(57)【要約】  【課題】  ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液との反応時間を長くしてＧａＣｌガスの流量を増加させることができる窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置及び窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法を提供すること。  【解決手段】  窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板８の表面に成長させるための気相成長室７と、複数のＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６と、複数のＧａ融液槽６の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管１と、Ｇａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを気相成長室７内に供給するＧａＣｌガス供給管４と、を具備する。【選択図】  図１
2009173463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室と、複数のＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置と、複数の前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管と、Ｇａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを前記Ｇａ融液貯留装置から前記気相成長室内に供給するＧａＣｌガス供給管と、を具備する窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項２】
前記Ｇａ融液貯留装置は、第１〜第ｎの密閉型のＧａ融液槽（ただし、ｎは２以上の整数）を有しており、前記ＨＣｌガス供給管は、前記第１のＧａ融液槽に外部からＨＣｌガスを供給する第１のＨＣｌガス供給管と、前記第１のＧａ融液槽の内部雰囲気空間から前記第ｎのＧａ融液槽の内部雰囲気空間までを連結する第２のＨＣｌガス供給管とを有する請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項３】
前記基板は窒化ガリウム系化合物半導体から成る請求項１または２記載の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項４】
前記気相成長室は前記Ｇａ融液貯留装置のＧａを加熱する加熱装置を有し、前記Ｇａ融液貯留装置は前記気相成長室内に設置されている請求項１乃至３のいずれか記載の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項５】
窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室と、内部雰囲気空間を雰囲気ガスを蛇行して流通させる部分隔壁が内部に設けられたＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置と、前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間にＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管と、Ｇａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを前記Ｇａ融液貯留装置から前記気相成長室内に供給するＧａＣｌガス供給管と、を具備する窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項６】
前記基板は窒化ガリウム系化合物半導体から成る請求項５記載の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項７】
前記気相成長室は前記Ｇａ融液貯留装置のＧａを加熱する加熱装置を有し、前記Ｇａ融液貯留装置は前記気相成長室内に設置されている請求項５または６記載の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。
【請求項８】
窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室に、複数のＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置における複数の前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを順次流通させてＧａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給する窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法。
【請求項９】
窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室に、部分隔壁が内部に設けられたＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置における前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを蛇行させて流通させてＧａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給する窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置及び窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体は、高融点（３０００℃程度）であること、また、Ｎ（窒素）の平衡蒸気圧が高いことから、バルク型の単結晶の製造が困難である。この問題点を解決するために、気相成長法等の薄膜成長法による窒化ガリウム系化合物半導体から成る自立した基板の開発が行われている。なお、自立した基板とは、取り扱う際に自重で変形したり破損しない、固形物として取り扱うことのできる基板であるという意味である。
【０００３】
自立した基板を得ることのできる代表的な方法としては、サファイア等の異種基板（窒化ガリウム系化合物半導体とは異なる材料から成る基板）上に、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法）を用いて厚いＧａＮ層を形成し、成長後に異種基板を除去することによって、自立したＧａＮ基板を得る方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法は、内部に空隙を有する歪み緩和層（バッファ層）を異種基板と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に形成し、異種基板と窒化ガリウム系化合物半導体層との格子定数差及び熱膨張係数差に起因する歪みを緩和するものであり、欠陥密度が低く、結晶品質の良好な反りのない窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板を得ることができ、異種基板の除去を容易に行うことができるとものである。
【０００４】
従来のＨＶＰＥ装置の１例を図３に示す。窒化ガリウム系化合物半導体層を表面に成長させるための基板８が内部に設置された気相成長室７と、Ｇａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６と、Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間にＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管１と、Ｇａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスをＧａ融液貯留装置１６から気相成長室７内に供給するＧａＣｌガス供給管４と、を具備する。なお、図３において、２はＮ2ガス供給管、３ＮＨ3ガス供給管、９は基板８を支持するサセプター、１０は電磁誘導加熱コイル等から成るヒーターである。
【特許文献１】特開２００３−１７８９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ単結晶等の窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度は１００〜２００μｍ／時程度と遅いことから、窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板の製造コストが高いという問題点がある。窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を決める主な要因の１つとして、基板の成長面に供給されるＧａＣｌガスの濃度が考えられる。ＧａＣｌガスは、ＨＶＰＥ装置の気相成長室（反応室）内で７５０℃以上に加熱されたＧａ融液とＨＣｌガスが反応することによって生成されるが、ＨＣｌガスの流量を増やすと未反応のＨＣｌガスが増加し、ＧａＣｌガスの流量を増加させることは困難である。
【０００６】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液との反応時間を長くしてＧａＣｌガスの流量を増加させることができる窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置及び窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室と、複数のＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置と、複数の前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管と、Ｇａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを前記Ｇａ融液貯留装置から前記気相成長室内に供給するＧａＣｌガス供給管と、を具備するものである。
【０００８】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、前記Ｇａ融液貯留装置は、第１〜第ｎの密閉型のＧａ融液槽（ただし、ｎは２以上の整数）を有しており、前記ＨＣｌガス供給管は、前記第１のＧａ融液槽に外部からＨＣｌガスを供給する第１のＨＣｌガス供給管と、前記第１のＧａ融液槽の内部雰囲気空間から前記第ｎのＧａ融液槽の内部雰囲気空間までを連結する第２のＨＣｌガス供給管とを有する。
【０００９】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、前記基板は窒化ガリウム系化合物半導体から成る。
【００１０】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、前記気相成長室は前記Ｇａ融液貯留装置のＧａを加熱する加熱装置を有し、前記Ｇａ融液貯留装置は前記気相成長室内に設置されている。
【００１１】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室と、内部雰囲気空間を雰囲気ガスを蛇行して流通させる部分隔壁が内部に設けられたＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置と、前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間にＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管と、Ｇａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを前記Ｇａ融液貯留装置から前記気相成長室内に供給するＧａＣｌガス供給管と、を具備するものである。
【００１２】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、前記基板は窒化ガリウム系化合物半導体から成る。
【００１３】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、前記気相成長室は前記Ｇａ融液貯留装置のＧａを加熱する加熱装置を有し、前記Ｇａ融液貯留装置は前記気相成長室内に設置されている。
【００１４】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室に、複数のＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置における複数の前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを順次流通させてＧａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給するものである。
【００１５】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室に、部分隔壁が内部に設けられたＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置における前記Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを蛇行させて流通させてＧａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室と、複数のＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置と、複数のＧａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管と、Ｇａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスをＧａ融液貯留装置から気相成長室内に供給するＧａＣｌガス供給管と、を具備することから、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができる。
【００１７】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、Ｇａ融液貯留装置は、第１〜第ｎの密閉型のＧａ融液槽（ただし、ｎは２以上の整数）を有しており、ＨＣｌガス供給管は、第１のＧａ融液槽に外部からＨＣｌガスを供給する第１のＨＣｌガス供給管と、第１のＧａ融液槽の内部雰囲気空間から第ｎのＧａ融液槽の内部雰囲気空間までを連結する第２のＨＣｌガス供給管とを有することから、Ｇａ融液貯留装置からのＨＣｌガスの漏れを防いで効率的に多量のＧａＣｌガスを生成させることができる。
【００１８】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、基板は窒化ガリウム系化合物半導体から成ることから、基板上にそれと同種の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成するため、結晶欠陥の小さい結晶性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることができる。
【００１９】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、気相成長室はＧａ融液貯留装置のＧａを加熱する加熱装置を有し、Ｇａ融液貯留装置は気相成長室内に設置されていることから、Ｇａ融液貯留装置及び気相成長室から外部へのＨＣｌガスの漏れを防いで効率的に多量のＧａＣｌガスを気相成長室に供給することができる。また、Ｇａ融液貯留装置の保温性が高まり、Ｇａ融液を加熱し保温するための電力等の加熱エネルギーを低減することができる。
【００２０】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室と、内部雰囲気空間を雰囲気ガスを蛇行して流通させる部分隔壁が内部に設けられたＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置と、Ｇａ融液槽の内部雰囲気空間にＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管と、Ｇａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスをＧａ融液貯留装置から気相成長室内に供給するＧａＣｌガス供給管と、を具備することから、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができる。
【００２１】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、基板は窒化ガリウム系化合物半導体から成ることから、基板上にそれと同種の窒化ガリウム系化合物半導体層を形成するため、結晶欠陥の小さい結晶性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることができる。
【００２２】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、気相成長室はＧａ融液貯留装置のＧａを加熱する加熱装置を有し、Ｇａ融液貯留装置は気相成長室内に設置されていることから、Ｇａ融液貯留装置及び気相成長室から外部へのＨＣｌガスの漏れを防いで効率的に多量のＧａＣｌガスを気相成長室に供給することができる。また、Ｇａ融液貯留装置の保温性が高まり、Ｇａ融液を加熱し保温するための電力等の加熱エネルギーを低減することができる。
【００２３】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室に、複数のＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置における複数のＧａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを順次流通させてＧａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給することから、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができ、窒化ガリウム系化合物半導体層を効率的に成長させることができる。また、厚みの厚い窒化ガリウム系化合物半導体層を短時間及び低コストに成長させて、発光素子、電子素子等を製造するための窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板を製造することができる。
【００２４】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板の表面に成長させるための気相成長室に、部分隔壁が内部に設けられたＧａ融液槽を有するＧａ融液貯留装置におけるＧａ融液槽の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを蛇行させて流通させてＧａ融液とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給することから、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができ、窒化ガリウム系化合物半導体層を効率的に成長させることができる。また、厚みの厚い窒化ガリウム系化合物半導体層を短時間及び低コストに成長させて、発光素子、電子素子等を製造するための窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置及び窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法について以下に説明する。
【００２６】
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置の断面図を図１に示す。図１において、１はＨＣｌガス供給管、１ａは第１のＨＣｌガス供給管、１ｂは第２のＨＣｌガス供給管、２はＮ2ガス供給管、３はＮＨ3ガス供給管、４はＧａＣｌガス供給管、５はＧａ融液、６はＧａ融液槽、７は気相成長室、８は基板、９はサセプター、１０は加熱装置としてのヒーター、１６はＧａ融液貯留装置である。
【００２７】
図１に示す本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板８の表面に成長させるための気相成長室７と、複数のＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６と、複数のＧａ融液槽６の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管１と、Ｇａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを気相成長室７内に供給するＧａＣｌガス供給管４と、を具備する。
【００２８】
上記の構成により、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液５との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板８の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができる。
【００２９】
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）装置である。図１はＨＶＰＥ装置を示すものである。
【００３０】
窒化ガリウム系化合物半導体層は、ＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層，ＩｎＡｌＧａＮ層等である。
【００３１】
基板８は、基板８上に成長される窒化ガリウム系化合物半導体層と同じ材料から成るものがよいが、サファイア，ＳｉＣ，ＧａＡｓ等から成るものであってもよい。
【００３２】
気相成長室７の材料は、石英等であり、気相成長室７の形状は円筒状、角筒状等の筒状体である。
【００３３】
Ｇａ融液槽６は石英等の材料から成り、直方体状、円筒状等の形状である。
【００３４】
Ｇａ融液貯留装置１６は、複数のＧａ融液槽６を有しており、例えば密閉型のＧａ融液槽６の複数個を上下方向に積層した構造、または密閉型のＧａ融液槽６の複数個を横方向に連結した構造である。
【００３５】
ＨＣｌガス供給管１は石英等の材料から成り、複数のＧａ融液槽６の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給する。例えば、密閉型のＧａ融液槽６の内部雰囲気空間を連続的に繋ぐようにＨＣｌガス供給管１を設けることによって、複数のＧａ融液槽６の内部雰囲気空間をＨＣｌガスが順次流通するようにＨＣｌガスを供給することができる。
【００３６】
ＧａＣｌガス供給管４は石英等の材料から成り、Ｇａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを気相成長室７内に供給する。
【００３７】
Ｎ2ガス供給管２は石英，ステンレススチール等の材料から成る。Ｎ2ガスは原料ガスを基板８に安定して供給させるために気相成長室７に供給される。ＮＨ3ガス供給管３は石英，ステンレススチール等の材料から成る。ＮＨ3ガスは、窒化ガリウム系化合物半導体層を構成する窒素成分を供給するために供給される。
【００３８】
Ｇａ融液は、固体のＧａ原料をヒーター１０によって３０℃以上に加熱することによって融液状態となる。
【００３９】
サセプター９はカーボン，ＳｉＣ，石英等の材料から成り、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長中に基板８を回転させるようにすることもできる。
【００４０】
ヒーター１０は、Ｇａ融液貯留装置１６及び基板８を加熱するものであり、電磁誘導加熱コイル、抵抗加熱コイル等から成る。
【００４１】
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、図１に示すように、Ｇａ融液貯留装置１６は、第１〜第ｎの密閉型のＧａ融液槽（ただし、ｎは２以上の整数）６を有しており、ＨＣｌガス供給管１は、第１のＧａ融液槽６ａに外部からＨＣｌガスを供給する第１のＨＣｌガス供給管１ａと、第１のＧａ融液槽６ａの内部雰囲気空間から第ｎ（第３）のＧａ融液槽６ｃの内部雰囲気空間までを連結する第２のＨＣｌガス供給管１ｂとを有する。この場合、Ｇａ融液貯留装置１６からのＨＣｌガスの漏れを防いで効率的に多量のＧａＣｌガスを生成させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は好ましくは、気相成長室７はＧａ融液貯留装置１６のＧａを加熱する加熱装置（ヒーター１０）を有し、Ｇａ融液貯留装置１６は気相成長室７内に設置されている。この場合、Ｇａ融液貯留装置１６及び気相成長室７から外部へのＨＣｌガスの漏れを防いで効率的に多量のＧａＣｌガスを気相成長室７に供給することができる。また、Ｇａ融液貯留装置１６の保温性が高まり、Ｇａ融液５を加熱し保温するための電力等の加熱エネルギーを低減することができる。また、Ｇａ融液貯留装置１６は気相成長室７の外部に設置されていてもよい。
【００４３】
また、本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置は、図２に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板８の表面に成長させるための気相成長室７と、内部雰囲気空間を雰囲気ガスを蛇行して流通させる部分隔壁１１が内部に設けられたＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６と、Ｇａ融液槽６の内部雰囲気空間にＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給管１と、Ｇａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスをＧａ融液貯留装置１６から気相成長室７内に供給するＧａＣｌガス供給管４と、を具備する。
【００４４】
この構成により、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液５との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板８の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができる。
【００４５】
図２（ａ）は気相成長装置の断面図であり、図２（ｂ）は部分隔壁１１が内部に設けられたＧａ融液貯留装置１６の内部を平面視で透視した場合の断面図である。部分隔壁１１は、完全にＧａ融液槽６の内部を仕切るものではなく、不完全に仕切るものであり、部分隔壁１１の少なくとも一端側はＨＣｌガスが流通可能なように、隙間または空間があけられている。
【００４６】
図２（ｂ）に示すように、複数の部分隔壁１１は隙間が互い違いに形成されるように設けられている。この構成により、Ｇａ融液槽６の内部雰囲気空間を雰囲気ガス（ＨＣｌガス）が蛇行して流通する。部分隔壁１１は１つ設けられていてもよい。
【００４７】
複数の部分隔壁１１を設ける場合、図２（ｂ）に示すように、隙間が互い違いに形成されるように設けなくてもよく、複数の隙間が一方の側にあってもよい。また、隙間は部分隔壁１１の中央部に貫通孔として形成されていてもよい。
【００４８】
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、図１に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板８の表面に成長させるための気相成長室７に、複数のＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６における複数のＧａ融液槽６の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを順次流通させてＧａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給する。
【００４９】
上記の構成により、ＨＣｌガスの流量を増やしても、Ｇａ融液５との反応時間を長くして未反応のＨＣｌガスの量を大幅に少なくし、ＧａＣｌガスの流量を増加させることができる。その結果、基板８の窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる成長面に、多量のＧａＣｌガスを供給することが可能となり、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長速度を従来よりも高速化することができ、窒化ガリウム系化合物半導体層を効率的に成長させることができる。また、厚みの厚い窒化ガリウム系化合物半導体層を短時間及び低コストに成長させて、発光素子、電子素子等を製造するための窒化ガリウム系化合物半導体から成る基板を製造することができる。
【００５０】
また、本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、図２に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体層を基板８の表面に成長させるための気相成長室７に、部分隔壁１１が内部に設けられたＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６におけるＧａ融液槽６の内部雰囲気空間をＨＣｌガスを蛇行させて流通させてＧａ融液５とＨＣｌガスとの反応により生じたＧａＣｌガスを供給することから、上記と同様の効果が得られる。
【００５１】
従来ＨＣｌガスの流量は４０ｓｃｃｍ程度以下としなければ、未反応のＨＣＬガスが発生していたが、図１、図２に示す本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法においては、ＨＣｌガスの流量を１００〜２００ｓｃｃｍ程度に多くすることができ、その場合であっても未反応のＨＣＬガスが殆ど発生しないものとなる。
【実施例１】
【００５２】
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置（図１の構成の装置）の実施例について以下に説明する。
【００５３】
図１に示す縦方向に３つの密閉型のＧａ融液槽６（６ａ，６ｂ，６ｃ）を積層させて構成したＧａ融液貯留装置１６を有するＨＶＰＥ装置によって、ＧａＮ層をサファイアから成る基板８の上面に成長させた。ＧａＮ層の成長時において、ＨＣｌガスの流量を１００ｓｃｃｍ、NH3ガスの流量を４００ｓｃｃｍ、N2ガスの流量を３０００ｓｃｃｍ、Ｇａ融液５の温度を８５０℃、基板８の温度を１０５０℃とし、８０時間成長を行った。得られたＧａＮ層の厚みは２８ｍｍで、クラックのない透明なＧａＮ層であった。このときのＧａＮ層の成長速度（厚みの成長速度）は３５０μｍ／時であった。
【００５４】
（比較例）
図３は従来のＨＶＰＥ装置であり、１つのＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６を有するＨＶＰＥ装置である。このＨＶＰＥ装置によって、ＧａＮ層をサファイアから成る基板８の上面に成長させた。ＧａＮ層の成長時において、ＨＣｌガスの流量を２０ｓｃｃｍ、NH3ガスの流量を４００ｓｃｃｍ、N2ガスの流量を３０００ｓｃｃｍ、Ｇａ融液５の温度を８５０℃、基板８の温度を１０５０℃とし、８０時間成長を行った。得られたＧａＮ層の厚みは６．４ｍｍで、クラックのない透明なＧａＮ層であった。このとき、ＧａＮ層の成長速度は８０μｍ／時であった。
【００５５】
ＨＣｌガスの流量を１００ｓｃｃｍまで増加させても成長速度は１００μｍ／時以上になることはなかった。これは、ＨＣｌガスの供給量を増やしても生成されるＧａＣｌガスの量があまり増加しないため、ＧａＮ層の成長面におけるＧａ原料の供給不足により成長速度が高速化されなかったものと考えられる。
【実施例２】
【００５６】
図２に示す部分隔壁１１が内部に設けられたＧａ融液槽６を有するＧａ融液貯留装置１６を有するＨＶＰＥ装置によって、ＧａＮ層をＧａＮ単結晶から成る基板８の上面に成長させた。ＧａＮ層の成長時において、ＨＣｌガスの流量を１５０ｓｃｃｍ、NH3ガスの流量を６００ｓｃｃｍ、N2ガスの流量を３５００ｓｃｃｍ、Ｇａ融液５の温度を８００℃、基板８の温度を１０００℃とし、８０時間成長を行った。得られたＧａＮ層の厚みは３２ｍｍで、クラックのない透明なＧａＮ層であった。平均の成長速度は４００μｍ／時であった。
【００５７】
さらに、育成したＧａＮ層をワイヤーソーで厚み０．５mmに切断してＧａＮ基板と成し、研磨加工した後に２５０℃の燐酸と硫酸の混酸によってエッチングを行いエッチピット密度を測定したところ、２×１０4／ｃｍ2であった。基板８としてＧａＮ単結晶から成るものを用いたことにより、厚さ３２ｍｍのＧａＮ層を成長させてもクラックフリーで高品質のＧａＮ層が得られたと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施の形態（第１の実施の形態）の窒化ガリウム系化合物半導体層の気相成長装置であるＨＶＰＥ装置の断面図である。
【図２】本実施の形態（第２の実施の形態）の窒化ガリウム系化合物半導体層の気相成長装置であるＨＶＰＥ装置の断面図である。
【図３】従来の窒化ガリウム系化合物半導体層の気相成長装置であるＨＶＰＥ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：ＨＣｌガス供給管
２：Ｎ2ガス供給管
３：ＮＨ3ガス供給管
４：ＧａＣｌガス供給管
５：Ｇａ融液
６：Ｇａ融液槽
７：気相成長室
８：基板
９：サセプター
１０：ヒーター
１１：部分隔壁
【図１】
2009173463.tif 000003
【図２】
2009173463.tif 000004
【図３】
2009173463.tif 000005