[發(fā)明專利]金屬氯化物氣體發(fā)生裝置、氫化物氣相生長裝置和氮化物半導體模板

有效

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• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN102956446A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 今野泰一郎;藤倉序章;松田三智子
• 申請（專利權）人: 日立電線株式會社
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L33/02;H01L29/06;C23C16/448
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權代理有限公司 11243
• 代理人: 金鮮英;鐘海勝

技術領域

本發(fā)明涉及金屬氯化物氣體發(fā)生裝置、氫化物氣相生長裝置、和氮化物半導體模板（template）。

背景技術

氮化鎵（GaN）、氮化鋁鎵（AlGaN）、氮化銦鎵（InGaN）等氮化物鎵化合物半導體作為能夠發(fā)出從紅色至紫外的光的發(fā)光元件用材料而引起關注。這些氮化物鎵化合物半導體的結晶生長法之一包括以金屬氯化物氣體和氨為原料的氫化物氣相生長法（HVPE：Hydride?Vapor?Phase?Epitaxy）。

作為HVPE法的特征，可以列舉出與其它生長法（有機金屬氣相生長法（MOVPE：Meta1-Organic?Vapor?Phase?Epitaxy）、分子束外延法（MBE：Molecular?Beam?Epitaxy法）中典型的數(shù)μm/hr的生長速度相比能夠獲得非常大的10μm/hr以上至100μm/hr以上的生長速度這一點。因此，可很好地用于GaN自支撐基板（參照專利文獻1）、AlN自支撐基板的制造中。這里，“自支撐基板”是指具有能夠保持自身的形狀、在處理中不會產(chǎn)生不良的程度的強度的基板。

此外，由氮化物半導體形成的發(fā)光二極管（LED：Light?Emitting?Diode）通常形成在藍寶石基板上，但在其結晶生長時，在基板的表面形成緩沖層后，在其上生長含有n型層的厚度為10～15μm左右的GaN層，并在其上按照InGaN/GaN多量子阱的發(fā)光層（總計數(shù)百nm厚）、p層（200～500nm厚）的順序進行生長。發(fā)光層的下側(cè)的GaN層厚是為了改善藍寶石基板上的GaN的結晶性等。然后，進行電極形成等，最終形成如后述圖7那樣的元件構造。利用MOVPE法生長時，典型情況下結晶生長工序需要6小時左右的時間，但其中的一半左右是用于生長被稱為模板部分的、發(fā)光層下側(cè)的氮化物半導體層例如GaN層所需要的時間。

由以上說明可知，在模板部分的生長中若使用生長速度非常快的HVPE法，則能夠大幅縮短生長時間，能夠急劇降低LED用晶片的制造成本。但是，當使用能夠降低制造成本的HVPE法來使模板部分生長時，不希望的雜質(zhì)的混入較多，現(xiàn)狀是難以制作優(yōu)質(zhì)的模板。

用于制造氮化物半導體的HVPE裝置通常使用Ga、NH₃氣體、HCl氣體作為主原料。此外，能夠有效進行膜的生成的必要生長溫度是1000℃以上的高溫。因此，作為氣體導入管、反應爐的材料，使用對高溫下反應性高的NH₃氣體、HCl氣體具有化學耐受性和耐熱性的例如石英。具體而言，HVPE裝置具有如后述圖8所示那樣的構造，具有分成上游側(cè)的原料部和下游側(cè)的生長部的圓筒狀的石英制反應爐，用不銹鋼（SUS）制的上游側(cè)凸緣（flange）堵塞反應爐上游側(cè)的開放端，用SUS制的下游側(cè)凸緣堵塞反應爐的下游側(cè)的開放端，貫通上游側(cè)凸緣地從原料部向著生長部設置石英制的氣體導入管。由于不能將石英制的氣體導入管直接安裝在上游側(cè)凸緣上，因此在氣體導入管的上游側(cè)的端部的外側(cè)連接SUS制配管，并將該配管安裝在上游側(cè)凸緣上（例如參照專利文獻2。）。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第3886341號公報

專利文獻2：日本特開2002－305155號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

但是，上述構成的HVPE裝置中，來自溫度最高的生長部的幅射熱會傳導至SUS制配管而使配管部分為高溫。當配管為高溫時，配管內(nèi)流動的氣體容易與配管的構成材料反應，配管部分的構成材料因該氣體而被剝落（被腐蝕），該被剝落的配管部分的構成材料有時會作為不希望的雜質(zhì)而混入氮化物半導體模板中。這些情況在來自腐蝕性氣體NH₃、HCl流動的配管部分的雜質(zhì)混入時尤其顯著。根據(jù)說明書和權利要求，“氮化物半導體模板”或簡稱的“模板”是指包含基板和位于發(fā)光層下側(cè)的氮化物半導體層例如GaN層的部件，可以進一步包含緩沖層等。

因此，本發(fā)明的目的在于提供抑制了不希望的雜質(zhì)混入氮化物半導體模板的金屬氯化物氣體發(fā)生裝置、氫化物氣相生長裝置、和氮化物半導體模板。

解決問題的方法

本發(fā)明人等為了完成上述課題進行了深入研究，結果發(fā)現(xiàn)，在使用可在1000℃以上使用的金屬氯化物氣體發(fā)生裝置而制作的氮化物半導體模板中不希望混入的雜質(zhì)是由于氣體導入ロ的SUS配管為高溫而使配管的構成材料被配管內(nèi)流動的氣體腐蝕，從而作為雜質(zhì)而混入的。