(57)【要約】薄いＩＩＩ族窒化物層、および鮮明な層間の界面を示すＩＩＩ族窒化物層を製作する方法および装置が提供される。１局面によると、ＨＶＰＣ反応器（１０３）は、成長ゾーンに隣接する１つ以上のガス吸気口管を含み、従って、反応性ガスの送達を基板表面に対して微調整することを可能にする。別の局面によると、ＨＶＰＣ反応器（１０３）は、成長ゾーン（３０５）および成長中断ゾーン（２０５）の両方を含む。別の局面によると、ＨＶＰＥ反応器（１０３０）は、従来のガリウムソース（８１３）と関連して、遅い成長速度のガリウムソース（８１３）を含み、炉の１回の運転において、厚い層（すなわち、従来のガリウムソース（８１３）を利用）および薄い層（すなわち、遅い成長速度のガリウムソースを利用（８１３））の両方を含むデバイス構造デバイス構造が製作されることを可能にする。【選択図】図７
2004525518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一回のエピタキシャル成長を実行してＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを製作する方法であって、ＨＶＰＥ技術を利用し、かつ
第１のＩＩＩ族金属をＨＶＰＥ反応器の第１のソースゾーンに配置する工程と、
第２のＩＩＩ族金属を該ＨＶＰＥ反応器の第２のソースゾーンに配置する工程と、
該ＨＶＰＥ反応器の成長ゾーン内に基板を配置する工程であって、該成長ゾーンは、第１の温度に維持される、工程と、
該第１のＩＩＩ族金属を第２の温度に加熱する工程と、
該第２のＩＩＩ族金属を第３の温度に加熱する工程と、
ハロゲン化物反応ガスを該第１のソースゾーンに導入して、第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程であって、該反応ガスは窒素（Ｎ）を含む、輸送する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属および窒素を含む第１の層を成長させる工程であって、該第１の層は、該反応ガスが該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、成長させる工程と、
該基板を第４の温度に維持される成長中断ゾーンに移送する工程であって、該第４の温度は、該第１の温度の５０℃の範囲内である、移送する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該反応ガスが該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する流れの方向に不活性ガスを方向付ける工程と、
該成長ゾーンを浄化する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第１のソースゾーンに導入して、該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第２のソースゾーンに導入して、第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
該反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程と、
該基板を該成長中断ゾーンから該成長ゾーンに移送する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属、該第２のＩＩＩ族金属および窒素を含む第２の層を成長させる工程であって、該第２の層は、該反応ガスが該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、成長させる工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該反応ガスを該成長ゾーンに輸送することを中止する工程と
を包含する、方法。
【請求項２】
前記中止する工程の前に、前記基板を前記成長中断ゾーンに移送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】
前記基板を前記成長中断ゾーンから前記成長ゾーンに移送する工程の前に、前記反応ガスと、前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と、前記第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物との間の反応を安定させ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】
前記第４の温度を前記第１の温度の２５℃の範囲内に維持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５】
前記第４の温度を前記第１の温度の１０℃の範囲内に維持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６】
前記第４の温度を前記第１の温度の５℃の範囲内に維持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７】
前記第４の温度を前記第１の温度の１℃の範囲内に維持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８】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、ソースの流れの方向に対して実質的に直角である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、ソースの流れの方向と実質的に逆である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、前記基板の成長表面にて角度が付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物を前記成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、前記基板を前記成長中断ゾーンに移送する工程の前に実行される、中止する工程と、
前記反応ガスを該成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、該基板を該成長中断ゾーンに移送する工程の前に実行される、中止する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物および前記反応ガスを前記成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、前記基板を前記成長中断ゾーンに移送する工程の直後に実行される、中止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１５】
少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１の層は、該少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を含む、輸送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１６】
前記第１の層は、ｐ型導電性を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのアクセプタ不純物金属は、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）およびマグネシウム−亜鉛（ＭｇＺｎ）合金からなる群より選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２の層は、該少なくとも１つの不純物金属を含む、輸送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１９】
前記第２の層は、ｐ型導電性を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのアクセプタ不純物金属は、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）およびマグネシウム−亜鉛（ＭｇＺｎ）合金からなる群より選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つのドナー不純物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１の層は、該少なくとも１つのドナー不純物を含む、輸送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２２】
前記少なくとも１つのドナーは、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）および錫（Ｓｎ）からなる群より選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つのドナー不純物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２の層は、該少なくとも１つのドナー不純物を含む、輸送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２４】
前記少なくとも１つのドナーは、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）および錫（Ｓｎ）からなる群より選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第３のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、該第３のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
第３のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
第４のＩＩＩ族金属を該ＨＶＰＥ反応器の第４のソースゾーンに配置する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
該第４のＩＩＩ族金属を第６の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第４のソースゾーンに導入して、第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、該第３のＩＩＩ族金属、該第４のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
第３のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
第４のＩＩＩ族金属を該ＨＶＰＥ反応器の第４のソースゾーンに配置する工程と、
第５のＩＩＩ族金属を該ＨＶＰＥ反応器の第５のソースゾーンに配置する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
該第４のＩＩＩ族金属を第６の温度に加熱する工程と、
該第５のＩＩＩ族金属を第７の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第４のソースゾーンに導入して、第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第５のソースゾーンに導入して、第５のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第５のＩＩＩ族ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、該第３のＩＩＩ族金属、該第４のＩＩＩ族金属、該第５のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第５のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
第３のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、前記第２のＩＩＩ族金属、該第３のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、前記第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
第３のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
第４のＩＩＩ族金属を該ＨＶＰＥ反応器の第４のソースゾーンに配置する工程と、
前記第３のＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
該第４のＩＩＩ族金属を第６の温度に加熱する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第４のソースゾーンに導入して、第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、前記第２のＩＩＩ族金属、該第３のＩＩＩ族金属、該第４のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、前記第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１のＩＩＩ族金属および前記第２のＩＩＩ族金属を加熱する工程の前に、前記基板を前記成長中断ゾーン内に配置する工程と、
前記第１の層を成長させる工程の前に、該基板を該成長中断ゾーンから前記成長ゾーンに移送する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも１つのさらなる層を成長させる工程であって、該少なくとも１つのさらなる層を成長させる該工程を開始する前に、前記基板を前記成長ゾーンから前記成長中断ゾーンに移送する工程をさらに包含する、工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのさらなる層は、少なくとも１つの選択されたＩＩＩ族金属を含み、該少なくとも１つの選択されたＩＩＩ族金属は、前記第１のＩＩＩ族金属、前記第２のＩＩＩ族金属および補助的ＩＩＩ族金属からなる群より選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
Ｖ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該Ｖ族金属を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、該Ｖ族金属および窒素をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
Ｖ族材料を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該Ｖ族材料を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２の層は、前記第１のＩＩＩ族金属、前記第２のＩＩＩ族金属、該Ｖ族材料および窒素を含む、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
一回のエピタキシャル成長を実行してＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを製作する方法であって、ＨＶＰＥ技術を利用し、かつ
第１のＩＩＩ族金属をＨＶＰＥ反応器の第１のソースゾーンに配置する工程と、
第２のＩＩＩ族金属を該ＨＶＰＥ反応器の第２のソースゾーンに配置する工程と、
基板を該ＨＶＰＥ反応器の成長ゾーン内に配置する工程であって、該成長ゾーンは、第１の温度に維持され、該第１の温度は、９００℃よりも高い、工程と、
該第１のＩＩＩ族金属を第２の温度に加熱する工程と、
該第２のＩＩＩ族金属を第３の温度に加熱する工程と、
ハロゲン化物反応ガスを該第１のソースゾーンに導入して、第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第２のソースゾーンに導入して、第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程であって、該反応ガスは窒素（Ｎ）を含む、輸送する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属、該第２のＩＩＩ族金属および窒素を含む第１の層を成長させる工程であって、該第１の層は、該反応ガスが該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、工程と、
第４の温度に維持される成長中断ゾーンに該基板を移送する工程であって、該第４の温度は、該第１の温度の５０℃の範囲内である、移送する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該反応ガスが該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する流れの方向に不活性ガスを方向付ける工程と、
該成長ゾーンを浄化する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第１のソースゾーンに導入して、該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
該反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程と、
該基板を該成長中断ゾーンから該成長ゾーンに移送する工程と、
該第１のＩＩＩ族金属および窒素を含む第２の層を成長させる工程であって、該第２の層は、該反応ガスが該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、成長させる工程と、
該第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該反応ガスを該成長ゾーンに輸送することを中止する工程と
を包含する、方法。
【請求項３６】
ＨＶＰＥ技術を利用して薄いＩＩＩ族窒化物層をエピタキシャル成長させる方法であって、
ガリウム（Ｇａ）ソースをＨＶＰＥ反応器の第１のソースゾーン内の石英チャネルに配置する工程であって、該Ｇａソースは、４平方ミリメートル未満の露出された表面領域を有する、配置する工程と、
基板を該ＨＶＰＥ反応器の成長ゾーン内に配置する工程であって、該成長ゾーンは、第１の温度に維持される、配置する工程と、
該Ｇａソースを第２の温度に加熱する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第１のソースゾーンに導入して、塩化ガリウム化合物を形成する工程と、
該塩化ガリウム化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程であって、該反応ガスは窒素（Ｎ）を含む、輸送する工程と、
該塩化ガリウム化合物を該反応ガスと反応させて、毎時０．１ミクロン未満のエピタキシャル成長レートを達成する工程と、
該薄いＩＩＩ族窒化物層を０．０２ミクロン未満の厚さに成長させる工程と、
該基板を第３の温度に維持された成長中断ゾーンに移送する工程であって、該第３の温度は、該第１の温度の５０℃の範囲内である、移送する工程と、
該塩化ガリウム化合物および該反応ガスが該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する流れの方向に不活性ガスを方向付ける工程と、
該塩化ガリウム化合物および該反応ガスを該成長ゾーンに輸送することを中止する工程と
を包含する、方法。
【請求項３７】
前記塩化ガリウム化合物および前記反応ガスを前記成長ゾーンに輸送する工程の前に、前記基板を前記成長中断ゾーン内に配置する工程と、
該反応ガスと該塩化ガリウム化合物との間の反応を安定させる工程と、
該安定させる工程を完了した後に、該基板を該成長中断ゾーンから該成長ゾーンに輸送する工程と
をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記安定させる工程は、少なくとも３分間実行される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第３の温度を前記第１の温度の２５℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記第３の温度を前記第１の温度の１０℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記第３の温度を前記第１の温度の５℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記第３の温度を前記第１の温度の１℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、ソースの流れの方向に対して実質的に直角である、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、ソースの流れの方向と実質的に逆である、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、前記基板の成長表面にて角度が付けられる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
第２のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第２のソースゾーンに配置する工程と、
該第２のＩＩＩ族金属を第４の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第２のソースゾーンに導入して、第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、該第２のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが該塩化ガリウム化合物および該第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４７】
前記第２のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
第３のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、前記第２のＩＩＩ族金属、該第３のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物、前記第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第３の金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、工程と
をさらに包含する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記第３のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
第４のＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第４のソースゾーンに配置する工程と、
該第４のＩＩＩ族金属を第６の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第４のソースゾーンに導入して、第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、前記第２のＩＩＩ族金属、前記第３のＩＩＩ族金属、該第４のＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物、前記第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、前記第３のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第４のＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、工程と
をさらに包含する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記第４のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記中止する工程は、前記移送する工程の前に実行される、請求項３６に記載の方法。
【請求項５３】
少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、該少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を含む、輸送する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項５４】
前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、ｐ型導電性を有する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記少なくとも１つのアクセプタ不純物金属は、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）およびマグネシウム−亜鉛（ＭｇＺｎ）合金からなる群より選択される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
少なくとも１つのドナー不純物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、該少なくとも１つのドナー不純物を含む、輸送する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項５７】
前記少なくとも１つのドナーは、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）および錫（Ｓｎ）からなる群より選択される、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記成長させる工程における前記厚さは、０．０１ミクロン未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項５９】
前記成長させる工程における前記厚さは、０．００５ミクロン未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項６０】
Ｖ族材料を前記ＨＶＰＥ反応器の第２のソースゾーンに配置する工程と、
該Ｖ族材料を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記薄いＩＩＩ族窒化物層は、前記ガリウム、該Ｖ族材料および窒素を含む、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項６１】
前記露出された表面領域は、２平方ミリメートル未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項６２】
前記露出された表面領域は、１平方ミリメートル未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項６３】
前記エピタキシャル成長レートは、毎時０．０５ミクロン未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項６４】
前記エピタキシャル成長レートは、毎時０．０１ミクロン未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項６５】
前記エピタキシャル成長レートは、毎時０．００５ミクロン未満である、請求項３６に記載の方法。
【請求項６６】
一回のエピタキシャル成長を実行してＩＩＩ族窒化物半導体デバイスをエピタキシャル成長させる方法であって、ＨＶＰＥ技術を利用し、かつ、
第１のガリウム（Ｇａ）ソースをＨＶＰＥ反応器の第１のソースゾーン内のソースボートに配置する工程であって、該第１のＧａソースは第１の露出された表面領域を有する、配置する工程と、
第２のＧａソースを該ＨＶＰＥ反応器の第２のソースゾーン内の石英チャネルに配置する工程であって、該Ｇａソースは第２の露出された表面領域を有し、該第２の露出された表面領域は、該第１の露出された領域より小さい、配置する工程と、
基板を該ＨＶＰＥ反応器の成長ゾーン内に配置する工程であって、該成長ゾーンは第１の温度に維持される、工程と、
該第１のＧａソースを第２の温度に加熱する工程と、
該第２のＧａソースを第３の温度に加熱する工程と、
ハロゲン化物反応ガスを該第１のソースゾーンに導入して、第１の塩化ガリウム化合物を形成する工程と、
該第１の塩化ガリウム化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程であって、該反応ガスは、窒素（Ｎ）を含む、工程と、
該第１の塩化ガリウム化合物を該反応ガスと反応させて、毎時０．１ミクロンよりも大きい第１のエピタキシャル成長レートを達成する工程と、
第１のＩＩＩ族窒化物層を５ミクロンよりも大きい厚さに成長させる工程と、
該基板を第４の温度に維持された成長中断ゾーンに移送する工程であって、該第４の温度は、該第１の温度の５０℃の範囲内である、移送する工程と、
不活性ガスを、該第１の塩化ガリウム化合物および該反応ガスが該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する流れの方向に方向付ける工程と、
該成長ゾーンを浄化する工程と、
該ハロゲン化物反応ガスを該第２のソースゾーンに導入して、第２の塩化ガリウム化合物を形成する工程と、
該第２の塩化ガリウム化合物を該成長ゾーンに輸送する工程と、
該第２の塩化ガリウム化合物を該反応ガスと反応させて、毎時０．１ミクロン未満の第２のエピタキシャル成長レートを達成する工程と、
第２のＩＩＩ族窒化物層を０．０２ミクロン未満の厚さに成長させる工程と
を包含する、方法。
【請求項６７】
前記第１の塩化ガリウム化合物を前記成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、前記基板を前記成長中断ゾーンに移送する工程の後に実行される、中止する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１の塩化ガリウム化合物を前記成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、前記基板を前記成長中断ゾーンに移送する工程の前に実行される、中止する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１の塩化ガリウム化合物および前記反応ガスを前記成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、前記基板を前記反応中断ゾーンに移送する工程の後に実行される、中止する工程と、
前記第２の塩化ガリウム化合物を該反応ガスと反応させる工程の前に、該反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程と
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７０】
前記第１の塩化ガリウム化合物および前記反応ガスを前記成長ゾーンに輸送することを中止する工程であって、前記基板を前記成長中断ゾーンに移送する工程の前に実行される、中止する工程と、
前記第２の塩化ガリウム化合物を該反応ガスと反応させる工程の前に、該反応ガスを該成長ゾーンに輸送する工程と、
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７１】
前記第１の塩化ガリウム化合物および前記反応ガスを前記成長ゾーンに輸送する工程の前に、前記基板を前記成長中断ゾーン内に配置する工程と、
該反応ガスと該第１の塩化ガリウム化合物との間の反応を安定させる工程と、
該安定させる工程が完了した後に、該基板を該成長中断ゾーンから該成長ゾーンに移送する工程と、
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７２】
前記安定させる工程は、少なくとも３分間実行される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記第３の温度を前記第１の温度の２５℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７４】
前記第３の温度を前記第１の温度の１０℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７５】
前記第３の温度を前記第１の温度の５℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７６】
前記第３の温度を前記第１の温度の１℃の範囲内に維持する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７７】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、ソースの流れの方向に対して実質的に直角である、請求項６６に記載の方法。
【請求項７８】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、ソースの流れの方向と実質的に逆である、請求項６６に記載の方法。
【請求項７９】
前記不活性ガスを方向付ける工程の前記流れの方向は、前記基板の成長表面にて角度が付けられる、請求項６６に記載の方法。
【請求項８０】
第１の補助的ＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該第１の補助的ＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、該第１の補助的ＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが該塩化ガリウム化合物および該第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項８１】
前記第１の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
第２の補助的ＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第４のソースゾーンに配置する工程と、
該第２の補助的ＩＩＩ族金属を第６の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第４のソースゾーンに導入して、第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属、該第２の補助的ＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、工程と
をさらに包含する、請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記第２の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
第３の補助的ＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第５のソースゾーンに配置する工程と、
前記第３の補助的ＩＩＩ族金属を第７の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第５のソースゾーンに導入して、第３の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、該第１の補助的ＩＩＩ族金属、前記第２の補助的ＩＩＩ族金属、該第３の補助的ＩＩＩ族金属および窒素を含み、該第１のＩＩＩ族窒化物層は、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、前記第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第３の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
前記第３の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
第１の補助的ＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該第１の補助的ＩＩＩ族金属を第５の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第３のソースゾーンに導入して、第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２のＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、該第１の補助的ＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物および該第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項８７】
前記第１の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
第２の補助的ＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第４のソースゾーンに配置する工程と、
該第２の補助的ＩＩＩ族金属を第６の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第４のソースゾーンに導入して、第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、該第２のＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属、第２の補助的ＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項８６に記載の方法。
【請求項８９】
前記第２の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
第３の補助的ＩＩＩ族金属を前記ＨＶＰＥ反応器の第５のソースゾーンに配置する工程と、
該第３の補助的ＩＩＩ族金属を第７の温度に加熱する工程と、
前記ハロゲン化物反応ガスを該第５のソースゾーンに導入して、第３の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を形成する工程と、
該第３の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２のＩＩＩ族窒化物層は、前記Ｇａ、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属、および前記第２の補助的ＩＩＩ族金属、該第３の補助的ＩＩＩ族金属および窒素を含み、かつ、該反応ガスが前記塩化ガリウム化合物、前記第１の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物、前記第２の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物および該第３の補助的ＩＩＩ族金属ハロゲン化物化合物と反応することによって形成される、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項８６に記載の方法。
【請求項９１】
前記第３の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、該少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を含む、輸送する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項９３】
前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、ｐ型導電性を有する、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記少なくとも１つのアクセプタ不純物金属は、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）およびマグネシウム−亜鉛（ＭｇＺｎ）合金からなる群より選択される、請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２のＩＩＩ族窒化物層は、該少なくとも１つのアクセプタ不純物金属を含む、輸送する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項９６】
前記第２のＩＩＩ族窒化物層は、ｐ型導電性を有する、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記少なくとも１つのアクセプタ不純物金属は、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）およびマグネシウム−亜鉛（ＭｇＺｎ）合金からなる群より選択される、請求項９５に記載の方法。
【請求項９８】
少なくとも１つのドナー不純物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、該少なくとも１つのドナー不純物を含む、工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項９９】
前記少なくとも１つのドナー不純物は、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）および錫（Ｓｎ）からなる群より選択される、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
少なくとも１つのドナー不純物を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、該第２のＩＩＩ族窒化物層は、該少なくとも１つのドナー不純物を含む、輸送する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０１】
前記少なくとも１つのドナーは、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）および錫（Ｓｎ）からなる群より選択される、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記第２のＩＩＩ族窒化物層の厚さは、０．０１ミクロン未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０３】
前記第２のＩＩＩ族窒化物層の厚さは、０．００５ミクロン未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０４】
Ｖ族材料を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該Ｖ族材料を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、前記ガリウム、該Ｖ族材料および窒素を含む、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０５】
Ｖ族材料を前記ＨＶＰＥ反応器の第３のソースゾーンに配置する工程と、
該Ｖ族材料を前記成長ゾーンに輸送する工程であって、前記第２のＩＩＩ族窒化物層は、前記ガリウム、該Ｖ族材料および窒素を含む、輸送する工程と
をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０６】
前記第２の露出された表面領域は、４平方ミリメートル未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０７】
前記第２の露出された表面領域は、２平方ミリメートル未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記第２の露出された表面領域は、１平方ミリメートル未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１０９】
前記第２のエピタキシャル成長レートは、毎時０．０５ミクロン未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１１０】
前記第２のエピタキシャル成長レートは、毎時０．０１ミクロン未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１１１】
前記第２のエピタキシャル成長レートは、毎時０．００５ミクロン未満である、請求項６６に記載の方法。
【請求項１１２】
さらなるＩＩＩ族窒化物層を成長させる工程であって、該さらなるＩＩＩ族窒化物層は、前記基板と前記第１のＩＩＩ族窒化物層との間にはさまれる、請求項６６に記載の方法。
【請求項１１３】
第１の成長ゾーンと、
該第１の成長ゾーンを第１の温度に加熱する手段と、
第１のＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第１のＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第１のＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第２の温度まで加熱する手段と、
該第１のＩＩＩ族金属ソースゾーンに結合されたハロゲン化物ガスソースと、
該第１のＩＩＩ族金属ソースゾーンに結合された第１の不活性ガスソースであって、第１の反応生成物を該第１のＩＩＩ族金属ソースゾーンから該第１の成長ゾーンに輸送するために、第１の不活性ガスを供給する、第１の不活性ガスソースと、
反応性ガスを該第１の成長ゾーンに供給するための、該第１の成長ゾーンに結合された反応ガスソースと、
成長中断ゾーンと、
該成長中断ゾーンを第３の温度に加熱する手段であって、該第３の温度は該第１の温度の５０℃の範囲内である、加熱する手段と、
基板を該第１の温度の５０℃の範囲内に維持する間、該基板を該第１の成長ゾーンと該成長中断ゾーンとの間に移送する手段と、
該第１の反応生成物および該反応性ガスが該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止するための、第２の不活性ガスソースに結合された少なくとも１つのガス吸気口と、
第１のエピタキシャル成長サイクルと第２のエピタキシャル成長サイクルとの間の該第１の成長ゾーンを浄化する手段と、
を備える、一回のエピタキシャル成長を実行して多層ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを成長させる反応器。
【請求項１１４】
前記第１のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１１５】
第２のＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、前記ハロゲン化物ガスソースおよび前記第１の不活性ガスソースが結合される、第２のＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第２のＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第２のＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第４の温度に加熱する手段であって、前記第２の不活性ガスソースに結合された前記少なくとも１つのガス吸気口は、第２の反応生成物が前記成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する、加熱する手段と
をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１１６】
前記第２のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１１５に記載の反応器。
【請求項１１７】
第３のＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、前記ハロゲン化物ガスソースおよび前記第１の不活性ガスソースが結合される、第３のＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第３のＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第３のＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第５の温度に加熱する手段であって、前記第２の不活性ガスソースに結合された前記少なくとも１つのガス吸気口は、第３の反応生成物が前記成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する、加熱する手段と
をさらに備える、請求項１１５に記載の反応器。
【請求項１１８】
前記第３のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１１７に記載の反応器。
【請求項１１９】
前記第４のＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、該ハロゲン化物ガスソースおよび前記第１の不活性ガスソースと結合された第４のＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第４のＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第４のＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第６の温度に加熱する手段とを備え、該第２の不活性ガスソースに結合された該少なくとも１つのガス吸気口は、第４の反応生成物が該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止する、加熱する手段と
をさらに備える、請求項１１７に記載の反応器。
【請求項１２０】
前記第４のＩＩＩ族金属は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１１９に記載の反応器。
【請求項１２１】
前記第３の温度を前記第１の温度の２５℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の２５℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２２】
前記第３の温度を前記第１の温度の１０℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の１０℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２３】
前記第３の温度を前記第１の温度の５℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の５℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２４】
前記第３の温度を前記第１の温度の１℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の１℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２５】
前記第２の不活性ガスソースからの第２の不活性ガスを、ソースが流れる方向に対して実質的に直角である流れの方向に方向付ける手段をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２６】
前記第２の不活性ガスソースからの第２の不活性ガスをソースが流れる方向と実質的に逆の流れの方向に方向付ける手段をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２７】
前記第２の不活性ガスソースからの第２の不活性ガスを前記基板の成長表面にて角度が付けられる流れの方向に方向付ける手段をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２８】
第２の成長ゾーンと、
該第２の成長ゾーンを第４の温度に加熱する手段と、
前記基板を前記第１の温度５０℃の範囲内に維持する間、該基板を該第２の成長ゾーンと前記成長中断ゾーンとの間に移送する手段と、
連続する成長サイクル間の該第２の成長ゾーンを浄化する手段と
をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１２９】
少なくとも１つの第２のゾーンのＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、該少なくとも１つの第２のゾーンのＩＩＩ族金属ソースゾーンに結合された前記第２の成長ゾーン、前記ハロゲン化物ガスおよび前記第１の不活性ガスソースに対応する、少なくとも１つの第２のゾーンのＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該少なくとも１つの第２のゾーンのＩＩＩ族金属ソースゾーン内の少なくとも１つの第２のゾーンのＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第５の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１２８に記載の反応器。
【請求項１３０】
前記第１の成長ゾーン、前記第１のＩＩＩ族金属の一部分および前記成長中断ゾーンを加熱する手段は、マルチゾーン型抵抗ヒータ（ｍｕｌｔｉ−ｚｏｎｅ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｈｅａｔｅｒ）である、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３１】
アクセプタ不純物ゾーンであって、前記第１の不活性ガスソースが該アクセプタ不純物ゾーンに結合された、アクセプタ不純物ゾーンと、
該アクセプタ不純物ゾーン内のアクセプタ不純物を第４の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３２】
ドナー不純物ゾーンであって、前記第１の不活性ガスソースが該ドナー不純物ゾーンに結合された、ドナー不純物ゾーンと、
前記アクセプタ不純物ゾーン内のドナー不純物を第４の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３３】
前記ハロゲン化物ガスソースは、ＨＣｌガスソースである、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３４】
前記第１の不活性ガスは、アルゴンガスである、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３５】
前記第２の不活性ガスソースは、アルゴンガスソースである、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３６】
前記反応性ガスは、アンモニアガスである、請求項１１３に記載の反応器。
【請求項１３７】
一回のエピタキシャル成長を実行して多層ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを成長させる反応器であって、
成長ゾーンと、
該成長ゾーンを第１の温度に加熱する手段と、
第１のガリウム（Ｇａ）ソースゾーンであって、
第１のソース管と、
石英ボートであって、該石英ボート内の該第１のＧａソースは、第１のＧａソースに露出された少なくとも１平方センチメートルの表面領域を有する、石英ボートと
を備える第１のガリウム（Ｇａ）ソースゾーンと、
該第１のＧａソースゾーン内の該第１のＧａソースの少なくとも一部分を第２の温度に加熱する手段と、
第２のＧａソースゾーンであって、
第２のソース管と、
石英チャネルであって、該石英チャネル内の第２のＧａソースは、第２のＧａソースに露出された４平方ミリメートル未満の表面領域を有する、石英チャネルと
を備える、第２のＧａソースゾーンと、
該第２のＧａ金属ソースゾーン内の該第２のＧａソースの少なくとも一部分を第３の温度に加熱する手段と、
該第１のＧａソースゾーンおよび該第２のＧａソースゾーンに結合されたハロゲン化物ガスソースと、
第１の塩化ガリウム化合物を該第１のＧａソースゾーンから該成長ゾーンに輸送するため、および第２の塩化ガリウム化合物を該第２のＧａソースゾーンから該成長ゾーンに輸送するための、該第１のＧａソースゾーンおよび該第２のＧａソースゾーンに結合された第１の不活性ガスソースと、
反応性ガスを供給するための、該成長ゾーンに結合された反応ガスソースであって、該反応性ガスと該第１の塩化ガリウム化合物との間の第１の反応は、第１のエピタキシャル成長レートをもたらし、該反応性ガスと該第２の塩化ガリウム化合物との間の第２の反応は、第２のエピタキシャル成長レートをもたらす、反応ガスソースと
を備える、反応器。
【請求項１３８】
成長中断ゾーンと、
該成長中断ゾーンを第４の温度に加熱する手段であって、該第４の温度は、前記第１の温度の５０℃の範囲内である、加熱する手段と、
基板の温度を該第１の温度の５０℃の範囲内に維持する間、前記成長ゾーンと該成長中断ゾーンとの間に基板を移送する手段と、
反応生成物、前記ハロゲン化物ガスソースからのハロゲン化物ガス、および前記反応性ガスが該成長中断ゾーンに入ることを実質的に防止するための、第２の不活性ガスソースに結合された少なくとも１つのガス吸気口と、
連続するエピタキシャル成長サイクル間の該成長ゾーンを浄化する手段と
をさらに備える、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１３９】
前記第２のＧａソースに露出された表面領域は、２平方ミリメートル未満である、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１４０】
前記第２のＧａソースに露出された表面領域は、１平方ミリメートル未満である、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１４１】
前記第１のエピタキシャル成長レートは、少なくとも毎時１０ミクロンである、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１４２】
前記第１のエピタキシャル成長レートは、少なくとも毎時１ミクロンである、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１４３】
前記第２のエピタキシャル成長レートは、少なくとも毎時０．１ミクロン未満である、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１４４】
第１の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、前記ハロゲンガスソースおよび前記第１の不活性ガスソースは、該第１の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンに結合された、第１の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第１の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第１の補助的ＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第４の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１４５】
前記第１の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１４４に記載の反応器。
【請求項１４６】
第２の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、前記ハロゲン化物ガスソースおよび前記第１の不活性ガスソースは、該第２の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンに結合された、第２の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第２の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第２の補助的ＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を加熱する手段と
をさらに備える、請求項１４４に記載の反応器。
【請求項１４７】
前記第２の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１４６に記載の反応器。
【請求項１４８】
第３の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンであって、前記ハロゲン化物ガスソースおよび前記第１の不活性ガスソースは、該第３の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンに結合された、第３の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーンと、
該第３の補助的ＩＩＩ族金属ソースゾーン内の第３の補助的ＩＩＩ族金属の少なくとも一部分を第６の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１４６に記載の反応器。
【請求項１４９】
前記第３の補助的ＩＩＩ族金属は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）およびボロン（Ｂ）からなる群より選択される、請求項１４８に記載の反応器。
【請求項１５０】
前記第４の温度を前記第１の温度の２５℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の２５℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５１】
前記第４の温度を前記第１の温度の１０℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の１０℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５２】
前記第４の温度を前記第１の温度の５℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の５℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５３】
前記第４の温度を前記第１の温度の１℃の範囲内に維持する手段と、前記基板を該第１の温度の１℃の範囲内に維持する手段とをさらに備える、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５４】
前記第２の不活性ガスソースからの第２の不活性ガスをソースが流れる方向に対して実質的に直角である流れの方向に方向付ける手段をさらに包含する、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５５】
前記第２の不活性ガスソースからの第２の不活性ガスをソースが流れる方向と実質的に逆の流れの方向に方向付ける手段をさらに備える、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５６】
前記第２の不活性ガスソースからの第２の不活性ガスを前記基板の成長表面に対して角度をつける流れの方向に方向付ける手段をさらに備える、請求項１３８に記載の反応器。
【請求項１５７】
前記成長ゾーンを加熱する前記手段、前記第１のＧａソースの前記部分、および前記第２のＧａソースの前記部分は、マルチゾーン型抵抗ヒータである、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１５８】
アクセプタ不純物ゾーンであって、前記第１の不活性ガスソースが該アクセプタ不純物ゾーンに結合された、アクセプタ不純物ゾーンと、
該アクセプタ不純物ゾーン内のアクセプタ不純物を第４の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１５９】
ドナー不純物ゾーンであって、前記第１の不活性ガスソースが該ドナー不純物ゾーンに結合された、ドナー不純物ゾーンと、
前記アクセプタ不純物ゾーン内のドナー不純物を第４の温度に加熱する手段と
をさらに備える、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１６０】
前記ハロゲン化物ガスソースは、ＨＣｌガスソースである、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１６１】
前記第１の不活性ガスは、アルゴンガスである、請求項１３７に記載の反応器。
【請求項１６２】
前記反応性ガスは、アンモニアガスである、請求項１３７に記載の反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００１年３月３０日に出願された、米国特許出願第６０／２８０，６０４号および２００１年４月１３日に出願された米国特許出願第６０／２８３，７４３号の優先権を主張する。これらの出願は、全ての目的に対し参照として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して半導体デバイスに関し、より詳細には、第III族窒化物半導体材料のサブミクロン層を製造するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物およびＩｎＧａＡｌＢＮＰＡｓは、独特の物理的、電気的特性を有し、その特性は、それらの化合物を種々の電気的および光電気的デバイスにとって理想的な候補（Ｃａｎｄｉｄａｔｅ）にする。特に、これらの材料は、直接バンドギャップ構造、高電界破壊、高熱伝導を示す。さらに、ＩｎｘＡｌ１−ｘＧａＮなどの金属は、バンドギャップエネルギーの広範囲にわたって使用され得る。すなわち、１．９ｅＶ（この時ｘ＝１）から６．２ｅＶ（この時ｘ＝０）。
【０００４】
現在まで、第ＩＩＩ族窒化物半導体を成長するために使用される主要な方法は、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）などの他の技術も研究されてきたが、金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）であった。ＭＯＣＶＤ技術において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、第ＩＩＩ族金属のソースとして金属化合物ガスを使用して、気相（ｐｈａｓｅ）から成長される。例えば、一般的に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）は、アルミニウムソースとして使用され、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）は、ガリウムソースとして使用される。アンモニアは、通常、窒化物ソースとして使用される。成長した材料の電気伝導性を制御するために、電気的に活性な不純物は、金属成長の間、反応チャンバへ導かれる。非ドープのＩＩＩ−Ｖ族化合物は、普通は、ｎ型伝導性を示し、ｎ型伝導性の値は、成長の間、反応チャンバにシランガスの形式でシリコン不純物を導入することによって制御される。この技術を使用して、ｐ型材料を得るために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｍａｇｎｅｓｉｕｍ）型のマグネシウム不純物は、成長サイクルの間に反応チャンバに導かれる。ＭＯＣＶＤによって成長されたＭｇドープされた金属が高い抵抗性である場合、窒化物雰囲気において高温ポスト成長アニールは、ｐ型伝導性を活性化するために必要である。
【０００５】
ＭＯＣＶＤ技術は、種々の市販のデバイスに対して適切に検証されてきたが、そのプロセスは、その有用性を制約する複数の制限を有する。第一に、種々のソースの複雑さが原因で（例えば、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、およびビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓｃｙｃｌｏｐｅｎｔｉａｄｉｅｎｙｌｍａｇｎｅｓｉｕｍ））、そのプロセスは、とても高価であり得、相対的に複雑な設備を必要とするものであり得る。第二に、ＭＯＣＶＤ技術は、一時間につき数ミクロンより大きくは成長させない。したがって長い成長ラン（ｒｕｎ）が必要とされる。低速成長速度は、特に、およそ３０ミクロンの厚さのベース領域をしばしば有する高電圧整流器ダイオードなどの薄膜を必要とするデバイス構造に対して特に問題である。第三に、ＡｌＮの密度が高い（＞５０ｍｏｌ．％）場合、ＭＯＣＶＤによって成長したｎ型ＡｌＧａＮ層は、絶縁状態である。したがって、ｐ−ｎ結合を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物層におけるＡｌＮの密度は、制限される。第四に、基板上に質の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物金属を成長させるために、ＭＯＣＶＤ技術は一般的に、基板とＩＩＩ−Ｖ族化合物層との間に低温バッファ層の成長を必要とする。第五に、概して、ＭＯＣＶＤ技術を使用して、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族材料を得るために、ポスト成長アニーリング工程が必要とされる。
【０００６】
水素化合物気相エピタキシーまたはＨＶＰＥは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の製造での使用のために研究されてきた別の技術である。この技術は、成長速度、単純性、および、コストにおける利点し、および、低温バッファ層の封入なしに基板に直接的にＩＩＩ−Ｖ化合物層を成長させる能力を提供する。この技術において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、熱せられた基板上で成長されるエピタキシーである。ＩＩＩ−Ｖ族層を含む金属は、ＨＶＰＥ反応器の反応ゾーンに気体状の金属ハロゲン（ｇａｓｅｏｕｓ  ｍｅｔａｌ  ｈａｌｉｄｅｓ）として、送達される。したがって、ガリウムおよびアルミニウム金属は、ソース材料として使用される。この技術に関連した高い成長速度（すなわち、一時間につき１００ミクロン以下）が原因で、厚いＩＩＩ−Ｖ族化合物層が成長され得る。
【０００７】
ＨＶＰＥ法は、低コスト、成長環境の柔軟さ、および再現性の良さにより、半導体デバイスの大量生産に対して便利である。現在、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料のＨＶＰＥ成長において、重大な進歩が成し遂げられてきた。ＡｌＧａＮ、ＧａＮおよびＡｌＮ層は、この技術を使用した種々の構造と同様に成長してきた。この技術は、低温バッファ層を必要としないので、ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＳｉＣヘテロ結合ダイオードなどの種々の新規のデバイス構造が製造されてきた。さらに、ｐ−型層は、現在、ＨＶＰＥを使用して生産されており、したがって、ｐ−ｎまたはｐ−ｉ−ｎ結合デバイスが製造されることを可能にする。
【０００８】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの開発および製造において全てにＨＶＰＥ法を使用するためには、薄膜がミクロンまたはそれ以下のオーダーで製造される。しかしながら、従来のＨＶＰＥ技術はこのような層を成長することが不可能であった。結果として、第ＩＩＩ族半導体に基づくデバイスを製造するためのＨＶＰＥ技術の可能性は、制限されてきた。
【０００９】
したがって、当該技術で必要とされることは、ＨＶＰＥ技術を使用して第ＩＩＩ族窒化物化合物をサブミクロンに成長させるための方法と装置である。本発明はこのような方法と装置を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の要旨）
本発明は、第ＩＩＩ族窒化物薄膜および鋭い層間インターフェースを示す第ＩＩＩ族窒化物層を製造するための方法および装置を提供する。
【００１１】
本発明の一局面によると、ＨＶＰＥ技術を利用して単一反応器ラン（ｒｕｎ）で多層第ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを製造するための方法および装置が提供される。好ましくは大気の熱壁加熱炉（ｆｕｒｎａｃｅ）が使用される。ソース（第ＩＩＩ族金属、第Ｖ族材料、アクセプタ不純物、ドナー不純物）は、加熱炉の多ソース（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｏｕｒｃｅ）ゾーン内に配置され、ソースは、個々の層の所望の組成に応じて使用される。好ましくは、必要なハロゲン金属化合物を形成するためにＨＣｌが使用され、アルゴンなどの不活性ガスは、ハロゲン金属化合物をアンモニアガスと反応する成長ゾーンに送達するために使用される。反応の結果として、所望の組成物のエピタキシャル成長が起こる。一つ以上のアクセプタ不純物金属の封入を制御することによって、それぞれの層の伝導性が制御され得る。
【００１２】
本発明の少なくとも一つの実施形態において、反応器は、成長ゾーンに近接した一つ以上のガス注入口チューブを含む。概して、基板の方向にガス流（例えば、不活性ガス）を方向付けることによって、エピタキシャルな成長が中断させられ得る。ガス流は、基板でまたは、エピタキシャルな成長が中止されるように反応性のガスの流れを簡単に中断する方向に方向付けられ得る。
【００１３】
本発明の少なくとも一つの実施形態において、反応器は、成長ゾーンおよび成長中断ゾーンの両方を含む。一つ以上のガス注入チューブは成長中断ゾーンにガス流（例えば不活性ガス）を方向付ける。これにより、実質的にこのゾーンに入ってくることから任意の反応性のガスを妨げる。使用する際には、層の成長が終わった後、基板は成長ゾーンから成長中断ゾーンに移される。送達の間および基板が成長中断ゾーン内にある間、基板の温度は維持される、したがって、熱ショックを妨げる。基板が成長中断ゾーン内にある間、成長ゾーンは洗浄され、次の所望の層のために必要なソースが成長ゾーンに供給される。一旦、反応が安定化すると、基板は、成長ゾーンに戻される。このプロセスは、全ての必要とされるデバイス層が成長されるまで続けられる。
【００１４】
本発明の少なくとも一つの実施形態において、反応器は、低い成長速度のガリウムソースを使用する。低い成長速度ガリウムソースは、低減されたガリウム表面領域を有する。表面領域を低減することによって、ハロゲン反応性ガスと反応するために利用可能なより少ないガリウムが存在する。結果として、より少ないガリウム塩化物が生成され、成長ゾーンに運ばれるガリウム塩化物の量の優れた制御が可能である。
【００１５】
本発明の少なくとも一つの実施形態において、反応器は従来のガリウムソースと低い成長速度ガリウムソースとの両方を含む。低い成長速度ガリウムソースは、より少ないガリウム塩化物の生産の結果として、ハロゲン反応性ガスに触れるガリウムの表面領域を劇的に低減する。低い生産レベルにより、成長ゾーンに運ばれるガリウム塩化物の量のより優れた制御が、従来のソースと著しく違って、可能である。したがって、デバイスは、厚い層（すなわち、従来のガリウムソースを利用すること）および薄い層（すなわち、低い成長速度ガリウムソースを利用すること）の両方を含む単一加熱炉駆動の間に製造され得る。
【００１６】
本発明の少なくとも一つの実施形態において、反応器は、従来のガリウムソース、低い成長速度のガリウムソース、一つ以上の成長ゾーン、および、１つ以上の成長中断ゾーンを含む。従来のガリウムソースは、厚い層の製造において使用される。低い成長速度のガリウムソースは薄膜の製造において使用される。成長中断ゾーンは、層組成および層インターフェースにわたる優れた制御を達成するために使用される。成長中断ゾーンは、成長中断ゾーンにガス流を方向付けるために一つ以上のガス注入口チューブを使用し、これにより、実質的にゾーンに任意の反応性ガスが入ることから妨げる。
【００１７】
本発明の性質および利点のさらなる理解は、残りの明細書および図面を参照することにより理解され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（詳細な実施形態の説明）
本発明は、ＨＶＰＥ技術を利用したＩＩＩ−Ｖ化合物のサブミクロン層を生成するための方法および装置を提供する。そのような層の加工が可能になる結果、本発明は、周知のデバイス構造に多様性を持たせることも可能にする。
【００１９】
（プロセス）
図１は、本発明の好ましい実施形態と共に用いられる大気中の熱い壁に囲まれた水平燃焼室１００の概略図である。理解されるべきは、本発明は、この特定の燃焼室構成に制限されないことである。温度、温度帯、ガス流、ソース位置、基板位置などにわたって要求される制御を提供する他の燃焼室構成（例えば、垂直燃焼室）もまた、利用され得る。燃焼室１００は、好ましくは複数の抵抗性ヒーター１０１を利用することによって達成される複数の温度帯から構成される。各抵抗性ヒーターは、少なくとも部分的には、燃焼室チューブ１０３を取り囲む。反応器チューブ１０３は、好ましくは、円柱状断面を有するが、矩形形状断面を有する「チューブ」のような他の構成が用いられ得ることが、理解される。反応器チューブ１０３内には、１つ以上のソースチューブが存在する。反応器チューブ１０３に関連して記述されるように、ソースチューブは、好ましくは円柱状断面を有するが、本発明は、円柱状のソースチューブに限定されない。さらに、ソースチューブは、本発明の好ましい実施形態において利用されるが、燃焼室の仕切りのような、ソースを分離する他の手段が利用される。
【００２０】
図１に示される好ましい実施形態では、５つのソースチューブ１０７〜１１１が利用される。従って、金属ガリウム（Ｇａ）ソース１１３、アルミニウム（Ａｌ）ソース１１４、インジウム（Ｉｎ）ソース１１５、ボロン（Ｂ）ソース１１６、および、マグネシウム（Ｍｇ）ソース１１７を利用することが可能になる。ソースチューブの数を少なくすることと多くすることとの両方が可能であり、同様に、製造されるべき層と構造に依存して、異なるソースも利用され得る。
【００２１】
好ましくは、各ソースチューブ内には、ソースボート１１９が存在する。本明細書中で利用されるように、「ボート」という用語は、単に、ソース材料を保持する手段を意味する。従って、ボード１１９は、単に、対応するソースチューブ内径より僅かに小さい外径を有するチューブの一部分であってもよい。あるいは、ボート１１９は、一対の終端部分を有するチューブの一部分で構成されてもよい。あるいは、ボート１１９は、対応するソースチューブ内で適合する適切な材料のプレートから構成されてもよい。あるいは、ソース材料は、分離ボートを利用せずに、ソースチューブ内で保持され得る。さらに、代替のボート構成は、当業者にとって公知であり、発明者によって明らかに想像される。
【００２２】
好ましくは、各ボート１１９は、永久的にか一時的にかのどちらかで、対応する制御ロッド１２１に接続される。制御ロッド１２１は、燃焼室１０３内部の各ボート１１９の位置と、それにより、該当のソースの温度を決定する。制御ロッド１２１は、図示される構成において提供されるように、手動で操作されてもよいし、または、ロボット位置あわせシステムに接続されてもよい。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態では、１つ以上のソースチューブ１２３〜１２４は、特定の層に対して所望の化合物を完成させるために、成長プロセスの間に利用されるガスおよび／または不純物を導入するために利用される。
【００２４】
１つ以上の基板１２５は、反応器１０３の成長ゾーン内に位置し、基板は、好ましくは、台１２７の上に位置する。典型的には、複数の基板１２５は、コプロセッシングのために反応器へ搭載され、単一の基板が、本発明において処理され得る。基板１２５は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ゲルマニウム（ＧａＮ）、または、任意のほかの適切な単一の結晶材料から構成される。基板１２５は、任意の従来技術によって製造され得る。好ましくは、基板１２５は、リモートで位置合わせされ得、かつ、構造の成長の間に再位置合わせされ得、それにより、成長速度を変化させることができる。さらに、該当の成長ゾーン領域に近接するヒーター１０１によって加えられる熱の量を変化させることによって、成長ゾーンの特定の領域の温度は変化させられる。
【００２５】
ガスソースチューブ１２３〜１２４を含む、既に述べたソースチューブに加えて、本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも１つ、好ましくはそれより多い付加的なガス注入口チューブ１２９〜１３０が、配置される。その結果、これらのチューブを通過するガス流は、ソースチューブ１０７〜１１１および１２３〜１２４を通過するガス流をオフセットするために、利用され得る。以下でさらに詳細に記述されるように、基板１２５の成長する表面上に直接ガス流を導くか、もしくは、そうでなければ、成長表面上へのソースチューブからのガス流を変化させるかのどちらかのために、ガス注入口チューブ１２９および１３０が利用される。結果として、エピタキシャル成長を完全に停止させる程度にまで、制御可能な態様の特定の第ＩＩＩ族層の成長速度を低下させることが可能である。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態では、１つ以上のガス注入口チューブ（例えば、チューブ１２９）が、反応器内に不活性ガス（例えば、Ａｒ）を通すために利用される。その一方で、１つ以上の注入口チューブ（例えば、チューブ１３０）は、反応器内にハロゲンガス（例えば、ＨＣｌ）を通すために利用される。好ましくは、反応器は、不活性ガスとハロゲンガスとの両方に対する注入口チューブを含み、それにより、成長プロセスの間に付加的な柔軟性が提供される。しかし、本発明の実施形態に沿った反応器は、同時か、もしくは、連続的かのいずれかで、成長速度を制御するために、不活性ガスとハロゲンガスとの両方を、注入口チューブ１２９、１３０を介して反応器へ通し得る能力を必要としないことが理解される。
【００２７】
成長ゾーンへのガス流を制御することに加えて、発明者が発見したことは、成長ゾーンの様々な領域の間か、または、成長ゾーンとの成長ゾーンの外部領域（すなわち、成長阻害ゾーン）との間かで、反応器の内部の基板を移動させる手段を提供することも、好都合である。好ましくは、基板ホルダー１２７は、ロボットアーム１３１に接続され、それにより、リモート操作で、迅速で、かつ、正確に基板を再位置合わせすることが可能になる。ロボットシステムは、周知であり、従って、本明細書中でさらなる詳細は説明しない。本発明の代替の実施形態では、アーム１３１は、手動で制御される。
【００２８】
図２は、本発明の別の好ましい実施形態の上面図である。この実施形態は、バックフローガスソースと成長ゾーン内での基板の動きとを利用して、低い成長速度と層インターフェイスに対する鋭い層との両方の実現を可能にする。図示されるように、反応器２００は、２つの別々の成長領域２０１と２０３と、および、層インターフェイスの鋭さをさらに制御するために利用され得る成長阻害ゾーン２０５とを含む。しかし、さらに以下で説明するように、本発明は、低い成長速度、または、鋭い層インターフェイスを実現するために、複数の成長ゾーンを必要としない。
【００２９】
基板２０７は、アーム２１１に接続された台２０９の上に位置する。アーム２１１は、好ましくはロボット制御システムに接続され、成長ゾーン領域２０１と２０３（想像線で示される）と成長阻害ゾーン２０５との間で、基板を移動させるために利用される。少なくとも１つの好ましい実施形態では、アーム２１１に対して垂直な軸に沿って、基板を移動させるための手段が含まれ、それにより、特定の層の成長速度を、さらに最適化することができる。好ましくは、台２０９は、当業者にとって公知なように、ｘ−ｙ位置合わせ器２１３を有するアーム２１１に接続される。
【００３０】
成長領域２０１に隣接して、ソースチューブ２１５〜２１８が存在する。成長領域２０３に隣接して、ソースチューブ２１９〜２２１が存在する。付加的な成長ゾーンと対応するソースチューブとは、ある適用例に対しては望ましくなり得ることが、予想される。さらに、理解されるべきことは、所望の構造の層の構成に依存して、図２に示されるよりもソースチューブの数が少ない、および、多いことの両方が、必要とされ得る。特定の成長ゾーンに対して必要とされるソース（例えば、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎなど）は、該当するゾーンにおいて成長する所望の構成に依存する。複数の層（例えば、ＧａＮ、およびＡｌＧａＮ）における同一ソース材料の必要性のために、同一のソース材料（例えば、Ｇａ）が、１つ以上のソースチューブにおいて利用され得る。ソースチューブは、異なる成長ゾーンに隣接して位置する。
【００３１】
成長ゾーン２０１に隣接して、１つ以上のガス注入口チューブ２２３が存在し、成長ゾーン２０３に隣接して、１つ以上のガス注入口チューブ２２４が存在する。所望のガス流遮断の程度とタイプに依存して、ガス注入口チューブは、基板の表面（例えば、図３）に直接それらのガス流を導くか、または、単に、ソースチューブ（例えば、図４）からのガス流に対向するように位置合わせされる。図３および図４において、基板３０１におけるエピタキシャル成長は、ハロゲン金属化合物と方向３０３に流れる反応ガス（例えば、アンモニア）との反応に起因する。該当のエピタキシャル層の成長ゾーン３０５における成長速度を遅くするために、ガス注入口チューブ２２３からの不活性ガスもしくは他のガスは、流れの方向３０７か、または、ソースの流れの方向に対向する方向４０１かのどちらかに沿って、基板上で方向付けられる。
【００３２】
上述したガス注入口チューブに付加して、好ましくは、１つ以上のガス注入口チューブ２２５が、成長阻害ゾーン２０５に隣接して配置される。基板２０７がゾーン２０５に配置される場合、ガス注入口チューブ２２５からの不活性ガスもしくは他のガスは、エピタキシャルな成長の即時停止を助け、それにより、改良された、鋭い層インターフェイスを実現することができる。
【００３３】
上述されたＨＶＰＥ反応器およびプロセッシング改良は、任意のＨＶＰＥエピタキシャル層の成長の間に利用され得、それにより、任意の層の成長速度の制御を可能になることが理解される。
【００３４】
ＨＶＰＥプロセッシングのための一般的な技術は、当業者に公知であるが、ＨＶＰＥプロセスおよび例示的な構造の例が、以下に提供される。前述したように、一般的なＨＶＰＥと、本発明の特定の反応器設計およびプロセスとは、多くの異なる構成に対して適用可能である。従って、以下に提供される例は、ＨＶＰＥおよび低成長速度を達成する開示された方法を示すことを意図するのみであり、異なる層構成および導電率は、本発明から逸脱することなしに達成されることが理解されるべきである。
【００３５】
図２を参照して、ボート２２７および２２９は、Ｇａ金属ソースを含み、各ソースは、異なる成長ゾーンに対する材料を提供する。同様に、ボート２３１および２３３はそれぞれ、成長ゾーン２０１および２０３においてそれぞれ利用するために、マグネシウム（Ｍｇ）のようなアクセプター不純金属を含む。ボート２３５は、Ａｌソースを含む。ソースチューブ２１５、２１７、および、２１９はそれぞれ、ハロゲン反応性ガス（好ましくはＨＣｌ）の供給２３７に接続される。アルゴン（Ａｒ）２３９のような不活性ガスのソースは、ソースチューブ２１５〜２１７、２１９、および、２２０に接続される一方、アンモニアガスソース２４１は、ソースチューブ２１８および２２１を介して、成長ゾーン２０１で方向付けられる。成長ゾーン２０１のための１つのガス注入口チューブ２２３と、成長ゾーン２０３のための１つのガス注入口チューブ２２４と、成長阻害ゾーンのためのガス注入口チューブ２０５とは、それぞれ、不活性ガスに接続され（この例では、Ａｒソース２３９）、その一方、成長ゾーン２０１／２０３のための残りのガス注入口チューブ２２３／２２４は、ＨＣｌソース２３７へ接続される。
【００３６】
最初に、反応器２００はＡｒガスで満たされ、好ましくは、Ａｒガス流は、毎分１リットルから毎分２５リットルの範囲である。基板２０７は、所望の成長ゾーン（例えば、２０１）に配置され、好ましい成長温度に加熱される。成長温度は、好ましくは、８００℃から１３００℃の範囲の温度、より好ましくは、１０００℃から１３００℃の間の温度、さらにより好ましくは、１０００℃から１１００℃の間の温度である。好ましくは、成長を開始させるより前に、基板２０７は、例えば、供給２３７からのガスのＨＣｌを利用して、残存する表面の汚染を除去するためにエッチングされる。ボート２２７内のＧａソース金属は、６５０℃から１０５０℃の温度、より好ましくは、６５０℃から８５０℃の温度に加熱され、その後、ソース２３７からのガスのＨＣｌは、ソースチューブ２１５へ導入される。ＨＣｌとＧａとの間の反応の結果、塩化ガリウムが生成される。塩化ガリウムは、ソースチューブ２１５を介して、Ａｒガス流によって、成長ゾーン２０１へ配送される。同時に、ソース２４１からのアンモニアガスが、成長ゾーン２０１へ配送される。塩化ガリウムとアンモニアとの間の反応は、ｎ−型ＧａＮのエピタキシャル成長を生じさせる。ＧａＮの成長速度は、ソースチューブ２１５を介するＨＣｌ流の速度と、ＨＣｌおよびＡｒソースへ接続されたガス注入口チューブ２２３を介するＨＣｌ流および／またはＡｒ流の速度によって制御され得る。それにより、毎分数十ミクロンから毎分０．０５ミクロンまでの成長速度を可能にする。所望の厚みの層が達成され、付加的な層が必要とされないことが想定された後は、ソースチューブ２１５を介したＨＣｌ流と、ソースチューブ２１８を介したアンモニアガスとが停止され、基板２０７は、流れるＡｒガスで冷却される。鋭い層インターフェイスを達成するために、好ましくは、ＨＣｌおよび／またはＡｒは、ガス注入口チューブ２２３を通って流れ続ける。より好ましくは、基板２０７は、ガス注入口チューブ２２５を介したガスで基板を冷却し続けながら、ゾーン２０５の付近まですぐに移動する。
【００３７】
図示されないが、アクセプターに対するドナーの割合は、ｎ−型層が成長するときに、材料に対してドナー不純物を付加することによって、さらに制御され得る。適切なドナー材料は、酸素（Ｏ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、および、スズ（Ｓｎ）を含むが、これらに制限されない。
【００３８】
上述の例において、ｐ−型ＧａＮが望ましい場合、適切なアクセプター不純金属は、所望の層のエピタキシャルな成長の間に、成長ゾーン２０１へ導入される。他の不純金属が利用され得る（例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、ＭｇＺｎなど）ことは明らかに想定されるが、この例では、ボート２３１に配置されるＭｇが、アクセプター不純金属として利用される。
【００３９】
図２に示されるように、ソースチューブ２１６は、Ａｒガス供給２３９に接続される。Ｍｇ不純金属は、Ｇａソースで、２５０℃から１０５０℃の範囲の温度まで、同時に加熱される。示されるようなＭｇ不純金属に対して、好ましくは、ソースの温度は、４５０℃から７００℃の範囲であり、より好ましくは、５５０℃から６５０℃の範囲であり、さらにより好ましくは、約６１５℃の温度である。成長を開始させるより前に、好ましくは、例えば、ＨＣｌガスを利用して、アクセプター不純金属はエッチングされ、それにより、最小限のソース汚染が保証される。成長の間、Ａｒガスは、相対的に高い流れ速度で、ソースチューブ２１６を通過する。流れ速度は、好ましくは、毎分１０００と４０００立方センチメートルとの間であり、より好ましくは、毎分２０００と３５００立方センチメートルとの間である。Ａｒガス流のために、アクセプター不純金属の原子は、成長ゾーンへ配送され、エピタキシャルに成長するＧａＮ物質へ組み込まれる。ｐ−型ＧａＮ物質に対しては、この層の特性をさらに改良するために、アニーリング工程が利用され得、具体的には、ｐ−型層の抵抗率を低下させる。好ましくは、アニーリング工程は、ｐ−型層の成長が完了した直後に、実施される。好ましい実施形態では、約１０分の間、窒素で、７００℃から８００℃の範囲の温度で、材料がアニーリングされる。アニーリング工程は、層から水素を移動させるのを助ける。例えば、延長された期間のより低い温度でのアニーリング工程ような、他のアニーリング温度と時間が利用され得ることが理解される。前述したように、本発明に従うｐ−型ＩＩＩ−Ｖ材料を実現するためには、アニーリング工程が必要とされないことも、理解される。
【００４０】
ｎ−型およびｐ−型ＩＩＩ−Ｖ化合物層に付加して、絶縁された（ｉ−型）ＩＩＩ−Ｖ層もまた、本発明を利用して、成長させられ得ることが理解される。そのプロセスは、ＩＩＩ−Ｖ材料の成長の間に、より少量のアクセプター不純金属の原子が成長ゾーンへ配送され、それによって、ドーピングレベルがより低くなること以外は、上述したものと同様である。必要であれば、ドナー不純物も、その上に、成長ゾーンへ配送され得る。
【００４１】
上述したように、上述の例は、様々な伝導率のＧａＮに対するＨＶＰＥ成長プロセスを示したが、他の第ＩＩＩ族窒化物層が成長し得る。例えば、ボード２３５内のＡｌソースを利用して、所望の導電性（ｐ−、ｎ−、または、ｉ−型）のＡｌＧａＮ層が、成長ゾーン２０１内で、成長し得る。ＡｌＧａＮ層を成長させるために利用されるプロセスは、前述したＧａＮプロセスと極めて類似している。この例では、Ｇａソースを加熱することに加えて、典型的には、７００℃から８５０℃の範囲の温度まで、Ａｌソースも同様に加熱される。ＡｌＧａＮ層を成長させるためには、ＨＣｌガス２３７が、Ｇａソースチューブ２１５およびＡｌソースチューブ２１７へ導入され、結果として、Ａｒガス２３９流によって成長ゾーンまで配送された塩化ガリウムと三塩化アルミニウムとが生成される。成長ゾーンへ一斉に導入されたアンモニアガス２４１とソース材料との反応の結果、ＡｌＧａＮが成長する。少しでもあれば、アクセプター不純物の密度に依存して、ＡｌＧａＮ層は、ｎ−、ｉ−、または、ｐ−型であってもよい。
【００４２】
特定の構成の層の成長に関連して上述した説明は、本発明を例示するためであり、制限されないことが、理解される。例えば、ボロン（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、ヒ素（Ａｓ）、および、リン（Ｐ）のような他のソースが利用され得る。これらのソースは、前述したソースと組み合わせて、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮＰＡｓなどの成長を可能にする。
【００４３】
上述の例は、反応器２００の成長領域２０１を利用したのみである。基板は、単一の反応器の成長領域の間で、前後して移動し得（例えば、反応器２００の成長領域２０１と２０３との両方を利用する）、反応器は、１つから２つ以上までの範囲で、任意の数の成長ゾーンを有し得ることが理解される。成長ゾーンで反応性ガスの流れを中断するか、または、基板を成長阻害ゾーンへ移動させるかのどちらかによって、鋭いインターフェイスと良好な厚みの制御を実現する。さらに、以下でさらに詳細を述べるように、単一の成長ゾーンか、または、別々の成長ゾーンのどちらかで、従来のソースと遅い成長速度のソースの両方が利用され得る。
【００４４】
図５は、別の本発明の好ましい実施形態を示す。この実施形態では、反応器５００は、単一の成長ゾーン５０１を含み、それにより、必要とされるソースチューブ５０３の数を最小化する。成長ゾーン５０１に隣接して、成長阻害ゾーン５０５が存在する。ゾーン５０１および５０５は、同じ温度に維持され得、それにより、熱衝撃を誘発することなしに、基板がゾーンの間を移動することができる。ゾーン５０１および５０５の温度はまた、変化が極小である限りは、僅かに変化し得る。好ましくは、互いに５０℃の範囲であり、より好ましくは、互いに２５℃の範囲であり、さらにより好ましくは、互いに１０℃の範囲であり、さらにより好ましくは、互いに５℃の範囲であり、さらにより好ましくは、互いに１℃の範囲である。
【００４５】
１つ以上ガス注入口チューブが、基板がゾーン５０５内にあるとき、基板上にガス流を導くために利用され、基板をわたってガス流を導くか（例えば、ガス注入口チューブ５０７）、または、基板上に直接ガス流を導くか（例えば、ガス注入口チューブ５０９）のどちらかになる。基板上、もしくは、基板をわたって導かれるガスは、様々なガスから選択され得、選択されたガスは、好ましくは、不活性ガスであり、さらに好ましくは、Ａｒである。前述の例のように、エピタキシャルに第ＩＩＩ族窒化物を成長させるために、ソースチューブ５０３は、適切なソース（例えば、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｇ）と共に搭載され、適切なハロゲン（例えば、ＨＣｌ）および不活性（例えば、Ａｒ）配送ガスに接続される。成長ゾーン内の反応の制御により、所望の材料を成長させることができる。
【００４６】
図５に示される実施形態は、所望の厚さの任意の第ＩＩＩ族窒化化合物を、エピタキシャルに成長させるために利用されることが理解されるが、説明のために、図６に示されるＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ構造の成長を、以下に示す。この構造は、極めて低い成長速度とそれによる薄い層とを実現する能力、および、層インターフェイスに対する極めて鋭い層を実現する能力を図示する。このプロセスはまた、反応器から基板を取り除くことも、冷却サイクルを経ることもなく、多層構造を成長させる能力を説明する。
【００４７】
典型的なＨＶＰＥプロセスにおけるように、最初に反応器５００は、不活性ガス（例えば、Ａｒ）で満たされ（工程７０１）、基板は、成長ゾーン５０１へ移動させられる（工程７０３）。この例では、基板６０１はサファイアから構成されるが、基板は、ＳｉＣ、Ｓｉ、または、ＧａＮを含む様々な単一のクリスタル物質のいずれかであり得る。続いて、基板は、加熱され（工程７０５）、基板表面とソース表面とは、必要に応じて、典型的にはＨＣｌエッチングによって洗浄される（工程７０７）。塩化ガリウムおよびアンモニアは、成長ゾーンへ配送され（工程７０９）、成長ゾーンで、塩化ガリウムおよびアンモニアが反応し、ＧａＮ層６０３を生成する（工程７１１）。
【００４８】
この例では、ＧａＮの相対的に厚い層が成長させられた後、１０ミクロンのオーダーで、基板は、成長阻害ゾーン５０５へ移動する（工程７１３）。ゾーン５０５は、成長ゾーン５０１と同一の温度であり、それによって、基板がゾーンの間で運ばれるときに、基板に対する熱衝撃を防ぐことができる。好ましくは、不活性ガス（例えば、Ａｒ）は、ゾーン５０５内の基板に導かれ、それによって、ＧａＮの成長が停止することを保証する（工程７１５）。不活性ガスは、基板の上で、ソースからのガス流と反対の流れの方向、ソースからのガス流に垂直な流れの方向、または、いくらかの他の流れの方向を利用して、基板上に導かれ得る。
【００４９】
成長ゾーン５０１が、不活性ガス（例えば、Ａｒ）で十分に洗浄された（工程７１７）後（典型的には、５分のオーダで要求される）、塩化ゲルマニウム、三塩化アルミニウム、および、アンモニアガスは、所望の層構成を実現するために、成長ゾーンへ配送される（工程７１９）。好ましくは、ガス配送システムおよびガス反応は、典型的には３分のオーダーで、一定期間、安定させることができる（工程７２１）。続いて、基板は、成長ゾーン５０１へ戻され（工程７２３）、ＡｌＧａＮ層６０５が成長させられる（工程７２５）。薄いＡｌＧａＮ層を実現するために、基板は、典型的には１秒と３０秒との間の極めて短い期間、成長ゾーンで保たれる。この例では、０．０３ミクロンの薄い層を実現するために、５秒間だけ成長が許可される。
【００５０】
所望のＡｌＧａＮ層が成長した後、基板は、再び、成長阻害ゾーン５０５へ移動する（工程７２７）。成長阻害ゾーンでは、不活性ガスのバックフローが、成長の阻害を保証する。ゾーン５０１は、Ａｒガスで洗浄され（工程７２９）、続いて、塩化ガリウムおよびアンモニアガスは、低い成長に適した態様で、成長ゾーンへ再導入される（工程７３１）。一旦、成長反応が安定化する（工程７３３）と（典型的には、５分のオーダーで要求される）、基板は、成長ゾーン５０１へ戻され（工程７３５）、ＧａＮ層６０７が成長させられる（工程７３７）。この例では、０．００５ミクロンの厚さの層を実現するために、１０秒間だけの成長が許可され、以下で詳細が述べられる遅い成長速度のＧａソースが利用される。成長阻害ゾーン５０５の利用と、上述した洗浄／安定化プロセスとのために、層６０７は、任意の微量のアルミニウム含まない。
【００５１】
一旦、層６０７が完成すると、基板は、再び成長阻害ゾーン５０５へ移動する（工程７３９）。成長阻害ゾーンでは、不活性ガスのバックフローが、成長の阻害を保証する。ゾーン５０１は、Ａｒガスで洗浄され（工程７４１）、続いて、三塩化アルミニウム、塩化ガリウム、および、アンモニアガスは、低い成長に適した態様で、成長ゾーンへ再導入される（工程７４３）。一旦、成長反応が安定化すると（工程７４５）、基板は、成長ゾーン５０１へ戻され（工程７４７）、ＡｌＧａＮ層６０９は、成長させられる（工程７４９）。この例では、０．０２ミクロンの厚さの層が成長させられる。最後の層が完成した後、基板は、流れる不活性ガスで冷却される（工程７５１）。
【００５２】
所望の鋭い層インターフェイスを実現するために、成長ゾーンから成長阻害ゾーンへ基板を取り除いた後に、成長ゾーンを洗浄し、次の層に対する安定した反応を実現するためには、３分から１０分間の時間が必要とされることを、発明者は発見した。
【００５３】
上記の例では、層の数（すなわち、デバイスの複雑性）に関して、層の構成、層の導電性、層の厚さは、本発明の好ましい実施形態の実例となり得ることのみを意味する。
【００５４】
いくつかの例では、極めて薄い（例えば、０．０５ミクロンより薄い）第ＩＩＩ族窒化物層が要求される。他の例では、所望の層の厚さを維持することが、重大な意味を持つ。これらの例において、改変されたＧａソースが必要とされることを、発明者は発見した。
【００５５】
従来のＨＶＰＥＧａソースは、典型的には、石英ボートに配置され、その結果、相対的に大量のＧａ融解がみられ、それにより、広い表面領域が、反応性ガス（例えば、ＨＣｌ）にさらされる。そのようなＧａ融解は、一般的に、数平方センチメートルの表面領域をさらす。反応性ガス流を制御することによって、このソースに関連する成長速度を変化させる。しかし、ガス流が低すぎると、成長速度は、安定しなくなり、再現不可能な層（および、それによる構造）を導く。従って、再現可能な層は、典型的には、１０ミクロン以上の毎時間の成長速度を必要とする。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態によると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮＰＡｓなどの薄い（例えば、０．０５ミクロンより薄い）層を、制御可能なように成長させるために、遅い成長速度のＧａソース８００が利用される。Ｇａソース８００は、毎時間０．１ミクロンを越える成長速度に適応しないので、好ましくは、Ｇａソース８００は、反応器内で、従来のＧａソースと結合させて利用され、それにより、薄い層と厚い層との両方を利用して、構造を成長させることができる。Ｇａソース８００および従来のＧａソースは、単一の成長ゾーン、または、別々の成長ゾーンで利用され得る。
【００５７】
図８に示されるように、Ｇａソース８００は、石英チャネル８０３内に閉じ込められたＧａソース材料８０１から構成される。石英チャネル８０３は、標準の石英ソースチューブ８０５内に保持される。従来のＧａソースのように、ソースチューブ８０５は、反応性のハロゲンガス（例えば、ＨＣｌガスソース８０７）と不活性配送ガス（例えば、Ａｒガスソース８０９）とに接続される。ソースチューブ８０５は、従来のソースチューブ（例えば、反応器１００のＧａソースチューブ１０７、反応器２００のＧａソースチューブ２１５および２１９、反応器５００のＧａソースチューブ５０３）と類似の態様で、反応器内に配置されることが理解される。ソース８００の好ましい実施形態では、終端部分８１１は上向きであり、その結果、石英チャネル８０３の開口部分が、上部表面上に存在する。その結果、Ｇａソースの小さい部分８１３のみが、ハロゲンガスと反応することができ、その結果、毎時間１ミクロンよりも遅い（好ましくは、毎時間０．１ミクロンより遅い）反応速度を実現する。好ましくは、Ｇａソースのさらされた部分は、４平方ミリメートルよりも狭い、より好ましくは、２平方ミリメートルよりも狭い、さらにより好ましくは、１平方ミリメートルよりも狭い開口表面領域を有する。必要であれば、Ａｒガスは、Ｇａソースの後部表面８１５へ圧力を加えるために利用され得、それによって、Ｇａがチャネル８０３の開口部８１３を満たし続けることを保証する。
【００５８】
図９は、適切な低反応速度のソースの代替の実施形態を示す。図示されるように、石英チャネル９０１は、Ｇａソースの狭い部分だけをさらすようにする上部表面上に、大きなリザバ領域９０３、くびれ落ちた領域９０５、および、開口部９０７を含む。
【００５９】
当業者に理解されるように、本発明は、意図、または、その本質的な特性から逸脱することなしに、他の特定の形式で、実施され得る。従って、本明細書中での開示および説明は、制限されないが、付属の特許請求の範囲で述べられる本発明の範囲の実例となることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態で使用されるような熱壁水平加熱炉の概要図である。
【図２】図２は、複数の成長ゾーンおよび成長中断ゾーンを使用する本発明の別の好適な実施形態の平面図である。
【図３】図３は、エピタキシャル成長プロセスを中断するために使用される一つのガス注入構成を示す。
【図４】図４は、エピタキシャル成長プロセスを中断するために使用される代替のガス注入構成を示す。
【図５】図５は、成長中断ゾーンの別の好適な実施形態を示す。
【図６】図６は、本発明にしたがって製造される例示的な構造を示す。
【図７】図７は、図６において示された構造を製造するために使用される例示的な方法論を示す。
【図８】図８は、低い成長速度Ｇａソースを示す。
【図９】図９は、代替の低い成長速度Ｇａソースを示す。
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004525518.tif 000059
【国際調査報告】
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