(57)【要約】 【課題】  Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する供給口近傍でのＡｌ系窒化物の析出を抑制する技術を提供すること。【解決手段】  ハイドライド気相成長装置1は、基板Ｓを保持する基板保持部材１２と、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、ＡｌＣｌ３ガスを供給する供給口１７１を有する第一供給部１７と、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、ＮＨ３ガスを供給する供給口１５１を有する第二供給部１５と、第一供給部１７と第二供給部１５との間に設けられ、ＧａＣｌガスを、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対して供給する第三供給部１６と、を有する。ＡｌＣｌ３ガスを供給する供給口１７１は、ＮＨ３ガスを供給する供給口１５１よりも、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、上流側に配置されている。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスと、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスとを、基板に対して供給し、前記基板上に膜を形成するハイドライド気相成長装置であって、
前記基板を保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記第一の反応ガスを供給する供給口を有する第一供給部と、
前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記第二の反応ガスを供給する供給口を有する第二供給部と、
前記第一供給部と前記第二供給部との間に設けられ、Ａｌ、水素化窒素ガスを実質的に含まない第三のガスを、前記基板保持部材に保持された前記基板に対して供給する第三供給部と、を有し、
前記第一供給部の供給口は、前記第二供給部の供給口よりも、前記基板保持部材に保持された前記基板に対し、上流側に配置されていることを特徴とするハイドライド気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記基板保持部材を収納するとともに、前記第一の反応ガス、前記第二の反応ガス、前記第三のガスが供給される反応管と、
前記反応管に挿入され、前記基板保持部材側の端部が開口した外管と、
前記外管の内側に挿入され、前記基板保持部材側の端部が前記外管の基板保持部材側の端部よりも前記基板保持部材に対し上流側に位置するとともに、前記端部が開口した内管と、を有し、
前記内管の内側には、前記第一供給部が形成され、
前記外管の内側と、前記内管の外側との間に、前記第三供給部が形成され、
前記反応管の内側と、前記外管の外側との間に、前記第二供給部が形成されることを特徴とするハイドライド気相成長装置。
【請求項３】
請求項２に記載のハイドライド気相成長装置において、
前記外管の前記開口における第三のガスの秒速をｒとした場合、
前記内管の前記基板保持部材側の端部と、前記外管の前記基板保持部材側の端部との間の前記外管の軸方向に沿った距離Ｌは、
０．００１ｒ以上、０．０５ｒであることを特徴とするハイドライド気相成長装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のハイドライド気相成長装置において、
前記第三のガスは、Ｇａのハロゲン化物を含む第三の反応ガスであることを特徴とするハイドライド気相成長装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のハイドライド気相成長装置を用い、
前記基板保持部材に前記基板を保持させた後、
前記基板上に、Ａｌを含有するIII族窒化物半導体膜を成長させ、前記III族窒化物半導体膜を含むIII族窒化物半導体基板を得る工程を含む、III族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体膜を成長させた後、前記基板を除去する工程をさらに含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法により得られたIII族窒化物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドライド気相成長装置、III族窒化物半導体基板の製造方法、III族窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ基板を製造する方法として、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、ＡｌＧａＮ膜を成膜する場合には、気相成長装置の反応管内に、一対の供給管を配置し、各供給管内にそれぞれ金属Ａｌと金属Ｇａを配置する。そして各供給管に、塩素（ＨＣｌ）ガスを供給し、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガス、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを発生させる。
この反応は以下の式１、式２で示される。
【０００３】
Ａｌ＋３ＨＣｌ  ← →  ＡｌＣｌ３＋（３／２）Ｈ２・・・（式１）
【０００４】
Ｇａ＋ＨＣｌ  ← →  ＧａＣｌ＋（1／２）Ｈ２・・・（式２）
【０００５】
また、一方で、アンモニア（ＮＨ３）ガスを反応管内に供給する。
そして、各供給管から排出されるＡｌＣｌ３ガス、ＧａＣｌガスと、ＮＨ３ガスとを反応させて、ＡｌＧａＮ膜を成膜する（式３、式４）。
【０００６】
ＡｌＣｌ３＋ＮＨ３  ← →  ＡｌＮ＋３ＨＣｌ・・・（式３）
【０００７】
ＧａＣｌ＋ＮＨ３  ← →  ＧａＮ＋ＨＣｌ＋Ｈ２・・・（式４）
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３０５１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のハイドライド気相成長法により、ＡｌＧａＮ膜を成膜する場合には、以下の課題が生じていた。
ＡｌＣｌ３ガスの反応性が極めて高いため、ＡｌＮの生成速度は非常に速い。そのため、供給管からＡｌＣｌ３ガスが排出された直後に、ＮＨ３ガスと反応し、基板に到達する前に、供給管の供給口近傍で、ＡｌＮが優先的に析出してしまうことがある。これにより、所望の組成比のＡｌＧａＮ膜を得ることが困難となる。
また、供給管の供給口近傍でＡｌＮが析出してしまうことにより、ＡｌＧａＮ膜の成膜自体が困難となる場合もある。
【００１０】
また、上述した式３、式４で示したように、ＡｌＧａＮ膜を成膜する際には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＨＣｌが生じるが、同時に、ＨＣｌとＡｌＧａＮとでエッチング反応が生じる。
エッチング反応は次の式５と式６によって表される。
【００１１】
ＧａＮ＋ＨＣｌ  ← →  ＧａＣｌ＋（１／２）Ｎ２＋（１／２）Ｈ２・・・（式５）
【００１２】
ＡｌＮ＋３ＨＣｌ  ← →  ＡｌＣｌ３＋（１／２）Ｎ２＋（３／２）Ｈ２・・・（式６）
【００１３】
ＨＣｌガスによるＧａＮのエッチング速度は、ＨＣｌガスによるＡｌＮのエッチング速度よりも、きわめて速い。
前述したように、従来のハイドライド気相成長法では、基板に到達する前に、供給管の供給口近傍で、ＡｌＮが優先的に析出してしまうため、このＡｌＮの析出に伴い多量のＨＣｌガスが生じる。この多量のＨＣｌにより、ＧａＮがエッチングされることとなるので、これによっても、所望の組成比のＡｌＧａＮ膜を得ることが困難となる。
【００１４】
なお、ＡｌＧａＮ膜を成膜する例をあげて、従来のハイドライド気相成長法の課題を説明したが、ＡｌＮ膜を成膜する際にも、供給管からＡｌＣｌ３ガスが排出された直後に、ＮＨ３ガスと反応し、基板に到達する前に、供給管の供給口近傍で、ＡｌＮが優先的に析出してしまう。この場合においても、供給管の供給口にＡｌＮが付着してしまいＡｌＮ膜の成膜が困難となることがある。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する供給口近傍でのＡｌ系窒化物の析出を抑制する技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスと、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスとを、基板に対して供給し、前記基板上に膜を形成するハイドライド気相成長装置であって、前記基板を保持する基板保持部材と、前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記第一の反応ガスを供給する供給口を有する第一供給部と、前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記第二の反応ガスを供給する供給口を有する第二供給部と、前記第一供給部と前記第二供給部との間に設けられ、Ａｌ、水素化窒素ガスを実質的に含まない第三のガスを、前記基板保持部材に保持された前記基板に対して供給する第三供給部と、を有し、前記第一供給部の供給口は、前記第二供給部の供給口よりも、前記基板保持部材に保持された前記基板に対し、上流側に配置されていることを特徴とするハイドライド気相成長装置を提供することができる。
【００１７】
ここで、第三のガスがＡｌ、水素化窒素ガスを実質的に含まないとは、Ａｌ、水素化窒素ガスを意図的に添加しないことをいい、不可避的にＡｌ、水素化窒素ガスが入ってしまうものは含む概念である。
【００１８】
この構成によれば、第一供給部の供給口は、第二供給部の供給口よりも、基板保持部材に保持された基板に対し、上流側に配置されている。第二の反応ガスの供給口から排出された第二の反応ガスが、第一の反応ガスの供給口側に流れにくくなっているので、第一の反応ガスの供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができる。
これに加え、本発明では、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する第一供給部と、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスを供給する第二供給部との間に、Ａｌ、水素化窒素ガスを実質的に含まない第三のガスを供給する第三供給部が配置されている。
第三供給部により、第一供給部の供給口から排出された第一の反応ガスが、第二の反応ガスと直接、混合しにくい構成となっているので、第一の反応ガスの供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができる。
このように本発明では、第一の反応ガスの供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができるので、第一の反応ガスの供給口におけるＡｌ系窒化物の析出により、成膜が困難となることがない。
【００１９】
また、本発明では、前記基板保持部材を収納するとともに、前記第一の反応ガス、前記第二の反応ガス、前記第三のガスが供給される反応管と、前記反応管に挿入され、前記基板保持部材側の端部が開口した外管と、前記外管の内側に挿入され、前記基板保持部材側の端部が前記外管の基板保持部材側の端部よりも前記基板保持部材に対し上流側に位置するとともに、前記端部が開口した内管と、を有し、前記内管の内側には、前記第一供給部が形成され、前記外管の内側と、前記内管の外側との間に、前記第三供給部が形成され、
前記反応管の内側と、前記外管の外側との間に、前記第二供給部が形成されることが好ましい。
【００２０】
内管からは、基板に向かってＡｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスが供給される。また、内管と外管との間からは、基板に向かって第三のガスが供給される。さらに、外管と反応管との間からは、基板に向かって水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスが供給される。そして、内管の基板保持部材側の端部の開口が、第一の反応ガスを供給する供給口となり、外管の基板保持部材側の端部の開口が、第三のガスを供給する供給口となる。さらに、外管の基板保持部材側の端部と、反応管の内面との間の隙間が、第二の反応ガスを供給する供給口となる。
【００２１】
このような構成によればＡｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する内管の端部、すなわち、第一の反応ガスの供給口の周囲は外管に覆われており、この外管の外側に水素化窒素ガスを含む第二の反応ガスが流れている。そのため、より確実に、第一の反応ガスの供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を確実に防止することができる。
【００２２】
また、内管から、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスが供給され、内管と外管との間からは、第三のガスが供給されるので、外管の開口から、第一の反応ガスの周囲を第三のガスが囲むような状態で第一の反応ガスおよび第三のガスを排出することができる。これにより、外管の開口近傍においても、第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができる。
【００２３】
この際、本発明では、前記外管の前記開口における第三のガスの秒速をｒとした場合、前記内管の前記基板保持部材側の端部と、前記外管の前記基板保持部材側の端部との間の前記外管の軸方向に沿った距離Ｌは、０．００１ｒ以上、０．０５ｒ以下であることが好ましい。
内管の基板保持部材側の端部と、外管の基板保持部材側の端部との間の距離Ｌを０．００１ｒ以上、０．０５ｒ以下とすることで、内管の開口近傍、および外管の開口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を確実に防止することができる。
【００２４】
さらに、本発明では、前記第三のガスは、Ｇａのハロゲン化物を含む第三の反応ガスであることが好ましい。
この構成によれば、ＡｌｘＧａｙＮ（０<ｘ<１、０<ｙ<１、ｘ+ｙ＝1）膜を成膜することができる。
上述したように、本発明においては、第一の反応ガスの供給口近傍における第一の反応ガスと、第二の反応ガスとの反応を防止することができるので、所望の組成比のＡｌｘＧａｙＮ（０<ｘ<１、０<ｙ<１、ｘ+ｙ＝1）膜を得ることができる。
【００２５】
また、本発明によれば、上述した何れかのハイドライド気相成長装置を用い、前記基板保持部材に前記基板を設置保持させた後、前記基板上に、Ａｌを含有するIII族窒化物半導体膜を成長させ、前記III族窒化物半導体膜を含むIII族窒化物半導体基板を得る工程を含む、III族窒化物半導体基板の製造方法も提供することができる。
この際、前記III族窒化物半導体膜を成長させた後、前記基板を除去する工程をさらに含むことが好ましい。
さらには、本発明によれば、このようなIII族窒化物半導体基板の製造方法により得られたIII族窒化物半導体基板も提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガスを供給する供給口近傍でのＡｌ系窒化物の析出を抑制する技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の実施の形態においては、円筒型の石英製反応管１１を用いた、ＡｌＧａＮエピタキシャル成長を行うハイドライド気相成長装置を例に挙げて説明する。
本実施形態のハイドライド気相成長装置１の概要を説明する。
このハイドライド気相成長装置（以下、気相成長装置という）１は、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガス（ＡｌＣｌ３ガス）と、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガス（ＮＨ３ガス）とを、基板Ｓに対して供給し、基板Ｓ上に膜を形成するハイドライド気相成長装置である。
この気相成長装置1は、基板Ｓを保持する基板保持部材１２と、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、第一の反応ガスを供給する供給口１７１を有する第一供給部１７と、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、第二の反応ガスを供給する供給口１５１を有する第二供給部１５と、第一供給部１７と第二供給部１５との間に設けられ、Ａｌ、水素化窒素ガスを実質的に含まない第三のガスを、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対して供給する第三供給部１６と、を有する。
そして、第一供給部１７の供給口１７１は、第二供給部１５の供給口１５１よりも、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、上流側に配置されている。
【００２８】
以下、図面を参照し、ハイドライド気相成長装置１の詳細な構成について説明する。
図１には、本実施形態のハイドライド気相成長装置１の模式図が示されている。
このハイドライド気相成長装置１は、反応管１１と、反応管１１内に設置された基板保持部材１２と、内管１３と、外管１４とを有する。
反応管１１は、略円筒状の管である。この反応管１１は、基板保持部材１２、内管１３と、外管１４を収納する。
この反応管１１内部には、Ａｌのハロゲン化物を含む第一の反応ガス（三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガス）、水素化窒素ガスを含む第二の反応ガス（ＮＨ３ガス）、Ａｌ、水素化窒素ガスを実質的に含まない第三のガス（ＧａＣｌガス）が供給される。
これらのガスは、反応管１１内を図面左側から右側に向かって流れる。
【００２９】
基板保持部材１２は、反応ガスの流れの下流側に配置されている。
基板保持部材１２に保持された基板Ｓの表面は、反応ガスの流れに対し、直交するようになっている。また、基板保持部材１２は、反応管１１の軸と平行な軸を中心に、回転駆動するように構成されている。
なお、図１では、基板保持部材１２は、一枚の基板Ｓのみを保持しているが、このような構造に限らず、複数枚の基板Ｓを保持してもよい。
ここで、基板Ｓの材質は特に限定されるものではないが、例えば、サファイア基板を使用することができる。
【００３０】
外管１４は、両端面が開口した円筒状の管であり、反応管１１内に挿入されている。図２にも示すように、この外管１４と、反応管１１とは同軸上に配置される。外管１４の径は、反応管１１の径よりも小さく、外管１４の外周面と、反応管１１の内周面との間には隙間が形成されている。
外管１４の外周面と、反応管１１の内周面との間の隙間には、第二の反応ガスであるＮＨ３ガスが供給される。従って、この外管１４の外周面と、反応管１１の内周面との間に、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対してＮＨ３ガスを供給するための第二供給部１５が形成される。
また、外管１４の基板保持部材１２側の端部と、反応管１１の内周面との間に形成される開口が、ＮＨ３ガスの供給口１５１（第二供給部１５の供給口１５１）となる。
なお、外管１４の外周面と、反応管１１の内周面との間の隙間には、ＮＨ３ガスに加えて、キャリアガス、例えば、Ｎ２ガスも導入される。このキャリアガスは、Ｎ２ガス等の不活性なガスを９０％〜１００％含有することが好ましい。
【００３１】
内管１３は、外管１４内部に挿入されている。
この内管１３は、両端面が開口した円筒状の管であり、外管１４及び反応管１１と同軸上に配置される。
内管１３の外周面と、外管１４の内周面との間には隙間が形成されている。この隙間には、第三のガスであるＧａＣｌガスが導入される。
この内管１３の外周面と、外管１４の内周面との間に、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対して、ＧａＣｌガスを供給する第三供給部１６が形成される。また、外管１４の基板保持部材１２側の開口が、ＧａＣｌガスを供給する供給口１６１となる。
なお、ＧａＣｌガスは、内管１３の外周面と、外管１４の内周面との間に設置されたIII族原料としてのガリウム（Ｇａ）に対し、キャリアガスとともに塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給することで生成することができる。ガリウムと、ハロゲンガス（ＨＣｌ）とが反応してＧａＣｌガスが生成するのである。
ここでも、キャリアガスとして、Ｎ２ガスを使用することが好ましい。このキャリアガスは、Ｎ２ガス等の不活性なガスを９０％〜１００％含有することが好ましい。
【００３２】
また、内管１３の基板保持部材１２側の端部は、外管１４の基板保持部材１２側の端部よりも、上流側（図１左側）に位置している。換言すると、外管１４の基板保持部材１２側の端部は、内管１３の基板保持部材１２側の端部よりも、基板保持部材１２側に向かって突出している。
ここで、外管１４の開口（供給口１６１）におけるＧａＣｌガスの秒速をｒとした場合、内管１３の基板保持部材１２側の端部と、外管１４の基板保持部材１２側の端部との間の距離Ｌは、０．００１ｒ以上、０．０５ｒ以下である。
なお、距離Ｌは、外管１４の軸方向、すなわち、ＧａＣｌガスの流れ方向に沿った距離である。
【００３３】
このような内管１３の内側にはＡｌＣｌ３ガスが導入される。従って、この内管１３の内側に、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対して、ＡｌＣｌ３ガスを供給する第一供給部１７が形成されているといえる。
そして、内管１３の基板保持部材１２側の開口が、基板Ｓに対して、ＡｌＣｌ３ガスを供給する供給口１７１となる。
前述したように、外管１４の基板保持部材１２側の端部は、内管１３の基板保持部材１２側の端部よりも、基板保持部材１２側に向かって突出しているので、供給口１７１は、ＮＨ３ガスの供給口１５１よりも、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、上流側に配置されていることとなる。
なお、ＡｌＣｌ３ガスは、内管１３内部に載置されたIII族原料としてのアルミニウム（Ａｌ）に対し、キャリアガスとともに塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給することで生成することができる。アルミニウムと、ハロゲンガス（ＨＣｌ）とが反応してＡｌＣｌ３ガスが生成するのである。
ここでも、キャリアガスとして、Ｎ２ガスを使用することが好ましい。このキャリアガスは、Ｎ２ガス等の不活性なガスを９０％〜１００％含有することが好ましい。
【００３４】
このような構造の気相成長装置１では、以下のようにして基板Ｓ上にIII族窒化物半導体膜であるＡｌｘＧａｙＮ（０<ｘ<１、０<ｙ<１、ｘ+ｙ＝1）を成膜し、ＡｌＧａＮ基板を得る。
まず、基板保持部材１２に基板Ｓを保持させる。
内管１３内でＡｌＣｌ３ガスを生成し、内管１３内にＡｌＣｌ３ガスを通す。また、外管１４内で、ＧａＣｌガスを生成し、外管１４と内管１３との間にＧａＣｌガスを通す。
さらには、外管１４と反応管１１との間に、ＮＨ３ガスを通す。
そして、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対し、各ガスを供給する。
これにより、基板保持部材１２に保持された基板Ｓ上でＡｌＧａＮが堆積することとなる。そして、ＡｌＧａＮ膜が成膜され、III族窒化物半導体基板としてのＡｌＧａＮ基板が得られる。
なお、基板Ｓ上にＡｌＧａＮ膜を成膜した後、基板Ｓを除去し、基板Ｓを除去したものをＡｌＧａＮ基板としてもよい。
基板Ｓを除去する場合には、薬液によるエッチングまたは研磨により基板を除去し、ＡｌＧａＮ膜からなるＡｌＧａＮ基板を得る。
【００３５】
この際、内管１３の基板保持部材１２側の開口であるＡｌＣｌ３ガスの供給口１７１におけるＡｌＣｌ３ガスの流速は、外管１４の基板保持部材１２側の開口であるＧａＣｌガスの供給口１６１におけるＧａＣｌガスの流速の１〜１００倍以上であることが好ましい。
【００３６】
次に、本実施形態の気相成長装置１の効果について説明する。
気相成長装置１では、内管１３の基板保持部材１２側の端部は、外管１４の基板保持部材１２側の端部よりも、上流側（図１左側）に位置している。
すなわち、ＡｌＣｌ３ガスの供給口１７１は、外管１４の基板保持部材１２側の端部と、反応管１１の内周面との間のＮＨ３ガスの供給口１５１よりも、上流側にあることとなるので、ＮＨ３ガスの供給口１５１から排出されたＮＨ３ガスが、ＡｌＣｌ３ガスの供給口１７１側に流れにくくなっている。そのため、ＡｌＣｌ３ガスの供給口１７１近傍におけるＡｌＣｌ３ガスと、ＮＨ３ガスとの反応を防止することができる。
【００３７】
また、ＡｌＣｌ３ガスを供給する内管１３の端部、すなわち、ＡｌＣｌ３ガスの供給口１７１の周囲は外管１４に覆われており、この外管１４の外側にＮＨ３ガスが流れている。そのため、ＡｌＣｌ３ガスの供給口１７１近傍、すなわち、内管１３の開口近傍におけるＡｌＣｌ３ガスと、ＮＨ３ガスとの反応との反応を、より確実に防止することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、内管１３からＡｌＣｌ３ガスが供給され、内管１３と外管１４との間からは、ＧａＣｌガスが供給され、外管１４の外側からＮＨ３ガスが供給されている。
そして、外管１４の開口は、内管１３の開口よりも、基板保持部材１２側に突出しているので、外管１４の開口からは、ＡｌＣｌ３ガスの周囲をＧａＣｌガスが囲むような状態でＡｌＣｌ３ガスおよびＧａＣｌガスを排出することができる。これにより、外管１４の開口近傍においても、ＡｌＣｌ３ガスと、ＮＨ３ガスとの反応を防止することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、内管１３の基板保持部材１２側の端部と、外管１４の基板保持部材１２側の端部との間の距離Ｌを０．００１ｒ以上、０．０５ｒ以下としている。
距離Ｌが０．００１ｒ未満である場合には、内管１３の開口近傍でＡｌＣｌ３ガスと、ＮＨ３ガスとの反応が起こり、内管１３の開口近傍にＡｌＮが析出するおそれがある。
また、距離Ｌが０．０５ｒを超えると、内管１３の開口から、外管１４の開口までの距離が長くなってしまうので、内管１３の開口から排出されたＡｌＣｌ３ガスが、外管１４の開口から排出されるまでの間に、ＧａＣｌガスと混ざり合ってしまう。そのため、外管１４の開口近傍で、ＡｌＣｌ３ガスと、ＮＨ３ガスとの反応が起こり、外管１４の開口近傍でＡｌＮが析出するおそれがある。
これに対し、本実施形態では、内管１３の基板保持部材１２側の端部と、外管１４の基板保持部材１２側の端部との間の距離Ｌを０．００１ｒ以上、０．０５ｒ以下としているので、内管１３の開口近傍や、外管１４の開口近傍でのＡｌＮの析出を抑制することができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、内管１３の開口近傍や、外管１４の開口近傍でのＡｌＮの析出を抑制することができるので、成膜が困難となることがなく、さらには、所望の組成比のＡｌＧａＮ膜を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、反応管１１内に、外管１４、内管１３からなる２重管を設置したが、これに限られるものではない。例えば、図３に示すハイドライド気相成長装置２のように、反応管１１内に、一対の配管２３，２４を配置する。
この一対の配管２３，２４のうち、一方の配管２４内にＡｌＣｌ３ガスを導入し、配管２４の内側にＡｌＣｌ３ガスを供給する第一供給部を形成する。
また、他方の配管２３内にＮＨ３ガスを導入し、配管２３の内側にＮＨ３ガスを供給する第二供給部を形成する。配管２４の基板保持部材１２側の開口（第一供給部の開口）は、配管２３の基板保持部材１２側の開口（第二供給部の開口）よりも上流側に位置している。
そして、反応管１１内の各配管２３，２４の外側の空間内に、ＧａＣｌガスを供給する。すなわち、第一供給部と、第二供給部との間に、ＧａＣｌガスを供給する第三供給部が形成されていることとなる。
このような構造の気相成長装置２とすることによっても、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４２】
さらには、図４に示すようなハイドライド気相成長装置３としてもよい。
このハイドライド気相成長装置３の反応管１１内には、３本の配管が配置されている。
図４下方の配管３３内にＡｌＣｌ３ガスを導入し、配管３３の内側にＡｌＣｌ３ガスを供給する第一供給部を形成する。
また、図４上方の配管３１内にＮＨ３ガスを導入し、配管３１の内側にＮＨ３ガスを供給する第二供給部を形成する。配管３３の基板保持部材１２側の開口（第一供給部の開口）は、配管３１の基板保持部材側の開口（第二供給部の開口）よりも上流側に位置している。
さらに、配管３３と、配管３１との間に配置された配管３２にＧａＣｌガスを導入し、配管３２内側に第三供給部を形成する。
【００４３】
また、前記実施形態では、ＡｌＧａＮ膜を成膜する際に、ドーピングを行ってもよい。この場合には、ＧａＣｌガスの流路にドーピングガスを導入し、ＧａＣｌガスとともに基板Ｓに供給することが好ましい。
さらには、前記実施形態では、ＡｌＧａＮ膜を成膜し、ＡｌＧａＮ基板を得たが、これに限らず、基板Ｓ上にＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ膜（０<ｘ<１、０<ｙ<１、０<ｚ<１、ｘ+ｙ+ｚ＝1）を成膜してもよい。さらには、ＡｌＮ膜を成膜してもよい。
また、前記実施形態では、基板Ｓに向かって、第三のガスとして、ＧａＣｌガスを供給したが、これに限らず、第三のガスとして、Ｎ２ガス等を供給してもよい。この場合には、ＡｌＮ膜が成膜されることとなり、ＡｌＮ基板を得ることができる。
第三のガスは、Ａｌ、水素化窒素ガスを含まず、第一の反応ガスに対して、不活性なガスであることが好ましい。
さらには、前記実施形態では、ＡｌＧａＮ基板を製造したが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、基板上にレーザ構造体を形成するプロセス等に本発明を適用することもできる。
また、前記実施形態では、水素化窒素ガスとして、ＮＨ３ガスを例示したがこれに限られるものではない。
【実施例】
【００４４】
（実施例）
本実施例においては、図１に示したようなハイドライド気相成長装置1を用いて、III族窒化物半導体基板であるＡｌＧａＮ基板を製造した。
このＡｌＧａＮ基板は、基板Ｓ上にＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層とを有する膜を形成したものである。
まず、高純度ガリウム（Ｇａ）を石英製のＧａソースボートの中に充填した。このＧａソースボードは、図示しないが内管１３と外管１４との間の隙間に配置されている。
また、高純度アルミニウム（Ａｌ）をアルミナ製のＡｌソースボートの中に充填した。Ａｌソースボードは、図示しないが内管１３の内部に配置されている。
また、基板Ｓであるサファイア基板を基板保持部材１２に取り付け、回転させた。サファイア基板としては、直径２インチの円形で、（０００１）ｃ面（Ｇａ）面で（１０−１０）方向に０．２５°に偏位した面を有するものを用いた。なお、このサファイア基板には、有機金属気相成長法により、厚さ２μｍのＧａＮバッファ層があらかじめ形成されている。
内管１３の基板保持部材１２側の端部と、外管１４の基板保持部材１２側の端部との距離Ｌは、１５ｍｍである。
また、外管１４の基板保持部材１２側の端部の断面積は、１６ｃｍ２であり、外管１４の開口の面積は、１０ｃｍ２であった。
さらに、内管１３の基板保持部材１２側の端部の断面積は、２ｃｍ２であり、内管１３の開口の面積は、０．４ｃｍ２であった。
また、外管１４の基板保持部材１２側の端部と、内管１３の基板保持部材１２側の端部との距離Ｌは、１５ｍｍであった。
【００４５】
以下の説明において、ガスの供給量の単位としては、標準状態に換算した単位であるＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimeter per Minute）を使用する。
まず、内管１３、外管１４に窒素（Ｎ２）ガスを流し、反応管１１内の空気を置換した。また、ヒータによって反応管１１内を加熱した。ここでの加熱方法は、反応管１１をヒータにより加熱する所謂ホットウォール法である。
【００４６】
Ａｌソースボート、Ｇａソースボート、サファイア基板の各温度が、それぞれ５００℃、８００℃、１０５０℃に保持されていることを確認したあと、ＮＨ３ガスを導入して、ＧａＮバッファ層表面のＧａＮの解離を防いだ。
【００４７】
次に、ＮＨ３ガスの流量を変えることなく、ＧａソースボートにＨＣｌを供給して、ＧａＣｌガスを生成させた。このＧａＣｌガスをＧａＮバッファ層が形成されたサファイア基板上に供給した。１０分間、ＧａＣｌガスの供給を行った。これにより、ＧａＮバッファ層表面にＧａＮ層が形成された。
【００４８】
次に、ＮＨ３ガスの供給量とＧａＣｌガスの供給量を変えることなく、ＡｌソースボートにＨＣｌガスを供給して、ＡｌＣｌ３ガスを生成し、前記ＧａＮ層表面にＡｌＧａＮ層を成長させた。このようにして形成されたＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層の層厚は、それぞれ１４μｍ、３３μｍであった。
内管１３に供給されたキャリアガスＮ２の流量は、３０００ＳＣＣＭであった。また、外管１４に供給されたキャリアガスＮ２の流量は、３０００ＳＣＣＭであった。
ＧａＣｌガスの外管１４の基板保持部材１２側の開口での流速ｒは、ＧａとＨＣｌガスとの反応によるガス分子数の変化と、外管１４の基板保持部材１２側の開口の温度によるＧａＣｌガスの体積の増加を考慮して計算したところ毎秒２４００ｍｍであった。
すなわち、外管１４の基板保持部材１２側の端部と、内管１３の基板保持部材１２側の端部との距離Ｌは、Ｌ＝０．００６２ｒである。
さらに、内管１３の基板保持部材１２側の開口でのＡｌＣｌ３ガスの流速は、外管１４の基板保持部材１２側の開口でのＧａＣｌガスの流速の７倍であった。
【００４９】
このような、実施例１においては、内管１３の基板保持部材１２側の開口、すなわち、ＡｌＣｌ３ガスを供給する供給口１７１でのＡｌＮの析出はみられなかった。
また、外管１４の基板保持部材１２側の開口では、ＡｌＮの析出がわずかにみられた。
【００５０】
ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ組成はフィリップス社のＸ線回折装置Ｘｐｅｒｔ-ＭＲＤによる２θ−ω測定により各層の回折ピーク角度を求め、格子定数から計算した。ＡｌＮ組成ｘをもつＡｌｘＧａ１−ｘＮの格子定数ａ（ｘ）はＡｌＮの格子定数０．４９８１ｎｍとＧａＮの格子定数０．５１８５ｎｍの差がＡｌＮ組成に比例する関係、すなわち下記の関係からＡｌＮ組成を求めた。
【００５１】
ａ（ｘ）＝０．４９８１＋（０．５１８５−０．４９８１）×（１−ｘ）
この測定からＡｌＧａＮ層は単結晶であって、ＡｌＮ組成ｘは０．６９であることがわかった。ＡｌＧａＮ層の表面は平滑で鏡面が得られていた。
【００５２】
（比較例１）
図５に示したようなハイドライド気層成長装置４を使用した。このハイドライド気層成長装置４は、内管４３の基板保持部材１２側の端部が、外管４４の基板保持部材１２側の端部よりも、１０ｍｍ基板保持部材１２側に突出している（図５のＬ＝１０ｍｍ）。他の点については、実施例で使用した気層成長装置と同じである。
そして、実施例と同様の方法で、基板上にＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層とを有する膜を成膜した。
ＧａＮ層の膜厚は１４μｍ、ＡｌＧａＮ層の膜厚は、１０μｍであった。
成膜後、内管４３の基板保持部材１２側の開口をみると、多くのＡｌＮが析出していることが確認された。
また、ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ組成は０．０５であった。
【００５３】
（比較例２）
図６に示したようなハイドライド気層成長装置５を使用した。
この気層成長装置５は、反応管１１と、反応管１１内に設置された一対の供給管５１，５２と、基板保持部材１２とを有する。
図６に示すように、一対の供給管５１，５２は反応管１１の軸に沿って平行に配置されており、図面上方に配置された一方の供給管５１は、ＧａＣｌガスを基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対して、供給するものである。
また、図面下方に配置された他方の供給管５２は、ＡｌＣｌ３ガスを、基板保持部材１２に保持された基板Ｓに対して供給するものである。
基板保持部材１２から一方の供給管５１の基板保持部材１２側の端部までの水平方向の距離は、基板保持部材１２から他方の供給管５２までの水平方向の距離と略同じである。
一対の供給管５１，５２の外側の空間内には、ＮＨ３ガスが供給されている。
一対の供給管５１，５２の基板保持部材１２側の開口の面積は１０ｃｍ２である。
このような気層成長装置５を用い、実施例と同様の方法で基板上にＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層とを有する膜を成膜した。
ＧａＮ層の膜厚は１５μｍ、ＡｌＧａＮ層の膜厚は、４μｍであった。
供給管５２の基板保持部材１２側の開口のまわりには多くのＡｌＮが析出していた。また、ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ組成は０．０１であった。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施形態にかかるハイドライド気相成長装置の反応管の軸方向に沿った断面図である。
【図２】ハイドライド気相成長装置の反応管の軸と直交する方向の断面図である。
【図３】本発明の変形例にかかるハイドライド気相成長装置の断面図である。
【図４】他の変形例にかかるハイドライド気相成長装置の断面図である。
【図５】比較例１で使用したハイドライド気相成長装置の断面図である。
【図６】比較例２で使用したハイドライド気相成長装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    ハイドライド気相成長装置
２    ハイドライド気相成長装置
３    ハイドライド気相成長装置
４    ハイドライド気層成長装置
５    ハイドライド気層成長装置
１１    反応管
１２    基板保持部材
１３    内管
１４    外管
１５    第二供給部
１６    第三供給部
１７    第一供給部
２３    配管
２４    配管
３１    配管
３２    配管
３３    配管
４３    内管
４４    外管
５１    供給管
５２    供給管
１５１    供給口
１６１    供給口
１７１    供給口
Ｌ    距離
Ｓ    基板
【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】
2007039271.tif 000007
【図６】
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