒸着によってエピタキシャル成長させるための方法にして、この成長に必要な少なくともキャリアガスおよび反応ガスの流れを上記室の中へこの基板および周囲壁に向けて供給し、それによってこの基板および上記反応ガスを、これらの反応ガスが上記目的物の成長のためにこの基板上に堆積する物質に分解し始める温度レベル以上に加熱する方法にして、実質的にキャリアガスだけの流れを第１導管（２４）と、該第１導管（２４）内に受け入れられた第２導管（２５）の間で画成される周辺空間を通して上記室（１８）へ供給し、および実質的に反応ガスの全流れを、上記第２導管（２５）通して供給し、該反応ガスが上記室（１８）からある距離をおいて該第２導管（２５）の下流端から上記第１導管（２５）に流出するようになっている方法において、上記キャリアガスは、上記第１導管（２４）の上記第２導管（２５）が現れる領域（３１）で断面が上記第１導管の中央近くに減少する経路で案内されて、該領域（３１）で上記キャリアガスの流れを加速することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８による方法に於いて、上記領域（３１）内のある位置の上流にある上記第１導管の内壁（３６）を冷却し、この位置の上流にある内壁部とその下流にあるものが、上記領域のこの位置で急な温度勾配を得るために、互いに関して断熱されていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９による方法に於いて、上記基板上でＳｉＣをエピタキシャル成長させ、シランおよびプロパンを反応ガスとして上記第２導管（２５）に供給することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９による方法に於いて、ヘリウム、アルゴンまたはその配合物をキャリアガスとして上記第１導管（２４）に供給すること特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１８から請求項２１までの何れか一項による方法に於いて、上記キャリアガスを、上記第２導管（２５）内の反応ガスの流れの速度と実質的に同じ速度で上記第１導管（２４）に供給することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１８から請求項２２までの何れか一項による方法に於いて、上記キャリアガス流と上記反応ガスの流れを、上記反応ガスの流れが上記第１導管（２４）に実質的にそれと同心状に現れるように、供給することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２０から請求項２３までの何れか一項による方法に於いて、上記周囲壁（８）を１５００℃以上に加熱することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４による方法に於いて、上記周囲壁（８）を２０００℃以上に加熱することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１８から請求項２５までの何れか一項による方法に於いて、上記反応ガスを上記室（１８）内へ上記室の実質的に垂直の内壁（３９）上にある一つ以上の基板（４０）に向けてその上に実質的に水平方向に目的物を成長させるように導くことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明および先行技術の技術分野
本発明は、ａ）ＳｉＣ、ｂ）第３族窒化物およびｃ）その合金の一つの目的物を基板上に化学蒸着によってエピタキシャル成長させるための装置で、この基板を受けるための室を囲む周囲壁を有するサセプタ、この成長に必要な少なくともキャリアガスおよび反応ガスの流れをこのサセプタの中へこの基板に向けて供給するための手段および上記周囲壁をおよびそれによってこの基板および上記反応ガスを、これらの反応ガスが上記目的物の成長のためにこの基板上に堆積する物質に分解し始める温度レベル以上に加熱するための手段を含み、上記供給手段が上記室の中に現れる導管を含む装置、並びに添付する独立の方法請求項の前文に従ってそのような目的物をエピタキシャル成長させるための方法に関する。
従って、この発明は、ＳｉＣ、第３族窒化物およびその合金の成長に適用可能であるが、そのような目的物を高い結晶品質でおよび商業的観点から妥当な成長速度で成長させるべきときの共通の問題を、次に非限定的例としてＳｉＣについて更に説明する。
ＳｉＣ単結晶をそのような妥当な成長速度で成長させるとき、基板および上記反応ガス、例えば、シランおよびプロパンを加熱する温度は、かなり高くなければならず、本出願人による米国特許出願第０８／５１１３２４号（スウェーデン国特許出願第９５０２２８８−５号に対応）に記載されている、所謂高温化学蒸着（ＨＴＣＶＤ）法を使うのが好ましい。しかし、そのような高温は、上に定義し且つ例えば上記米国特許出願第０８／５１１３２４号に記載されている装置にある上記室の上記導管の入口近くで、反応ガス、特にシランの早期分解を生ずる。そのような早期分解は、しばらくすると上記導管の詰りを生じ、それで望むより早く成長を中断しなければならない。更に、成長中に上記導管の自由通路の断面が次第に減少するとき、上記反応ガスの基板の方への流れが不規則になる。
発明の概要
本発明の目的は、ＳｉＣ、第３族窒化物およびその合金である目的物を、まだ成長した目的物の高結晶品質を得ながら、高成長速度でエピタキシャル成長させ、および所望のサイズの目的物が成長するまでこの成長を実行できることを可能にする装置および方法を提供することによって、上に議論した問題の解決策を提言することである。
この目的は、この発明によれば、序文で定義した装置に、更に、最初に述べた第１導管内に受けられ、断面がこの第１導管より小さく、且つこの第１導管の内壁から分離する周辺空間を置いてこの第１導管の縦方向に伸びる追加の第２導管を含む供給手段を設け、上記供給手段が、この第１導管に実質的にキャリアガスだけを導かせ、およびこの第２導管に実質的に反応ガスの全流れを導かせるようにされていて、並びに上記第２導管が、上記流れの方向に見て、上記室からある距離置いて終り且つ上記第１導管に現れることによって達成される。それで、反応ガスがキャリアガスの主流から分離される（上記第２導管は、その中の流れの速度を増すために少量のキャリアガスも導いてよい）。上記第２導管が上記室からある距離置いて終るという事実のために、それは、その中の反応ガスが分解し、上記第２導管が詰る危険があるほど熱く成らない。更に、上記第２導管から現れる反応ガスの流れは、上記周辺空間のために、詰り危険地帯で上記導管を流れるキャリアガスによって囲まれ、この第２導管がまだあるかのように、キャリアガスと殆ど混ざらずに、真っ直ぐに流れ続ける傾向がある。従って、キャリアガス流が反応ガスの流れを第１導管の熱い壁から少なくとも部分的に断熱し、それで第１導管の反応ガスが流れる部分で温度が低い。この事実は、反応ガスが上記室に入る前に上記第１導管内で早期分解するのを防ぎ、もし、そのような早期分解が結局起きても、分解したガスが第１導管の内壁に達するためには、キャリアガス流によって長い距離に渡って拡散するので、従って僅かな程度しか上記壁に達せず、それで上記第１導管の上記室に最も近い部分の詰りが避けられ、または何れにせよ先行技術の装置より遙かに長い時間後に分解が生ずる。この装置のもう一つの利点は、反応ガス、特にＳｉＣの成長の場合シランが、かなりの分解およびサセプタに入る前の堆積によって浪費されず、その意味で経済性も良くなることである。
この発明の好適実施例によれば、この第１導管は、第２導管がこの第１導管に現れる領域で断面が拡大し、この領域から上記室の方向に減少する。これは、たとえ目的物が高成長速度で成長しても、入口の詰りが生ずるまでの成長時間を著しく引き延すことを可能にする、非常に有利な特徴である。上述のように、反応ガスの一部が結局上記室に到達する前に第１導管内で分解し、その内壁に堆積しがちだろう。そのような堆積は、反応ガスが第１導管に入るほぼ直ぐ下流の温度に対応する、これらのガスのほぼ決った温度範囲内だけで生じ、従って上記領域で、およびそれからある距離下流で、それらは再びこの危険温度範囲を超え、それで第１導管のこの領域に堆積リングが出来る。この領域で断面を拡大し、この領域から上記室の方向に減少することによって、この第１導管の壁に沿って導かれる外キャリアガス流が断面の小さいこの導管の部分を通過するとき、この領域で加速され、それでこの流れは、寄生的堆積が生ずるかも知れないこの危険領域に達するとき、反応ガスの種を中央へ押戻すだろう。第１導管の加熱した壁に到達する分解した反応ガスからの種の正味量は、減少するだろう。更に、この領域での第１導管の内壁の加熱は、第１導管の断面が上記室に近いほど上記領域より小さいので、輻射遮蔽効果によりおよび単位体積当りの伝導熱伝達の正味減少により低減する。その上、第１導管が詰るのも、単純にその断面が上記領域で大きいという理由で、長時間掛るだろう。
この発明の他の好適実施例によれば、上記第１導管の内壁が上記領域から収束する。これは、減少する断面を得る適当な方法であることが分った。これらの壁は、何か所望の方法、例えば、線形的に、指数関数的にまたはその他の関数に従って収束しても良い。
この発明の他の好適実施例によれば、第１導管の断面が上記領域から上記室の方向に上記室の上流の第１位置まで減少し、且つ上記位置から上記室まで実質的に一定の断面であり、それが、輻射遮蔽効果によりおよび単位体積当りの伝導熱伝達の正味減少により、上記位置の上流の第１導管内壁の加熱を低減する。
この発明の他の好適実施例によれば、第１導管の断面が上記領域の下流の第２位置から上記室まで増加し、それで上記室への開口が拡散器として形作られ、反応ガスがある環境では望ましい方法で発散する。
この発明の他の好適実施例によれば、上記領域の隣の上流側で第１壁部の内壁を冷却するようにされた手段を含み、およびこの第１壁部の下流の上記第１導管の壁部が、上記領域での上記第１導管の壁に沿う温度勾配を出来るだけ急にするために、上記加熱されたサセプタからの熱伝達を利用する熱伝導度の材料で出来ている。これは、第１導管の温度勾配が上記領域で非常に急であることを意味し、それは、反応ガスが内第２導管から現れるとき、激しく加熱され、それによって自然対流によって加速され、寄生的堆積のための危険地帯を出来るだけ速く通過することを意味する。更に、急な温度勾配が存在することは、上記危険地帯をその直ぐ下流に形成することを可能にし、それで堆積が、無害な断面の広い部分で起り、急速な閉塞に繋がることがある、断面の減少する導管部の端では起らない。
この発明の他の好適実施例によれば、上記第１導管および上記第２導管が少なくとも上記室の近くで、互いに関して同心状に配置されている。二つの導管のそのような相互配置は、上記第２導管と第１導管の内壁の間の最短距離が最大であり、それによって上述のこの発明の利点が可能な限り大きいので、有利である。
この発明の他の好適実施例によれば、上記導管が実質的に垂直に伸び、上記室の実質的に垂直の壁が上記基板を坦持するようにされ、および上記室がその天井にその入口と実質的に反対に配置されたガス出口を有する。そのような所謂煙突反応器形構成を作ることによって、品質の良い成長を得ることが可能になった。この装置構成は、複数の基板を、その上で目的物を成長させるために、上記室の実質的に垂直の壁に配置することも可能にし、それで成長能力が増し、および低キャリアガス流で高温に適した形態のために、高い成長速度も得られるかも知れない。
この発明の他の好適実施例によれば、この装置は、ＳｉＣである目的物を成長させるようにされ、上記加熱手段は、反応ガスをその温度が上記第１導管に入った後であるが上記室に入る前に５００℃以上に上がるように加熱するように配設されている。これは、反応ガス、特にシランが、それを使うと、５００℃で分解を始め、これが第２導管で起ることを避けなければならないので、有利である。しかし、反応ガス上記室に達する前にこれが起ることを避けることは、そうでなければ上記室内の温度が高成長速度を得るためには遙かに低く過ぎるだろうから、不可能である。最後に述べた実施例の更なる発展形を構成する、他の好適実施例によれば、上記加熱手段が、反応ガスをその温度が第１導管の断面が減少する部分の最上流部で５００℃以上に上がるように加熱するように配設されている。これは、主としてＳｉ種によって出来る堆積リングがこれによって断面が非常に広いところに位置し、起り得る導管の閉塞に非常に長時間掛るだろうから、非常に好ましい。
この発明による方法およびその好適実施例は、添付の方法の請求項で定義され、これらの請求項の特徴の利点は、上の議論から明白であり、それでここでは、好適実施例では、キャリアガスを、上記第２導管内の反応ガスの流れの速度と実質的に同じ速度で上記第１導管に供給することだけを付け加え、および反応ガスが実質的に反応ガスを何も含まないキャリアガス流に囲まれて上記第２導管の延長を流れ続けるように、両流れを実質的に同じ速度に選択することは、上記第２導管の上記端を越える二つの流れの相互混合が最少の最適結果に繋がることが分った。
この発明による装置および方法の更なる好適特徴および利点は、以下の説明およびその他の従属請求項から明白だろう。
【図面の簡単な説明】
添付の図面を参照して、例として挙げる、この発明の好適実施形態の詳細な説明が以下に続く。
これらの図面で：
図１は、化学蒸着によって目的物を成長させるための、米国特許出願第０８／５１１３２４号に記載されている型式の先行技術の装置の縦断面図であり、
図２は、この発明の第１好適実施例による、図１に示す種類の装置のサセプタのガス入口部の拡大図であり、
図３は、第２導管が図２のガス入口部の第１導管に現れる領域の、図２に関する拡大図であり、
図４は、この発明の第２好適実施例による装置のガス入口部の、図３に対応する図であり、
図５は、この発明の第３好適実施例による装置の断面図であり、
図６は、この発明の第４好適実施例による装置のサセプタのガス入口部の、図３および図４に対応する図であり、並びに
図７は、この発明の第５好適実施例による装置の単純化した図である。
発明の好適実施例の詳細な説明
図１は、米国特許出願第０８／５１１３２４号に記載されている型式の装置を概略的に示す。この発明による装置がその装置と同じ原理構成を有し、本発明で説明する特別な特徴がそれと異なるだけであるので、ここに説明する。この装置は、ＳｉＣ基板上にＳｉＣを化学蒸着によってエピタキシャル成長させるのに適する。この装置を単純化した方法で示し、それで問題の装置が、ポンプのような、多の手段も含むことは明らかであるが、この発明の問題に関係のない従来の装置は、明確さとこの発明に集中するために省略してある。
この装置には、ほぼ垂直に伸びる石英管によって構成されるケーシング１並びに二つの対向する端フランジ３および４がある。端フランジ４は、管２の内部にアクセスできるように、取外し可能であるのが好ましい。基板に上記成長をするためのキャリアガスおよび反応ガス、好ましくはシランおよびプロパンの流れを供給するための導管５が下端フランジ３から挿入されている。この導管５は、シランおよびプロパンのような、上記成長のための種々のガス源並びに上記キャリアガスに通ずる別々の導管２０〜２３に接続され、これらの導管は、導管５の中のガス流の成分の含有量を調整するために流量調整手段（図示せず）を備える。導管２０〜２３は、図１では明確さのために、ケーシング１の近くで導管５に現れるように示すが、実際にはそれらは多分そこからかなり離れているだろう。
更に、この装置には、ガス流を導管５からサセプタ７の中へ集めるためのファンネル６がある。図１に示すサセプタ７は、ＳｉＣの層をエピタキシャル成長するようにされている。このサセプタは、ほぼ均一な厚さの周囲壁８を備えるほぼ円筒形である。これらの壁は、グラファイトで作られているが、内部がＳｉＣの層９によって被覆され、またはその代りにＳｉＣ製の円筒形板が被されている。サセプタを囲む空間は、石英管２周辺を保護するための断熱のためにグラファイトフォームが封入・充填されている。高周波コイルの形の高周波磁界放熱手段１１がサセプタ７の縦軸に沿って管２を囲む。この加熱手段１１は、このサセプタの壁８、従ってこのサセプタに導入するガス混合物を均一に加熱する高周波磁界を放射するように設える。
サセプタ７には、このサセプタの残りと同じ材料の蓋１２があり、その下側にＳｉＣ基板を配置し、その上に層を成長させてからこの基板を取出すためにこのサセプタの残りからこの蓋を取外すことが出来る。蓋１２は、周辺ガス出口孔１４を備え、それで好ましくはガスの層流が下入口導管１５からこのサセプタ室１８に入り、この基板の近くを流れ、上出口１４からこのサセプタを出て、次に随意にポンプ（図示せず）に接続された導管１６からこの装置を去る。
サセプタ７内部の温度は、１７で示す窓からサセプタ７を覗き込むことによって高温測定手段で調べることが出来る。
そのような装置で、加熱手段１１は、サセプタ壁８を、およびそれによってサセプタ室１８および導管１５からこのサセプタ室に導入するガスを加熱し、反応ガスが分解して基板上に成長するために堆積するようにする。しかし、高成長速度が望ましいときは、サセプタ内部の温度を、例えば２０００℃以上のような、高レベルに上げることが必要であり、導管１５内の温度は、反応ガス、特にシランが既にこの導管内で分解してその導管の内壁に堆積し、それでその自由通行断面が減少し、そうでなければ成長作業が終るよりかなり前に導管の詰りが現れ、それで成長作業をあまりにも早く中断しなければならないことが避けられないかも知れない。
図２は、今述べた問題を解決するために、この発明の好適実施例に従って、そのような装置の入口側を修正する方法を示す。この装置では、第１導管２４がサセプタ７の室１８に現れ、実質的にキャリアガスだけをサセプタ室１８に導くようにされている。キャリアガスの定義は、この成長に活発には参加しない、即ち、この基板の上記目的物に成長する成分を持たないガスである。このキャリアガスは、アルゴン、ヘリウムまたはその配合物であるのが好ましい。この装置には、更に、この第１導管内に受けられ、断面がこの第１導管より小さく、且つこの第１導管の内壁から分離する周辺空間を置いてこの第１導管の縦方向に伸びる第２導管２５がある。
その上、この第２導管は、第１導管と同心状に配置されている。両道管は、この場合、剛性管であり、第１導管２４は、例えば、サセプタの外壁へ伸びる部分２６を除けばステンレス鋼製で、この部分２６を水冷にする。上記室１８に最も近い、第１導管２４の内壁は、そこに管２８を配置することによってＳｉＣ、高密度グラファイトまたはパイロライトグラファイト製である。第２の、内部導管２５は、望ましくない不純物によるこの反応ガスの汚染を避けるために、ＳｉＣ、またはタンタルおよびタングステンのようなその他の高温耐性のある材料製であるのが好ましい。
第２導管２５は、反応ガスのほぼ全流れを導くようにされているが、幾らかのキャリアガスをこれらの反応ガスと共に導入してもよく、ＳｉＣを成長するとき、それらは、シリコン前駆体に対しては、シランまたはクロロシラン、およびカーボン前駆体に対しては、プロパン、メタンまたはエチレンで、それらに条件に依って高速を与えてもよい。ドープ源ガスも第２導管に導入してもよい。更に、およびこれは本発明の本質的特徴であるが、この第２導管は、上記流れの方向に見て、上記室１８からある距離置いて終り且つ上記第１導管に現れる。この距離は、上記反応ガスが第２導管の内部で分解するような高温に達しないように選び、従ってこの距離の要件は、この成長のためにサセプタ室１８の内部に選んだ温度、キャリアガスの流れおよびどのキャリアガスを選んだかに依る。何故なら、このキャリアガスが第１導管壁と第２導管壁の間の断熱材として作用するかも知れないからである。更に正確には、第２導管は、上記室に比較的近くで、この場合その底２９から少し離れて終るが、これは上記第２導管内での反応ガスの分解を避けるために十分である。
従って、反応ガスは、分解せずに上記第１導管に現れ、その壁から少し離れてこの第１導管の中央部を移動し、キャリアガス流は、第２導管２５がサセプタの室１８まで実際に続いているかのように、反応ガスの流れと第１導管の内壁の間の空間を動く。キャリアガス流と第２導管内の流れの速度を制御して、それらが出来るだけ混合しないようにほぼ同じにするのが好ましい。反応ガスが、好ましくはサセプタの室１８に入る前に分解しないように、周囲のキャリヤガス流が反応ガスの中央流のための断熱材として作用し、その温度上昇を妨げる。分解が起ったとしても、反応ガスの分解から生ずる成分は、周囲のキャリヤガス流によって第１導管の内壁全面に堆積する前に拡散するに違いないので、第１導管の壁には僅かな程度しか達しない。
しかし、反応ガスの分解から生ずる種の幾つかが第１導管の内壁に達して堆積することが分っている。その上、そのような堆積が反応ガスの決った温度範囲内、即ち、ＳｉＣを成長する場合は、約５００〜８００℃でだけ起きることが分った。５００℃以下では、ＳｉＨ4が分解せず、８００℃以上では、ガスの加速およびＳｉＨ4の、もう入口壁と反応できない、固体ポリマー／結晶子への均質核形成が堆積を妨害する。従って、高成長速度を得るべきならば、サセプタ内の高温、即ち少なくとも１５００℃以上、最も好ましくは２０００〜２５００℃が必要であるが、反応ガスが第１導管内部の上記温度範囲に入るのを避けることは不可能であり、図２に示す実施例では、これが、図３に示すように、堆積リング３０を生ずる。この堆積リングは、第２導管２５の端の上数ｍｍに出来る。ＳｉＨ4ガスの場合、多結晶Ｓｉの堆積によるこの堆積は、特に非常に高い成長速度および高温を選んだ場合、結局そこでの第１導管の閉塞に繋がり、それは商業的に興味ある方法でＳｉＣ結晶を作るための必然である。
この問題を解決するために、第２導管が第１導管に現れる領域３１で第１導管を修正できる方法を図４に概略的に示す。更に正確には、この領域で第１導管の断面を拡大し、その内壁を下流方向に収束して、第１導管の一部３２がほぼ円錐形であるようにする。この部分にほぼ円筒形の部分３３が続く。これは、堆積リング３０が第１導管の断面が大きい部分に位置し、それによって堆積速度が遅く、無害であることを意味する。この領域で第１導管の断面が減少することは、キャリアガス流の加速も生じ、これが反応性種を第１導管の中央に押戻し、それによって堆積リングの構築を減少する。上記堆積リングの下流で、温度は上記範囲の上であり、ガスの加速、低Ｓｉ過飽和度およびＳｉ関連種の気体相での、もう入口壁と反応できない、固体ポリマー／粒子への均質核形成の機構のために、寄生的堆積がもう無いだろう。
この発明の他の実施例による装置を図５に示す。対応する要素には、先の図と同じ参照番号を使用する。それは、第１導管を形成する入口フランジ２６が第１導管を冷却するための水冷手段３４を備え、それでそこを流れるキャリアガスの温度およびそれによって第２導管の中の反応ガスの温度を許容レベルに保つ方法を示す。更に、第１導管の収束部３２の厚さを変えるか、またはこの部分３２を熱伝導度の異なる二つのグラファイト部品３５、４１で作って、水冷ステンレス鋼部３６からグラファイトの部分３５（主として更に上にあるグラファイトサセプタ７からの伝導および輻射によって加熱される）までの温度勾配が非常に急であるようにし、それで反応ガスが第２導管から現れるとき、激しく加熱され、自然対流によって加速され、危険温度地帯（ＳｉＨ4に対し５００〜８００℃）を出来るだけ速く通過するようにする。その上、急な温度勾配が存在することは、直ぐその上にグラファイトがあるので、この不可避の堆積が、無害な収束入口の断面の広い部分で起ることを確実にするように、この危険地帯の形成を可能にする。
図６は、第１導管をサセプタ室１８への開口に近く設計する更なる可能性を示し、および第１導管のサセプタ室に近い部分３７が上記室の方へ発散し、それで拡散器状の入口ができ、それによってサセプタ室に入るガスがその周囲壁の方へ拡がり、それは、特に図７に示す型式の装置に適するかも知れない。
図７による装置は、所謂煙突反応器で、入口と反対の中央に位置する出口３８を有し、サセプタの垂直壁３９が上にＳｉＣをエピタキシャル成長させるための基板４０を坦持するように設えられている。この室の断面は、この場合矩形でもよい。この様にして、サセプタの収容能力を増し、および一時に二つ以上の目的物を成長させることを可能にし、高温および低キャリアガス流に適した形状のために、高い成長速度を得られるかも知れない。
この発明は、勿論、上に説明した装置および方法の好適実施例にはどの様にも限定されず、その修正の幾つかの可能性がこの発明の基本的考え方から逸脱することなく当業者には明白だろう。
既に述べたように、この発明は、第３族窒化物または第３族窒化物の合金またはＳｉＣと一つ以上の第３族窒化物の合金の成長にも適用可能であり、それらに相応する確実な結果が期待できる。一例として、トリメチルガリウムをＧａＮの成長用前駆体ガスとして使えることを述べられる。
請求項での“目的物”の定義は、厚いブールは勿論、異なる厚さの層のような、全ての種類の結晶のエピタキシャルを含む。
材料に関する全ての定義も勿論、意図的ドーピングと同様、不可避の不純物を含む。
図面に基板へのガスの流れがほぼ垂直であることを示したが、この装置を、例えば水平のような、任意の伸長方向に配置することは、この発明の範囲内にある。
【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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