窒化物半導体結晶成長装置およびその成長方法
【課題】基板上に効率よく三族窒化物半導体の膜を生成し、かつ生成膜の均一性を向上させる。
【解決手段】窒化物半導体結晶成長装置１００は、窒素含有ガス供給口８と三族金属含有ガス供給口９と、窒素含有ガス６を分解して活性種を生成する触媒材料１と、を備えており、触媒材料１は、窒素含有ガス供給口８の内部等に設けられており、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９は、何れも基板面に正対している。
【解決手段】窒化物半導体結晶成長装置１００は、窒素含有ガス供給口８と三族金属含有ガス供給口９と、窒素含有ガス６を分解して活性種を生成する触媒材料１と、を備えており、触媒材料１は、窒素含有ガス供給口８の内部等に設けられており、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９は、何れも基板面に正対している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を成長する半導体製造装置であって、特に三族窒化物半導体の気相エピタキシャル成長ウエハーの製造に好適な半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等の三族金属を用いた窒化物半導体は、１．９ｅＶから６．２ｅＶまで広域のバンドギャップを持つため、紫外域から可視光全域をカバーする発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子材料として有望な半導体である。また、近年において、上記窒化物半導体は、発光素子以外にも太陽電池、パワーデバイス等への実用化が期待されている材料である。特にＧａＮまたはＩｎＧａＮといった材料は、青色発光素子材料として実用化されており、その高品質な材料ならびに高効率な成長法および成長装置の開発が期待されている。
【０００３】
上記窒化物半導体の成長方法として、一般的に有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；以下「ＭＯＣＶＤ」と記す）がよく知られている。ＭＯＣＶＤの他の呼称としては、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）がある。
【０００４】
ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置の構成の一例を説明すれば、以下の通りである。従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源から反応炉の内部の成長室に反応ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス配管が接続されており、反応炉における内部の成長室には該成長室に反応ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス吐出孔を配設したガス供給機構がガス導入部として設置されている。
【０００５】
また、成長室の下部には、基板を載置するためのサセプタが設置されている。サセプタは、基板を加熱するためのヒーターを備え、アクチュエータによって回転軸を中心に回転自在となっている。
【０００６】
さらに、反応炉の下部には、成長室内のガスを外部に排気するためのガス排気部が設置されている。このガス排気部は、パージラインを介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置に接続されている。
【０００７】
前記構成の縦型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタに基板を設置し、サセプタを回転させ、ヒーターにより基板を所定の温度に加熱する。その後、ガス供給機構に配設されているガス吐出孔から成長室に反応ガスおよびキャリアガス（不活性ガス）を導入する。
【０００８】
このように、ＭＯＣＶＤ法は、有機金属ガスをキャリアガスと共に成長室に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の成長においては、化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、どのようにして歩留まりと生産能力とを最大限確保するかということが常に高く要求されている。
【０００９】
ＧａＮ等を基板に成長させる場合、窒素源としてアンモニアガス（ＮＨ３）が用いられるのが一般的である。しかし、ＮＨ３は、難分解性であることが知られているため、基板の成長には、Ｇａ源（例えば、トリメチルガリウム）等に対して極めて過剰なＮＨ３を供給する必要があり、非効率的である。また、基板表面においてＮＨ３を分解するためには、基板を通常１０００℃程度の高温に加熱する必要がある。しかし、この加熱によって、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の成長において、基板表面からの窒素の熱脱離による結晶性低下または相分離といった基板の成長を妨げる問題が生じる。
【００１０】
そのため、ある程度の低温条件において、ＮＨ３を供給し、基板上で効率よく反応させるための方法が検討されている。例えば、特許文献１ではクラッキングセルを用いた方法が開示されている。また、特許文献２ではタングステンメッシュを通電加熱しＮＨ３を分解供給する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平４-７４８５８号公報（１９９２年３月１０日公開）
【特許文献２】特開２００８−５６４９９号公報（２００８年３月１３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１において、窒化膜を形成するために、圧力を1０−４（Ｔｏｒｒ）以下の真空状態にする必要がある。しかし、通常のＭＯＣＶＤにおいては、成長速度確保等の観点から数Ｔｏｒｒ〜数百Ｔｏｒｒの成長条件が用いられるため、上記技術は実用化が困難である。
【００１３】
一方、特許文献２において、タングステンメッシュを１０００℃以上に加熱する必要があり、成長基板の温度上昇が懸念される。特に基板温度上昇を嫌うＩｎＧａＮ等の成膜形成には適用することは困難である。また、生産性向上のためには、大型基板および複数枚基板を同時に成長させることが好ましいが、特許文献１および２には大型基板および複数枚基板を均一に成長させるための具体的な方法は提示されていない。そのため、上記技術を用いた金属窒化物の膜形成を実用化することは、困難である。
【００１４】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長装置であって、窒素含有ガスを該基板上に供給する窒素含有ガス供給口と三族金属含有ガスを該基板上に供給する三族金属含有ガス供給口と、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料と、を備えており、該触媒材料は、該窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、該窒素含有ガス供給口および該三族金属含有ガス供給口は、何れも該基板の基板面に正対していることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料は、窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられている。そのため、多くの窒素含有ガスを触媒材料に接触させることができる。そして、多くの窒素含有ガスが分解活性化されるため、基板上において効率的に三族窒化物半導体の膜を生成することができるという効果を奏する。
【００１７】
さらに、触媒材料は、窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、特許文献２のように基板と窒素含有ガス供給口との間に設けられてはいない。そのため、窒素含有ガス供給口および三族金属含有ガス供給口を共に基板の基板面に正対させた場合であっても、三族金属含有ガス供給口から供給される三族金属含有ガスが、触媒材料に触れないように構成することができる。つまり、触媒材料への三族金属含有ガスの付着を防止することができるため、触媒材料による窒素含有ガスの活性化を持続させることができ、効率的に三族窒化物半導体の膜を基板上に生成することができるという効果を奏する。さらに、三族金属含有ガスが触媒材料に触れない状態によって成膜した場合には、三族金属含有ガスが触媒材料に触れた場合と比較して、結晶性の高い三族窒化物半導体層を基板上に形成することができるという効果を奏する。
【００１８】
そして、窒素含有ガス供給口および三族金属含有ガス供給口を何れも基板の基板面に正対させているため、基板に対して、均一に窒素含有ガスおよび三族金属含有ガスを供給することができる。よって、生成される三族窒化物半導体層の均一性を向上させることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、反応室へとつながっている窒素含有ガス供給口の内部または端部に触媒材料を設置することにより、活性種生成後に活性種が移動する距離を短くして、より多くの窒素含有ガスを活性状態のまま基板へと供給することができる。このとき、三族金属含有ガスは窒素含有ガスとは異なる供給口から反応室内に供給される。そのため、ガスが基板に到達する前に、供給口内または触媒材料上で成膜反応が生じる不具合を避けることができる。これにより、基板への成膜に寄与しない材料の消費、および、触媒材料上での成膜に起因する触媒効果の減衰を防ぐことができる。
【００２０】
以上のように、上記の構成によれば、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成することができる。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記触媒材料を加熱する触媒加熱手段を備えていることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、触媒材料を加熱しているため、触媒材料はより活性化される。そのため、窒素含有ガスがより活性化された触媒材料と接触することによって、効率的に活性種を生成することができるという効果を奏する。これにより、例えば、基板温度を低温に設定した状態においても、触媒材料が窒素含有ガスを効率的に分解活性化しているため、基板上に結晶性に優れた三族窒化物半導体層を成長させることができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記三族金属含有ガス供給口を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。
【００２４】
窒化物半導体成長装置が触媒過熱手段を備えている場合には、当該触媒加熱手段による熱で三族金属含有ガス供給口および三族金属含有ガスが加熱されるおそれがある。このとき、熱により三族金属が三族金属含有ガス供給口内に析出するおそれがある。
【００２５】
しかし、上記の構成によれば、冷却手段を用いて三族金属含有ガス供給口を冷却しているため、触媒加熱手段の熱によって三族金属含有ガスが必要以上に加熱されることはない。したがって、触媒加熱手段の熱によって三族金属含有ガスが加熱されず、三族金属含有ガス供給口に三族金属が析出することを防止できる。
【００２６】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口を夫々複数備えていることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、三族金属含有ガス供給口から供給される三族金属含有ガスが触媒材料に触れないように構成することができるため、複数の供給口を何れも基板の基板面に正対させることができる。複数の供給口を設けたことによって、広範囲に、かつ均等に各原料ガスを供給することができる。そのため、大面積基板または複数枚基板を処理するときに、三族窒化物半導体層をより均一に形成できるという効果を奏する。
【００２８】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口は、上記基板に正対し、上記基板よりも大きい面積を有する面内に互いに隣接して配設されていることが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、窒素含有ガスおよび三族金属含有ガスを基板に対して均一に吐出することができる。そのため、大型の基板または複数枚の基板に対応できるように装置を大型化した場合であっても、成膜される三族窒化物半導体層の均一性を広範囲で確保できる。
【００３０】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口が、上記窒素含有ガスおよび上記三族金属含有ガスをシャワー状に吐出するように配置されていることがより好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、上記窒素含有ガスおよび上記三族金属含有ガスをシャワー状に吐出することができる。そのため、基板に正対する複数の窒素含有ガス供給口および複数の三族金属含有ガス供給口から略同量の原料ガスを均等に吐出することができる。よって、大面積においても三族窒化物半導体層の面内の組成分布をより均一にすることができるという効果を奏する。
【００３２】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記基板が格納される反応室の圧力が、１０Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒであることが好ましい。
【００３３】
上記構成によれば、三族窒化物半導体層の結晶性を高めることができるという効果を奏する。
【００３４】
上記構成によれば、圧力を真空状態（１０−４Ｔｏｒｒ程度）にする必要がないため、成長速度の観点から実用化に適しているという効果を奏する。
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記基板を回転させる回転手段をさらに備えていることが好ましい。
【００３６】
上記構成によれば、基板を回転させることができるため、均一な三族窒化物半導体層を形成できるという効果を奏する。
【００３７】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガスが、アンモニアを含有していることが好ましい。
【００３８】
上記構成によれば、アンモニアのような難分解性のガスも効率的に分解活性化することができるという効果を奏する。そのため、三族窒化物半導体層を基板上に形成するための窒素源として、アンモニアを用いることができる。
【００３９】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記基板を４００℃以上９５０℃以下に加熱する基板加熱手段をさらに備えていることが好ましい。
【００４０】
上記構成によれば、基板を加熱していることよって活性化されていない窒素含有ガスを、基板上において分解活性化することができるという効果を奏する。
【００４１】
また、基板加熱手段が基板を加熱することによって輻射熱が生じるため、当該輻射熱は触媒材料を加熱することができる。つまり、輻射熱によって触媒材料は加熱活性化されるため、窒素含有ガスをより効率的に分解活性化することができるという効果を奏する。
【００４２】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記触媒材料が、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる単体、または、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる少なくとも何れかを含有している材料であることが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の触媒材料を使用することによって、窒素含有ガスを効率的に分解することができるという効果を奏する。
【００４４】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記三族窒化物半導体が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮからなる群より選ばれる三族窒化物半導体であることが好ましい。
【００４５】
上記構成によれば、窒素空孔、結晶欠陥等の少ないＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の三族窒化物半導体層を有する基板を得ることができる。そのため、より高品質な半導体材料を得ることができるという効果を奏する。
【００４６】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長反応は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長方法であって、該基板の基板面に正対している窒素含有ガス供給口を介して窒素含有ガスを該基板上に供給するとともに、該基板の基板面に正対している三族金属含有ガス供給口を介して三族金属含有ガスを該基板上に供給するガス供給工程を包含しており、該窒素含有ガス供給口の内部または端部には、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料が設置されていることを特徴とする。
【００４７】
上記の方法によれば、本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置と同等の効果を奏する。
【００４８】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長反応は、上記ガス供給工程では、上記触媒材料を加熱するとともに、上記三族金属含有ガス供給口を冷却することが好ましい。
【００４９】
上記の方法によれば、触媒材料を加熱しているため、触媒材料はより活性化される。そのため、窒素含有ガスがより活性化された触媒材料と接触することによって、効率的に活性種を生成することができるという効果を奏する。これにより、例えば、基板温度を低温に設定した状態においても、触媒材料が窒素含有ガスを効率的に分解活性化しているため、基板上に結晶性に優れた三族窒化物半導体層を成長させることができるという効果を奏する。
【００５０】
さらに、冷却手段を用いて、三族金属含有ガス供給口を冷却しているため、三族金属含有ガスが必要以上に加熱されることはない。したがって、触媒材料を加熱する場合であっても、三族金属含有ガスは加熱されず、三族金属含有ガス供給口に三族金属が析出することを防止できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長装置であって、窒素含有ガスを該基板上に供給する窒素含有ガス供給口と三族金属含有ガスを該基板上に供給する三族金属含有ガス供給口と、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料と、を備えており、該触媒材料は、該窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、該窒素含有ガス供給口および該三族金属含有ガス供給口は、何れも該基板の基板面に正対していることを特徴とする窒化物半導体結晶成長装置であるため、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成することが可能である。
【００５２】
また、本発明に係る窒化物半導体結晶成長方法は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長方法であって、該基板の基板面に正対している窒素含有ガス供給口を介して窒素含有ガスを該基板上に供給するとともに、該基板の基板面に正対している三族金属含有ガス供給口を介して三族金属含有ガスを該基板上に供給するガス供給工程を包含しており、該窒素含有ガス供給口の内部または端部には、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料が設置されていることを特徴とする窒化物半導体結晶成長方法であるため、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の模式図である。
【図２】触媒材料および窒素含有ガス供給口の構成のバリエーションを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の一部を拡大した模式図である。
【図６】窒素含有ガス供給口および三族金属含有ガス供給口の配置のバリエーションを示す模式図である。
【図７】触媒材料によるアンモニア分解効果実験の結果を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の一部を拡大した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
〔第１実施形態〕
（窒化物半導体結晶成長装置）
図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る窒化物半導体結晶成長装置１００である。図１に示すように、窒化物半導体結晶成長装置１００は、触媒材料１、ヒーター（触媒加熱手段）２、サセプタ４、基板加熱ヒーター（基板加熱手段）５、複数の窒素含有ガス供給口８、複数の三族金属含有ガス供給口９、排気口１２および回転機構（回転手段）１３を備えている。
【００５５】
窒化物半導体結晶成長装置１００は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成するための装置である。三族窒化物半導体は、三族金属（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等）と窒素とから形成されている金属窒化物である。三族窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の金属窒化物が挙げられる。
【００５６】
（基板）
基板３は、三族窒化物半導体の膜を形成するための基板である。
【００５７】
（サセプタ）
サセプタ４は、基板３を載置するための台である。
【００５８】
（反応室）
反応室は、窒化物半導体結晶成長装置１００の内部を指す。また、三族窒化物半導体の膜が形成される場を指す。
【００５９】
（窒素含有ガス）
窒素含有ガス６は、三族窒化物半導体の窒素源となる原料ガスである。窒素含有ガス６は、窒素原子を含有しているガスを含んでいればよい。例えば、窒素含有ガス６は、ＮＨ３、Ｎ２等の窒素化合物を含んでいてもよい。また、窒素含有ガス６はさらに窒素化合物以外の気体、例えば、Ｈ２等を含んでいてもよい。
【００６０】
（窒素含有ガス供給口）
窒素含有ガス供給口８は、窒素含有ガス６を反応室内に吐出するためのガス供給手段である。窒素含有ガス供給口８は複数設置されている。各々の窒素含有ガス供給口８は、基板３に正対している。これによって、窒素含有ガス６を、基板３に対し、基板面に垂直な方向から吐出することができる。
【００６１】
（触媒材料）
触媒材料１は、窒素含有ガス６を分解活性化し、活性種（ラジカル）を生成するための触媒である。触媒材料１は、窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に取り付けられている。
【００６２】
窒素含有ガス６は、窒素含有ガス供給口８に取り付けられている触媒材料１に接触することによって、分解活性化される。例えば、触媒材料１によってＮＨ３が分解される場合には、ＮＨ２、ＮＨ、Ｎ等の窒素を含んでいる活性種が生成される。
【００６３】
触媒材料１は、窒素含有ガス６を分解活性化することができるものであれば限定されないが、例えば、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の単体またはＰｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の少なくとも何れかを含有している材料（合金）が好ましく、特に、Ｐｔ、ＷもしくはＭｏの単体、または、Ｐｔ、ＷもしくはＭｏの少なくとも何れかを含有している材料がより好ましい。また、触媒材料１がＦｅを含有している場合には、他にＰｔ、Ｗ、Ｍｏ等の少なくとも何れかを含有していることが好ましい。また、触媒材料１の設置面積が大きいほど活性化効果は大きい。
【００６４】
図２（ａ）〜（ｆ）は、触媒材料１および窒素含有ガス供給口８の構成のバリエーションを示す断面図である。触媒材料１および窒素含有ガス供給口８は、例えば、図に示されるような任意の構成をとることができる。なお、図２では、説明のため、ヒーター２は省略している。
【００６５】
一例において、図２（ａ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内部（内壁８ｂに囲まれた部分）に、メッシュ状の触媒材料１ａを設置することができる。このとき、触媒材料１ａは、特に限定されないが、窒素含有ガス供給口８の出口付近に配置されることがより好ましい。
【００６６】
また、一例において、図２（ｂ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内部に多孔質の触媒材料１ｂを設置してもよい。多孔質の触媒材料１ｂとしては、例えば、ハニカム構造等をとることができる。また、窒素含有ガス供給口８の内部に多孔質状の構造が形成されるように触媒材料１を設置してもよい。例えば、窒素含有ガス供給口８の内部に、触媒材料１を粒状に形成して充填してもよいし、触媒材料１をスチールウールのような金属ウール状に形成して充填してもよい。図２（ａ）の例と同様に、触媒材料１ｂは、特に限定されないが、窒素含有ガス供給口８の出口付近に配置されることが好ましい。
【００６７】
また、一例において、図２（ｃ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内壁８ｂの少なくとも一部を触媒材料１ｃによってコーティングしてもよい。
【００６８】
また、一例において、図２（ｄ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の出口側の端部にメッシュ状の触媒材料１ｄを設置してもよい。
【００６９】
また、一例において、図２（ｅ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の出口側の端部に多孔質の触媒材料１ｅを設置してもよい。
【００７０】
また、一例において、図２（ｆ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内壁８ｂを触媒材料１ｆによって形成してもよい。
【００７１】
以上のように、触媒材料１ａ〜１ｆを窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に設置することにより、触媒材料１ａ〜１ｆは窒素含有ガス供給口８から供給される窒素含有ガス６を、効率的に分解活性化できる。
【００７２】
（三族金属含有ガス）
三族金属含有ガス７は、三族窒化物半導体の三族金属源となる原料ガスである。三族金属含有ガス７は、三族金属を含有している比較的低温においてガスである化合物を含んでいれば限定されないが、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属ガスを含んでいることが好ましい。またキャリアガスとしてＮ２、Ｈ２等が含まれていてもよい。
【００７３】
（三族金属含有ガス供給口）
三族金属含有ガス供給口９は、三族金属含有ガス７を反応室に吐出するためのガス供給手段である。なお、三族金属含有ガス供給口９は、吐出する三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れないように配置されている。また、三族金属含有ガス供給口９は複数設置されている。
【００７４】
また、三族金属含有ガス供給口９は、窒素含有ガス供給口８と同様、基板３に正対している。これによって、三族金属含有ガス７を、基板３に対し、基板面に垂直な方向から吐出することができる。
【００７５】
また、複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９は、交互に配列されていてもよいし、同軸円状に配列されていてもよい。一実施形態において、任意の窒素含有ガス供給口８の隣に、少なくとも一つの三族金属含有ガス供給口９が配置されていることが好ましい。
【００７６】
さらに、窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７といった原料ガスをシャワー状に吐出するように複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９を配置してもよい。「原料ガスをシャワー状に吐出する」とは、各供給口から吐出される原料ガスが略同じ量であり、正対している基板３に対して、各原料ガスを均等に吐出することを指す。なお、原料ガスが基板３に均等に吐出するためには、各吐出口同士の距離を一定にすることが好ましい。
【００７７】
（排気口）
排気口１２は、反応に不要なガス（例えば、脱離したＣＨ４、キャリアガス、未反応の窒素含有ガス等）を排出するためのものである。排気口１２は、サセプタ４を挟んで、各ガス供給口とは反対側に設置されている。
【００７８】
（ヒーター）
ヒーター２は、触媒材料１を加熱する加熱手段である。ヒーター２は、触媒材料１を加熱するように、窒素含有ガス供給口８の内部または外部に取り付けられている。
【００７９】
（基板加熱ヒーター）
基板加熱ヒーター５は、基板３を加熱する加熱手段である。基板加熱ヒーター５は、サセプタ４の内部に配置されている。
【００８０】
（回転機構）
回転機構１３は、基板３に三族窒化物半導体の膜を形成させるときに、サセプタ４に載置されている基板３を回転させるためのものである。回転機構１３は、サセプタ４の下部に接続されている。
【００８１】
（窒化物半導体結晶成長装置を用いた成長方法）
以下、窒化物半導体結晶成長装置１００を用いて三族窒化物半導体を基板３上に成長させる方法について説明する。
【００８２】
まず、サセプタ４上に基板３を載置する。次に、基板加熱ヒーター５によって基板３を所定の温度に加熱する。また、反応室の圧力を所定の値に設定する。
【００８３】
圧力条件は、三族窒化物半導体層の結晶性を高める上では、０．１Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましく、１０Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒ以下であることがより好ましい。０．１Ｔｏｒｒ以上であれば、反応性が著しく低下して結晶成長が遅くなることがなく、１５２０Ｔｏｒｒ以下であれば、装置の安全性が損なわれることがない。
【００８４】
基板３の温度条件について説明する。触媒材料１が窒素含有ガス６を効率的に分解活性化しているので、窒素含有ガス６を分解するために基板３の温度を高温にする必要は無い。例えば、基板温度が４００℃以上９５０℃以下程度の低温において、基板３にＩｎＧａＮ等の結晶を成長させることが可能である。特に、触媒材料１を６００℃以上に加熱することによって、効率的にＮＨ３等を分解することができるので、基板温度をより低温にすることが可能である。また、基板３の加熱によって、活性化されていない窒素含有ガス６を分解活性化することができる。また、基板加熱ヒーター５が基板３およびサセプタ４を加熱することによって輻射熱が生じるため、当該輻射熱はヒーター２による触媒材料１の加熱および活性化を補助することが可能である。
【００８５】
三族窒化物半導体を基板３上に成長させるときは、基板３を回転機構１３によって回転させることが好ましい。また、好ましい回転速度としては、０ｒｐｍを超え１５００ｒｐｍ以下であることが好ましく、１ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下であることがより好ましい。
【００８６】
（活性種の生成）
まずガス源（図示せず）から供給された窒素含有ガス６は、窒素含有ガス供給口８から反応室に吐出される。
【００８７】
そして、窒素含有ガス供給口８に取り付けられている触媒材料１に接触することによって、窒素含有ガス６は分解活性化され、活性種が生成する。以下、窒素含有ガス６にＮＨ３が含まれており、ＮＨ３が分解活性化される場合について説明する。
【００８８】
このとき、触媒材料１がヒーター２によって加熱されていることによって、触媒材料１上でのＮＨ３の分解反応が促進されている。また、触媒材料１上でのＮＨ３の分解量を、基板３上でのＮＨ３の分解量よりも大きくするためには、触媒材料１は６００℃以上に加熱されることが好ましい。一方、基板３上でのＮＨ３の分解量を触媒材料１上でのＮＨ３の分解量よりも大きくして、触媒材料１の役割を補助的なものにする場合には、触媒材料１は１００℃程度の加熱であってもよい。
【００８９】
上記のようにＮＨ３が分解活性化される場合には、ＮＨ２、ＮＨ、Ｎ等の窒素を含んでいる活性種が生成される。
【００９０】
（活性種と三族金属含有ガスとの反応）
ガス源（図示せず）から供給された三族金属含有ガス７は、三族金属含有ガス供給口９から反応室に吐出される。三族金属含有ガス７は、活性種と反応することによって、最終的に三族窒化物半導体を形成する。
【００９１】
例えば、三族金属含有ガス７がトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属ガスを含んでいる場合には、ＮＨ２またはＮＨといった活性種と反応することによって、ＴＭＧ−ＮＨ２、ＴＭＧ−ＮＨ、ＴＭＩ−ＮＨ２またはＴＭＩ−ＮＨといった化合物を生成する。
【００９２】
生成された上記化合物は、ＣＨ４が脱離していき、最終的にはＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物が形成される。
【００９３】
（基板上に窒化物半導体を形成）
上記のように生成されたＴＭＧ−ＮＨ２、ＴＭＧ−ＮＨ、ＴＭＩ−ＮＨ２、ＴＭＩ−ＮＨ等の化合物は、ＣＨ４が脱離していき、基板３上に到達することには、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物になっており、基板３上に結晶成長する。
【００９４】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、触媒材料１を窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に取り付けているので、ＮＨ３のような難分解性のガスを効率的に分解できるという効果が得られる。特許文献１に係る発明では、圧力を真空状態（１０−４Ｔｏｒｒ程度）にする必要があったが、本実施形態では、例えば、１０〜７６０Ｔｏｒｒ程度の圧力で基板に結晶を成長させることができる。そのため、成長速度の観点から実用化に適している。また、特許文献２に係る発明では、基板表面の温度を１０００℃以上に高温加熱する必要があったが、本実施形態では、例えば、４００〜９５０℃程度の低温であっても基板に結晶を成長させることができる。そのため、基板の成長表面からの窒素の熱脱離による結晶性低下、相分離等の問題が生じにくい。
【００９５】
特に、触媒材料１を６００℃以上に加熱した場合には、ＮＨ３等を効率よく分解し、活性種を多く生成できるという効果が得られる。その結果、高効率に窒素を基板３の成長表面に取り込むことができるため、窒素空孔、結晶欠陥等を低減することができる。
【００９６】
また、本実施形態においては、基板面に正対する方向のみから窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７を吐出しているため、生成される三族窒化物半導体層の均一性を向上させることができる。一方、特許文献２のように、分解生成されたＮＨ２、ＮＨ、Ｎ等の活性種には寿命があるため基板３に対し横方向からガスを供給してしまうと、大面積基板または複数枚基板を処理するときに、面内分布を生じてしまう。本実施形態では、触媒材料１を窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に設けることにより、例え、各供給口を複数設けたとしても、基板面に正対する方向のみから窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７を吐出することができる。
【００９７】
また、このように各供給口を複数設けていても、三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れない構成になっている。つまり、触媒材料への三族金属含有ガスの付着を防止することができるため、触媒材料による窒素含有ガスの活性化を持続させることができ、効率的に三族窒化物半導体の膜を基板上に生成することができる。さらに、三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れない状態によって成膜した場合には、三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れた場合と比較して、結晶性の高い三族窒化物半導体層を基板上に形成することができる。
【００９８】
また、各供給口を複数設置することによって、大面積基板または複数枚基板を処理するときに、三族窒化物半導体層をより均一に形成できるという効果が得られる。特に、各供給口が、窒素含有ガス６および上記三族金属含有ガス７をシャワー状に吐出するように配置されていることによって、同程度の量の窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７を分散して均等に吐出できるという効果が得られる。よって、大面積においても三族窒化物半導体層の面内の組成分布をより均一にすることができる。
【００９９】
窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の配置を交互または同軸状にすることによって、各原料ガスを均等に供給することができ、より均一に三族窒化物半導体層を形成できるという効果が得られる。
【０１００】
基板加熱ヒーター５によって、基板３を加熱することによって、基板３上においても窒素含有ガス６の分解を行うことができる。また、基板加熱ヒーター５の加熱によって生じる輻射熱は、ヒーター２による触媒材料１の加熱および活性化を補助することが可能である。
【０１０１】
また、回転機構１３によって基板３を回転させる構成を有することによって、均一の三族窒化物半導体層を形成できるという効果が得られる。
【０１０２】
（変形例）
本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置１００は、例えば、図３に示すように、ヒーター２を設けない構成としてもよい。このように、触媒材料１を加熱する加熱手段を設けていなくとも、触媒材料１は基板３およびサセプタ４からの輻射熱によって加熱されている。そのため、ヒーター２を取り付けていない場合であっても、輻射熱によって触媒材料１を活性化させることができるため、ＮＨ３のような難分解性のガスを効率的に分解できる。なお、輻射熱は、基板加熱ヒーター５が基板３およびサセプタ４を加熱することによって生じる。
【０１０３】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置は、主として、三族金属含有ガス供給口を冷却する冷却手段を備えている点において、第１実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置と異なっている。本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置は、当該冷却手段を備えていることによって、触媒を加熱するためのヒーターからの熱により、三族金属が三族金属含有ガス供給口内に析出することを首尾よく回避することができる。以下、図４〜８を用いて、第２実施形態の詳細について説明する。なお、第１実施形態と同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【０１０４】
図４は、本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置２００の概略構成を模式的に示す図である。図４に示すように、窒化物半導体結晶成長装置２００は、内部を大気側と隔離する反応炉２０を備えており、反応炉２０内部には、反応室３０が設けられている。反応室３０には、基板（被処理基板）３を載置するサセプタ（基板保持部）４が備えられている。
【０１０５】
サセプタ４は、回転機構（回転手段）１３の回転伝達部の一端に備え付けられており、回転可能となっている。また、サセプタ４の下側には、基板３を加熱するための基板加熱ヒーター（基板加熱手段）５が設けられている。
【０１０６】
反応炉２０の上部には、ガス供給機構１０が配設されている。ガス供給機構１０は、窒素含有ガス６を供給するための、複数の窒素含有ガス供給口８と、三族金属含有ガス７を供給するための、複数の三族金属含有ガス供給口９とを有し、窒素含有ガス供給口８と三族金属含有ガス供給口９とは、基板に正対する面内に互いに隣接して配設されている。また、ガス供給機構１０はまた、触媒材料１、ヒーター（触媒加熱手段）２、窒素含有ガス供給源１４、三族金属含有ガス供給源１５、冷却機構（冷却手段）１７および断熱材１８を備えている。
【０１０７】
窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７は、第１実施形態と同様のものを用いることができる。基板３に窒化物半導体結晶を成膜する際には、窒素含有ガス供給源１４より供給された窒素含有ガス６が、ガス供給機構１０に配設された複数の窒素含有ガス供給口８から反応室３０内に供給されると共に、三族金属含有ガス供給源１５より供給された三族金属ガス含有ガス７が、ガス供給機構１０に配設された複数の複数の三族金属含有ガス供給口９から反応室３０内へ供給される。なお、窒素含有ガス供給口８の内部にはヒーター２により昇温された触媒材料１が設けられており、窒素含有ガス供給口８を通る窒素含有ガス６は触媒材料１により活性化された状態で反応室３０へ導入される。
【０１０８】
ここで、窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７が異なる供給口から反応室３０へ供給される構造は、触媒材料１により活性化した窒素含有ガス６が、ガス供給機構１０内や触媒材料１上などで意図しない気相反応を生じることを防ぐ上でも重要である。ただし、窒素含有ガス６と三族金属含有ガス７とが異なる供給口８、９から導入されていることから、基板３に到達するガスが不均一に分布する可能性がある。そのため、成膜処理時、基板３（またはサセプタ４）を回転機構１３が回転させることが好ましい。この場合、基板３の回転速度は、０ｒｐｍを超え１５００ｒｐｍ以下であることが好ましい。
【０１０９】
サセプタ４上に保持された基板３は、基板加熱ヒーター６により高温に加熱されている。反応室３０に導入された窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７は、高温の基板３上に到達すると気相反応が促進され、基板３上に窒化物半導体薄膜が成膜される。成膜する窒化物半導体薄膜は、第１実施形態と同様である。
【０１１０】
なお、被処理基板３上を通過した反応ガスは、反応炉２０に設けられた排気口７から排出され、図示しない排ガス処理装置にて無害化される。
【０１１１】
また、成膜時の圧力条件は、０．１Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。０．１Ｔｏｒｒ以上であれば、反応性が著しく低下して結晶成長が遅くなることがなく、７６０Ｔｏｒｒ以下であれば、装置の安全性が損なわれることがない。
【０１１２】
次に、ガス供給機構１０の詳細な構成について述べる。図８は、図４のＡの部分を拡大して示した、ガス供給機構１０の構成を模式的に示す断面図である。
【０１１３】
複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９は互いに隣接して交互に並んでいる構成となっている。このとき、両者の間の距離は出来る限り短いほうが好ましい。また、基板３の回転方向に対して、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９が交互に現れる構造であることが好ましい。すなわち、基板３を回転させたとき、基板３の任意の位置の直上に、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９が交互に現れる構造であることが好ましい。これは、両供給口の距離が開き過ぎたり、部分的に窒素含有ガス供給口８同士または三族金属含有ガス供給口９同士が集中したりすると、窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７の混合が不十分となり、作製される窒化物半導体の組成や均一性に悪影響が出るおそれがあるためである。
【０１１４】
窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の形状は特に限定されず、例えばスリット形状、シャワー状またはその組み合わせ等様々な形状であり得る。基板３側から見た、ガス供給機構１０に設けられた窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の模式的な構成例を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図６はあくまで供給機構の構成例であり、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の構成は、図６のものに限定されない。また、複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９が互いに隣接して交互に並んでいる構成ならびに図６（ａ）〜（ｄ）に示した構成は、第１実施形態でも好適に採用することができる。
【０１１５】
これら窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９は、基板３よりも大きい面積を有し、基板３に正対する面内に配設されており、基板３面に垂直な方向から各原料ガスを吐出する。これにより、基板３に対して、均一に窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９を供給することができる。
【０１１６】
触媒材料１およびヒーター２は、第１実施形態と同様に設けることができる。触媒材料１について、図４および図５に示す例では、窒素含有ガス供給口８の出口側内部に触媒材料１がコーティングされている。また、図８に示すように、触媒材料１を窒素含有ガス供給口８の内部にメッシュ状に設置してもよい。図８に示すように触媒材料１を設置することにより、図４および図５に示すように配置した場合に比べて、触媒材料１の設置表面積が増加し、より大きな活性化効果を期待できる。また、同様の効果を期待できるその他のバリエーションとしては、内部に多孔質の形状を有する触媒材料１を設置する方法も考えられる。ここでいう多孔質な形状を有する触媒材料として、例えばハニカム構造を持たせた触媒材料であったり、粒状の触媒材料を複数充填する方法、スチールウールのようなウール状に形成された触媒材料などが考えられる。また、触媒材料１は、窒素含有ガス供給口８の内部に設けてもよいし、出口端の設けてもよい。ただし、三族金属含有ガスに触れることがなく、三族金属含有ガスの付着による窒素含有ガスの活性化能力の低下を防止することができるため、窒素含有ガス供給口８の内部に触媒材料を配設することが好ましい。
【０１１７】
（冷却機構）
また、三族金属含有ガス供給口９の周囲には冷却機構１７が配設されている。冷却機構１７としては、三族金属含有ガス供給口９を冷却し得るものであればよく、公知の冷却機構を用いることができる。例えば、図４に示すように、三族金属含有ガス供給口９の周囲に冷媒を循環させる気化圧縮型または気化吸収型の冷却機構を用いることができる。また、ペルチエ効果を利用した冷却機構を用いてもよい。
【０１１８】
ここで、冷却機構１７がない場合、触媒材料１を加熱するヒーター２の加熱が、隣接する三族金属含有ガス供給口９内を流れる三族金属含有ガスを加熱し、三族金属含有ガス供給口９内、および三族金属含有ガス供給配管内で三族金属含有ガス７が分解し、三族金属が三族金属含有ガス供給口９、および供給配管内に析出することが想定される。冷却機構１７が三族金属含有ガス供給口９を冷却することで、ヒーター２の加熱が隣接する三族金属含有ガス供給口９内を流れる三族金属含有ガス７へ与える影響を低減している。
【０１１９】
なお、ヒーター２と冷却機構１７とが互いに影響を及ぼし合い、互いの能力に悪影響を及ぼさないよう、ヒーター２と冷却機構１７の間には断熱材１８を設けることが好ましい。断熱材１８としては公知の断熱材を用いることができる。
【０１２０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１２１】
触媒効果に関する実験結果を図７に示す。本実験では、窒素含有ガス（ＮＨ３＋Ｈ２、Ｎ２）を、触媒材料を設けたノズル、または触媒材料を設けていないノズルを通してサファイア基板上に導入し、基板表面の窒化量を比較した。触媒材料としては、Ｐｔを用いた。窒化量は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）を用いて測定した。また、本実験では、スパッタ回数と窒化量との関係から、深さ方向の窒素含有率の分布を測定した。図７に示すように、Ｐｔ触媒材料が設けられたノズルを用いて窒素含有ガスを導入した場合、Ｐｔ触媒材料が設けられていないノズルを用いた場合に比べて、基板表面の窒化量が増加したこと、すなわち、活性化された窒素源がより多く基板表面に到達したことが分かった。このことから、ノズル（窒素含有ガス供給口）に設けた触媒材料により窒素含有ガスの分解が促進されていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、半導体材料、特に、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子材料の製造分野において利用可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 触媒材料
２ ヒーター（触媒加熱手段）
３ 基板
４ サセプタ
５ 基板加熱ヒーター（基板加熱手段）
６ 窒素含有ガス
７ 三族金属含有ガス
８ 窒素含有ガス供給口
９ 三族金属含有ガス供給口
１０ ガス供給機構
１２ 排気口
１３ 回転機構（回転手段）
１４ 窒素含有ガス供給源
１５ 三族金属含有ガス供給源
１７ 冷却機構（冷却手段）
１８ 断熱材
２０ 反応炉
３０ 反応室
１００、２００ 窒化物半導体結晶成長装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を成長する半導体製造装置であって、特に三族窒化物半導体の気相エピタキシャル成長ウエハーの製造に好適な半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等の三族金属を用いた窒化物半導体は、１．９ｅＶから６．２ｅＶまで広域のバンドギャップを持つため、紫外域から可視光全域をカバーする発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子材料として有望な半導体である。また、近年において、上記窒化物半導体は、発光素子以外にも太陽電池、パワーデバイス等への実用化が期待されている材料である。特にＧａＮまたはＩｎＧａＮといった材料は、青色発光素子材料として実用化されており、その高品質な材料ならびに高効率な成長法および成長装置の開発が期待されている。
【０００３】
上記窒化物半導体の成長方法として、一般的に有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；以下「ＭＯＣＶＤ」と記す）がよく知られている。ＭＯＣＶＤの他の呼称としては、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）がある。
【０００４】
ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置の構成の一例を説明すれば、以下の通りである。従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源から反応炉の内部の成長室に反応ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス配管が接続されており、反応炉における内部の成長室には該成長室に反応ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス吐出孔を配設したガス供給機構がガス導入部として設置されている。
【０００５】
また、成長室の下部には、基板を載置するためのサセプタが設置されている。サセプタは、基板を加熱するためのヒーターを備え、アクチュエータによって回転軸を中心に回転自在となっている。
【０００６】
さらに、反応炉の下部には、成長室内のガスを外部に排気するためのガス排気部が設置されている。このガス排気部は、パージラインを介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置に接続されている。
【０００７】
前記構成の縦型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタに基板を設置し、サセプタを回転させ、ヒーターにより基板を所定の温度に加熱する。その後、ガス供給機構に配設されているガス吐出孔から成長室に反応ガスおよびキャリアガス（不活性ガス）を導入する。
【０００８】
このように、ＭＯＣＶＤ法は、有機金属ガスをキャリアガスと共に成長室に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の成長においては、化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、どのようにして歩留まりと生産能力とを最大限確保するかということが常に高く要求されている。
【０００９】
ＧａＮ等を基板に成長させる場合、窒素源としてアンモニアガス（ＮＨ３）が用いられるのが一般的である。しかし、ＮＨ３は、難分解性であることが知られているため、基板の成長には、Ｇａ源（例えば、トリメチルガリウム）等に対して極めて過剰なＮＨ３を供給する必要があり、非効率的である。また、基板表面においてＮＨ３を分解するためには、基板を通常１０００℃程度の高温に加熱する必要がある。しかし、この加熱によって、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の成長において、基板表面からの窒素の熱脱離による結晶性低下または相分離といった基板の成長を妨げる問題が生じる。
【００１０】
そのため、ある程度の低温条件において、ＮＨ３を供給し、基板上で効率よく反応させるための方法が検討されている。例えば、特許文献１ではクラッキングセルを用いた方法が開示されている。また、特許文献２ではタングステンメッシュを通電加熱しＮＨ３を分解供給する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平４-７４８５８号公報（１９９２年３月１０日公開）
【特許文献２】特開２００８−５６４９９号公報（２００８年３月１３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１において、窒化膜を形成するために、圧力を1０−４（Ｔｏｒｒ）以下の真空状態にする必要がある。しかし、通常のＭＯＣＶＤにおいては、成長速度確保等の観点から数Ｔｏｒｒ〜数百Ｔｏｒｒの成長条件が用いられるため、上記技術は実用化が困難である。
【００１３】
一方、特許文献２において、タングステンメッシュを１０００℃以上に加熱する必要があり、成長基板の温度上昇が懸念される。特に基板温度上昇を嫌うＩｎＧａＮ等の成膜形成には適用することは困難である。また、生産性向上のためには、大型基板および複数枚基板を同時に成長させることが好ましいが、特許文献１および２には大型基板および複数枚基板を均一に成長させるための具体的な方法は提示されていない。そのため、上記技術を用いた金属窒化物の膜形成を実用化することは、困難である。
【００１４】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長装置であって、窒素含有ガスを該基板上に供給する窒素含有ガス供給口と三族金属含有ガスを該基板上に供給する三族金属含有ガス供給口と、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料と、を備えており、該触媒材料は、該窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、該窒素含有ガス供給口および該三族金属含有ガス供給口は、何れも該基板の基板面に正対していることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料は、窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられている。そのため、多くの窒素含有ガスを触媒材料に接触させることができる。そして、多くの窒素含有ガスが分解活性化されるため、基板上において効率的に三族窒化物半導体の膜を生成することができるという効果を奏する。
【００１７】
さらに、触媒材料は、窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、特許文献２のように基板と窒素含有ガス供給口との間に設けられてはいない。そのため、窒素含有ガス供給口および三族金属含有ガス供給口を共に基板の基板面に正対させた場合であっても、三族金属含有ガス供給口から供給される三族金属含有ガスが、触媒材料に触れないように構成することができる。つまり、触媒材料への三族金属含有ガスの付着を防止することができるため、触媒材料による窒素含有ガスの活性化を持続させることができ、効率的に三族窒化物半導体の膜を基板上に生成することができるという効果を奏する。さらに、三族金属含有ガスが触媒材料に触れない状態によって成膜した場合には、三族金属含有ガスが触媒材料に触れた場合と比較して、結晶性の高い三族窒化物半導体層を基板上に形成することができるという効果を奏する。
【００１８】
そして、窒素含有ガス供給口および三族金属含有ガス供給口を何れも基板の基板面に正対させているため、基板に対して、均一に窒素含有ガスおよび三族金属含有ガスを供給することができる。よって、生成される三族窒化物半導体層の均一性を向上させることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、反応室へとつながっている窒素含有ガス供給口の内部または端部に触媒材料を設置することにより、活性種生成後に活性種が移動する距離を短くして、より多くの窒素含有ガスを活性状態のまま基板へと供給することができる。このとき、三族金属含有ガスは窒素含有ガスとは異なる供給口から反応室内に供給される。そのため、ガスが基板に到達する前に、供給口内または触媒材料上で成膜反応が生じる不具合を避けることができる。これにより、基板への成膜に寄与しない材料の消費、および、触媒材料上での成膜に起因する触媒効果の減衰を防ぐことができる。
【００２０】
以上のように、上記の構成によれば、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成することができる。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記触媒材料を加熱する触媒加熱手段を備えていることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、触媒材料を加熱しているため、触媒材料はより活性化される。そのため、窒素含有ガスがより活性化された触媒材料と接触することによって、効率的に活性種を生成することができるという効果を奏する。これにより、例えば、基板温度を低温に設定した状態においても、触媒材料が窒素含有ガスを効率的に分解活性化しているため、基板上に結晶性に優れた三族窒化物半導体層を成長させることができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記三族金属含有ガス供給口を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。
【００２４】
窒化物半導体成長装置が触媒過熱手段を備えている場合には、当該触媒加熱手段による熱で三族金属含有ガス供給口および三族金属含有ガスが加熱されるおそれがある。このとき、熱により三族金属が三族金属含有ガス供給口内に析出するおそれがある。
【００２５】
しかし、上記の構成によれば、冷却手段を用いて三族金属含有ガス供給口を冷却しているため、触媒加熱手段の熱によって三族金属含有ガスが必要以上に加熱されることはない。したがって、触媒加熱手段の熱によって三族金属含有ガスが加熱されず、三族金属含有ガス供給口に三族金属が析出することを防止できる。
【００２６】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口を夫々複数備えていることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、三族金属含有ガス供給口から供給される三族金属含有ガスが触媒材料に触れないように構成することができるため、複数の供給口を何れも基板の基板面に正対させることができる。複数の供給口を設けたことによって、広範囲に、かつ均等に各原料ガスを供給することができる。そのため、大面積基板または複数枚基板を処理するときに、三族窒化物半導体層をより均一に形成できるという効果を奏する。
【００２８】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口は、上記基板に正対し、上記基板よりも大きい面積を有する面内に互いに隣接して配設されていることが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、窒素含有ガスおよび三族金属含有ガスを基板に対して均一に吐出することができる。そのため、大型の基板または複数枚の基板に対応できるように装置を大型化した場合であっても、成膜される三族窒化物半導体層の均一性を広範囲で確保できる。
【００３０】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口が、上記窒素含有ガスおよび上記三族金属含有ガスをシャワー状に吐出するように配置されていることがより好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、上記窒素含有ガスおよび上記三族金属含有ガスをシャワー状に吐出することができる。そのため、基板に正対する複数の窒素含有ガス供給口および複数の三族金属含有ガス供給口から略同量の原料ガスを均等に吐出することができる。よって、大面積においても三族窒化物半導体層の面内の組成分布をより均一にすることができるという効果を奏する。
【００３２】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記基板が格納される反応室の圧力が、１０Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒであることが好ましい。
【００３３】
上記構成によれば、三族窒化物半導体層の結晶性を高めることができるという効果を奏する。
【００３４】
上記構成によれば、圧力を真空状態（１０−４Ｔｏｒｒ程度）にする必要がないため、成長速度の観点から実用化に適しているという効果を奏する。
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記基板を回転させる回転手段をさらに備えていることが好ましい。
【００３６】
上記構成によれば、基板を回転させることができるため、均一な三族窒化物半導体層を形成できるという効果を奏する。
【００３７】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記窒素含有ガスが、アンモニアを含有していることが好ましい。
【００３８】
上記構成によれば、アンモニアのような難分解性のガスも効率的に分解活性化することができるという効果を奏する。そのため、三族窒化物半導体層を基板上に形成するための窒素源として、アンモニアを用いることができる。
【００３９】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記基板を４００℃以上９５０℃以下に加熱する基板加熱手段をさらに備えていることが好ましい。
【００４０】
上記構成によれば、基板を加熱していることよって活性化されていない窒素含有ガスを、基板上において分解活性化することができるという効果を奏する。
【００４１】
また、基板加熱手段が基板を加熱することによって輻射熱が生じるため、当該輻射熱は触媒材料を加熱することができる。つまり、輻射熱によって触媒材料は加熱活性化されるため、窒素含有ガスをより効率的に分解活性化することができるという効果を奏する。
【００４２】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記触媒材料が、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる単体、または、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる少なくとも何れかを含有している材料であることが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の触媒材料を使用することによって、窒素含有ガスを効率的に分解することができるという効果を奏する。
【００４４】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、上記三族窒化物半導体が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮからなる群より選ばれる三族窒化物半導体であることが好ましい。
【００４５】
上記構成によれば、窒素空孔、結晶欠陥等の少ないＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の三族窒化物半導体層を有する基板を得ることができる。そのため、より高品質な半導体材料を得ることができるという効果を奏する。
【００４６】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長反応は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長方法であって、該基板の基板面に正対している窒素含有ガス供給口を介して窒素含有ガスを該基板上に供給するとともに、該基板の基板面に正対している三族金属含有ガス供給口を介して三族金属含有ガスを該基板上に供給するガス供給工程を包含しており、該窒素含有ガス供給口の内部または端部には、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料が設置されていることを特徴とする。
【００４７】
上記の方法によれば、本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置と同等の効果を奏する。
【００４８】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長反応は、上記ガス供給工程では、上記触媒材料を加熱するとともに、上記三族金属含有ガス供給口を冷却することが好ましい。
【００４９】
上記の方法によれば、触媒材料を加熱しているため、触媒材料はより活性化される。そのため、窒素含有ガスがより活性化された触媒材料と接触することによって、効率的に活性種を生成することができるという効果を奏する。これにより、例えば、基板温度を低温に設定した状態においても、触媒材料が窒素含有ガスを効率的に分解活性化しているため、基板上に結晶性に優れた三族窒化物半導体層を成長させることができるという効果を奏する。
【００５０】
さらに、冷却手段を用いて、三族金属含有ガス供給口を冷却しているため、三族金属含有ガスが必要以上に加熱されることはない。したがって、触媒材料を加熱する場合であっても、三族金属含有ガスは加熱されず、三族金属含有ガス供給口に三族金属が析出することを防止できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る窒化物半導体結晶成長装置は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長装置であって、窒素含有ガスを該基板上に供給する窒素含有ガス供給口と三族金属含有ガスを該基板上に供給する三族金属含有ガス供給口と、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料と、を備えており、該触媒材料は、該窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、該窒素含有ガス供給口および該三族金属含有ガス供給口は、何れも該基板の基板面に正対していることを特徴とする窒化物半導体結晶成長装置であるため、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成することが可能である。
【００５２】
また、本発明に係る窒化物半導体結晶成長方法は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長方法であって、該基板の基板面に正対している窒素含有ガス供給口を介して窒素含有ガスを該基板上に供給するとともに、該基板の基板面に正対している三族金属含有ガス供給口を介して三族金属含有ガスを該基板上に供給するガス供給工程を包含しており、該窒素含有ガス供給口の内部または端部には、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料が設置されていることを特徴とする窒化物半導体結晶成長方法であるため、基板上に効率よく均一に三族窒化物半導体の膜を生成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の模式図である。
【図２】触媒材料および窒素含有ガス供給口の構成のバリエーションを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の一部を拡大した模式図である。
【図６】窒素含有ガス供給口および三族金属含有ガス供給口の配置のバリエーションを示す模式図である。
【図７】触媒材料によるアンモニア分解効果実験の結果を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置の一部を拡大した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
〔第１実施形態〕
（窒化物半導体結晶成長装置）
図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る窒化物半導体結晶成長装置１００である。図１に示すように、窒化物半導体結晶成長装置１００は、触媒材料１、ヒーター（触媒加熱手段）２、サセプタ４、基板加熱ヒーター（基板加熱手段）５、複数の窒素含有ガス供給口８、複数の三族金属含有ガス供給口９、排気口１２および回転機構（回転手段）１３を備えている。
【００５５】
窒化物半導体結晶成長装置１００は、三族窒化物半導体の膜を基板上に形成するための装置である。三族窒化物半導体は、三族金属（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等）と窒素とから形成されている金属窒化物である。三族窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の金属窒化物が挙げられる。
【００５６】
（基板）
基板３は、三族窒化物半導体の膜を形成するための基板である。
【００５７】
（サセプタ）
サセプタ４は、基板３を載置するための台である。
【００５８】
（反応室）
反応室は、窒化物半導体結晶成長装置１００の内部を指す。また、三族窒化物半導体の膜が形成される場を指す。
【００５９】
（窒素含有ガス）
窒素含有ガス６は、三族窒化物半導体の窒素源となる原料ガスである。窒素含有ガス６は、窒素原子を含有しているガスを含んでいればよい。例えば、窒素含有ガス６は、ＮＨ３、Ｎ２等の窒素化合物を含んでいてもよい。また、窒素含有ガス６はさらに窒素化合物以外の気体、例えば、Ｈ２等を含んでいてもよい。
【００６０】
（窒素含有ガス供給口）
窒素含有ガス供給口８は、窒素含有ガス６を反応室内に吐出するためのガス供給手段である。窒素含有ガス供給口８は複数設置されている。各々の窒素含有ガス供給口８は、基板３に正対している。これによって、窒素含有ガス６を、基板３に対し、基板面に垂直な方向から吐出することができる。
【００６１】
（触媒材料）
触媒材料１は、窒素含有ガス６を分解活性化し、活性種（ラジカル）を生成するための触媒である。触媒材料１は、窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に取り付けられている。
【００６２】
窒素含有ガス６は、窒素含有ガス供給口８に取り付けられている触媒材料１に接触することによって、分解活性化される。例えば、触媒材料１によってＮＨ３が分解される場合には、ＮＨ２、ＮＨ、Ｎ等の窒素を含んでいる活性種が生成される。
【００６３】
触媒材料１は、窒素含有ガス６を分解活性化することができるものであれば限定されないが、例えば、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の単体またはＰｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の少なくとも何れかを含有している材料（合金）が好ましく、特に、Ｐｔ、ＷもしくはＭｏの単体、または、Ｐｔ、ＷもしくはＭｏの少なくとも何れかを含有している材料がより好ましい。また、触媒材料１がＦｅを含有している場合には、他にＰｔ、Ｗ、Ｍｏ等の少なくとも何れかを含有していることが好ましい。また、触媒材料１の設置面積が大きいほど活性化効果は大きい。
【００６４】
図２（ａ）〜（ｆ）は、触媒材料１および窒素含有ガス供給口８の構成のバリエーションを示す断面図である。触媒材料１および窒素含有ガス供給口８は、例えば、図に示されるような任意の構成をとることができる。なお、図２では、説明のため、ヒーター２は省略している。
【００６５】
一例において、図２（ａ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内部（内壁８ｂに囲まれた部分）に、メッシュ状の触媒材料１ａを設置することができる。このとき、触媒材料１ａは、特に限定されないが、窒素含有ガス供給口８の出口付近に配置されることがより好ましい。
【００６６】
また、一例において、図２（ｂ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内部に多孔質の触媒材料１ｂを設置してもよい。多孔質の触媒材料１ｂとしては、例えば、ハニカム構造等をとることができる。また、窒素含有ガス供給口８の内部に多孔質状の構造が形成されるように触媒材料１を設置してもよい。例えば、窒素含有ガス供給口８の内部に、触媒材料１を粒状に形成して充填してもよいし、触媒材料１をスチールウールのような金属ウール状に形成して充填してもよい。図２（ａ）の例と同様に、触媒材料１ｂは、特に限定されないが、窒素含有ガス供給口８の出口付近に配置されることが好ましい。
【００６７】
また、一例において、図２（ｃ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内壁８ｂの少なくとも一部を触媒材料１ｃによってコーティングしてもよい。
【００６８】
また、一例において、図２（ｄ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の出口側の端部にメッシュ状の触媒材料１ｄを設置してもよい。
【００６９】
また、一例において、図２（ｅ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の出口側の端部に多孔質の触媒材料１ｅを設置してもよい。
【００７０】
また、一例において、図２（ｆ）に示すように、窒素含有ガス供給口８の内壁８ｂを触媒材料１ｆによって形成してもよい。
【００７１】
以上のように、触媒材料１ａ〜１ｆを窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に設置することにより、触媒材料１ａ〜１ｆは窒素含有ガス供給口８から供給される窒素含有ガス６を、効率的に分解活性化できる。
【００７２】
（三族金属含有ガス）
三族金属含有ガス７は、三族窒化物半導体の三族金属源となる原料ガスである。三族金属含有ガス７は、三族金属を含有している比較的低温においてガスである化合物を含んでいれば限定されないが、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属ガスを含んでいることが好ましい。またキャリアガスとしてＮ２、Ｈ２等が含まれていてもよい。
【００７３】
（三族金属含有ガス供給口）
三族金属含有ガス供給口９は、三族金属含有ガス７を反応室に吐出するためのガス供給手段である。なお、三族金属含有ガス供給口９は、吐出する三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れないように配置されている。また、三族金属含有ガス供給口９は複数設置されている。
【００７４】
また、三族金属含有ガス供給口９は、窒素含有ガス供給口８と同様、基板３に正対している。これによって、三族金属含有ガス７を、基板３に対し、基板面に垂直な方向から吐出することができる。
【００７５】
また、複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９は、交互に配列されていてもよいし、同軸円状に配列されていてもよい。一実施形態において、任意の窒素含有ガス供給口８の隣に、少なくとも一つの三族金属含有ガス供給口９が配置されていることが好ましい。
【００７６】
さらに、窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７といった原料ガスをシャワー状に吐出するように複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９を配置してもよい。「原料ガスをシャワー状に吐出する」とは、各供給口から吐出される原料ガスが略同じ量であり、正対している基板３に対して、各原料ガスを均等に吐出することを指す。なお、原料ガスが基板３に均等に吐出するためには、各吐出口同士の距離を一定にすることが好ましい。
【００７７】
（排気口）
排気口１２は、反応に不要なガス（例えば、脱離したＣＨ４、キャリアガス、未反応の窒素含有ガス等）を排出するためのものである。排気口１２は、サセプタ４を挟んで、各ガス供給口とは反対側に設置されている。
【００７８】
（ヒーター）
ヒーター２は、触媒材料１を加熱する加熱手段である。ヒーター２は、触媒材料１を加熱するように、窒素含有ガス供給口８の内部または外部に取り付けられている。
【００７９】
（基板加熱ヒーター）
基板加熱ヒーター５は、基板３を加熱する加熱手段である。基板加熱ヒーター５は、サセプタ４の内部に配置されている。
【００８０】
（回転機構）
回転機構１３は、基板３に三族窒化物半導体の膜を形成させるときに、サセプタ４に載置されている基板３を回転させるためのものである。回転機構１３は、サセプタ４の下部に接続されている。
【００８１】
（窒化物半導体結晶成長装置を用いた成長方法）
以下、窒化物半導体結晶成長装置１００を用いて三族窒化物半導体を基板３上に成長させる方法について説明する。
【００８２】
まず、サセプタ４上に基板３を載置する。次に、基板加熱ヒーター５によって基板３を所定の温度に加熱する。また、反応室の圧力を所定の値に設定する。
【００８３】
圧力条件は、三族窒化物半導体層の結晶性を高める上では、０．１Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましく、１０Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒ以下であることがより好ましい。０．１Ｔｏｒｒ以上であれば、反応性が著しく低下して結晶成長が遅くなることがなく、１５２０Ｔｏｒｒ以下であれば、装置の安全性が損なわれることがない。
【００８４】
基板３の温度条件について説明する。触媒材料１が窒素含有ガス６を効率的に分解活性化しているので、窒素含有ガス６を分解するために基板３の温度を高温にする必要は無い。例えば、基板温度が４００℃以上９５０℃以下程度の低温において、基板３にＩｎＧａＮ等の結晶を成長させることが可能である。特に、触媒材料１を６００℃以上に加熱することによって、効率的にＮＨ３等を分解することができるので、基板温度をより低温にすることが可能である。また、基板３の加熱によって、活性化されていない窒素含有ガス６を分解活性化することができる。また、基板加熱ヒーター５が基板３およびサセプタ４を加熱することによって輻射熱が生じるため、当該輻射熱はヒーター２による触媒材料１の加熱および活性化を補助することが可能である。
【００８５】
三族窒化物半導体を基板３上に成長させるときは、基板３を回転機構１３によって回転させることが好ましい。また、好ましい回転速度としては、０ｒｐｍを超え１５００ｒｐｍ以下であることが好ましく、１ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下であることがより好ましい。
【００８６】
（活性種の生成）
まずガス源（図示せず）から供給された窒素含有ガス６は、窒素含有ガス供給口８から反応室に吐出される。
【００８７】
そして、窒素含有ガス供給口８に取り付けられている触媒材料１に接触することによって、窒素含有ガス６は分解活性化され、活性種が生成する。以下、窒素含有ガス６にＮＨ３が含まれており、ＮＨ３が分解活性化される場合について説明する。
【００８８】
このとき、触媒材料１がヒーター２によって加熱されていることによって、触媒材料１上でのＮＨ３の分解反応が促進されている。また、触媒材料１上でのＮＨ３の分解量を、基板３上でのＮＨ３の分解量よりも大きくするためには、触媒材料１は６００℃以上に加熱されることが好ましい。一方、基板３上でのＮＨ３の分解量を触媒材料１上でのＮＨ３の分解量よりも大きくして、触媒材料１の役割を補助的なものにする場合には、触媒材料１は１００℃程度の加熱であってもよい。
【００８９】
上記のようにＮＨ３が分解活性化される場合には、ＮＨ２、ＮＨ、Ｎ等の窒素を含んでいる活性種が生成される。
【００９０】
（活性種と三族金属含有ガスとの反応）
ガス源（図示せず）から供給された三族金属含有ガス７は、三族金属含有ガス供給口９から反応室に吐出される。三族金属含有ガス７は、活性種と反応することによって、最終的に三族窒化物半導体を形成する。
【００９１】
例えば、三族金属含有ガス７がトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属ガスを含んでいる場合には、ＮＨ２またはＮＨといった活性種と反応することによって、ＴＭＧ−ＮＨ２、ＴＭＧ−ＮＨ、ＴＭＩ−ＮＨ２またはＴＭＩ−ＮＨといった化合物を生成する。
【００９２】
生成された上記化合物は、ＣＨ４が脱離していき、最終的にはＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物が形成される。
【００９３】
（基板上に窒化物半導体を形成）
上記のように生成されたＴＭＧ−ＮＨ２、ＴＭＧ−ＮＨ、ＴＭＩ−ＮＨ２、ＴＭＩ−ＮＨ等の化合物は、ＣＨ４が脱離していき、基板３上に到達することには、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物になっており、基板３上に結晶成長する。
【００９４】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、触媒材料１を窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に取り付けているので、ＮＨ３のような難分解性のガスを効率的に分解できるという効果が得られる。特許文献１に係る発明では、圧力を真空状態（１０−４Ｔｏｒｒ程度）にする必要があったが、本実施形態では、例えば、１０〜７６０Ｔｏｒｒ程度の圧力で基板に結晶を成長させることができる。そのため、成長速度の観点から実用化に適している。また、特許文献２に係る発明では、基板表面の温度を１０００℃以上に高温加熱する必要があったが、本実施形態では、例えば、４００〜９５０℃程度の低温であっても基板に結晶を成長させることができる。そのため、基板の成長表面からの窒素の熱脱離による結晶性低下、相分離等の問題が生じにくい。
【００９５】
特に、触媒材料１を６００℃以上に加熱した場合には、ＮＨ３等を効率よく分解し、活性種を多く生成できるという効果が得られる。その結果、高効率に窒素を基板３の成長表面に取り込むことができるため、窒素空孔、結晶欠陥等を低減することができる。
【００９６】
また、本実施形態においては、基板面に正対する方向のみから窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７を吐出しているため、生成される三族窒化物半導体層の均一性を向上させることができる。一方、特許文献２のように、分解生成されたＮＨ２、ＮＨ、Ｎ等の活性種には寿命があるため基板３に対し横方向からガスを供給してしまうと、大面積基板または複数枚基板を処理するときに、面内分布を生じてしまう。本実施形態では、触媒材料１を窒素含有ガス供給口８の内部または出口側の端部に設けることにより、例え、各供給口を複数設けたとしても、基板面に正対する方向のみから窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７を吐出することができる。
【００９７】
また、このように各供給口を複数設けていても、三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れない構成になっている。つまり、触媒材料への三族金属含有ガスの付着を防止することができるため、触媒材料による窒素含有ガスの活性化を持続させることができ、効率的に三族窒化物半導体の膜を基板上に生成することができる。さらに、三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れない状態によって成膜した場合には、三族金属含有ガス７が触媒材料１に触れた場合と比較して、結晶性の高い三族窒化物半導体層を基板上に形成することができる。
【００９８】
また、各供給口を複数設置することによって、大面積基板または複数枚基板を処理するときに、三族窒化物半導体層をより均一に形成できるという効果が得られる。特に、各供給口が、窒素含有ガス６および上記三族金属含有ガス７をシャワー状に吐出するように配置されていることによって、同程度の量の窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７を分散して均等に吐出できるという効果が得られる。よって、大面積においても三族窒化物半導体層の面内の組成分布をより均一にすることができる。
【００９９】
窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の配置を交互または同軸状にすることによって、各原料ガスを均等に供給することができ、より均一に三族窒化物半導体層を形成できるという効果が得られる。
【０１００】
基板加熱ヒーター５によって、基板３を加熱することによって、基板３上においても窒素含有ガス６の分解を行うことができる。また、基板加熱ヒーター５の加熱によって生じる輻射熱は、ヒーター２による触媒材料１の加熱および活性化を補助することが可能である。
【０１０１】
また、回転機構１３によって基板３を回転させる構成を有することによって、均一の三族窒化物半導体層を形成できるという効果が得られる。
【０１０２】
（変形例）
本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置１００は、例えば、図３に示すように、ヒーター２を設けない構成としてもよい。このように、触媒材料１を加熱する加熱手段を設けていなくとも、触媒材料１は基板３およびサセプタ４からの輻射熱によって加熱されている。そのため、ヒーター２を取り付けていない場合であっても、輻射熱によって触媒材料１を活性化させることができるため、ＮＨ３のような難分解性のガスを効率的に分解できる。なお、輻射熱は、基板加熱ヒーター５が基板３およびサセプタ４を加熱することによって生じる。
【０１０３】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置は、主として、三族金属含有ガス供給口を冷却する冷却手段を備えている点において、第１実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置と異なっている。本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置は、当該冷却手段を備えていることによって、触媒を加熱するためのヒーターからの熱により、三族金属が三族金属含有ガス供給口内に析出することを首尾よく回避することができる。以下、図４〜８を用いて、第２実施形態の詳細について説明する。なお、第１実施形態と同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【０１０４】
図４は、本実施形態に係る窒化物半導体結晶成長装置２００の概略構成を模式的に示す図である。図４に示すように、窒化物半導体結晶成長装置２００は、内部を大気側と隔離する反応炉２０を備えており、反応炉２０内部には、反応室３０が設けられている。反応室３０には、基板（被処理基板）３を載置するサセプタ（基板保持部）４が備えられている。
【０１０５】
サセプタ４は、回転機構（回転手段）１３の回転伝達部の一端に備え付けられており、回転可能となっている。また、サセプタ４の下側には、基板３を加熱するための基板加熱ヒーター（基板加熱手段）５が設けられている。
【０１０６】
反応炉２０の上部には、ガス供給機構１０が配設されている。ガス供給機構１０は、窒素含有ガス６を供給するための、複数の窒素含有ガス供給口８と、三族金属含有ガス７を供給するための、複数の三族金属含有ガス供給口９とを有し、窒素含有ガス供給口８と三族金属含有ガス供給口９とは、基板に正対する面内に互いに隣接して配設されている。また、ガス供給機構１０はまた、触媒材料１、ヒーター（触媒加熱手段）２、窒素含有ガス供給源１４、三族金属含有ガス供給源１５、冷却機構（冷却手段）１７および断熱材１８を備えている。
【０１０７】
窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７は、第１実施形態と同様のものを用いることができる。基板３に窒化物半導体結晶を成膜する際には、窒素含有ガス供給源１４より供給された窒素含有ガス６が、ガス供給機構１０に配設された複数の窒素含有ガス供給口８から反応室３０内に供給されると共に、三族金属含有ガス供給源１５より供給された三族金属ガス含有ガス７が、ガス供給機構１０に配設された複数の複数の三族金属含有ガス供給口９から反応室３０内へ供給される。なお、窒素含有ガス供給口８の内部にはヒーター２により昇温された触媒材料１が設けられており、窒素含有ガス供給口８を通る窒素含有ガス６は触媒材料１により活性化された状態で反応室３０へ導入される。
【０１０８】
ここで、窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７が異なる供給口から反応室３０へ供給される構造は、触媒材料１により活性化した窒素含有ガス６が、ガス供給機構１０内や触媒材料１上などで意図しない気相反応を生じることを防ぐ上でも重要である。ただし、窒素含有ガス６と三族金属含有ガス７とが異なる供給口８、９から導入されていることから、基板３に到達するガスが不均一に分布する可能性がある。そのため、成膜処理時、基板３（またはサセプタ４）を回転機構１３が回転させることが好ましい。この場合、基板３の回転速度は、０ｒｐｍを超え１５００ｒｐｍ以下であることが好ましい。
【０１０９】
サセプタ４上に保持された基板３は、基板加熱ヒーター６により高温に加熱されている。反応室３０に導入された窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７は、高温の基板３上に到達すると気相反応が促進され、基板３上に窒化物半導体薄膜が成膜される。成膜する窒化物半導体薄膜は、第１実施形態と同様である。
【０１１０】
なお、被処理基板３上を通過した反応ガスは、反応炉２０に設けられた排気口７から排出され、図示しない排ガス処理装置にて無害化される。
【０１１１】
また、成膜時の圧力条件は、０．１Ｔｏｒｒ以上１５２０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。０．１Ｔｏｒｒ以上であれば、反応性が著しく低下して結晶成長が遅くなることがなく、７６０Ｔｏｒｒ以下であれば、装置の安全性が損なわれることがない。
【０１１２】
次に、ガス供給機構１０の詳細な構成について述べる。図８は、図４のＡの部分を拡大して示した、ガス供給機構１０の構成を模式的に示す断面図である。
【０１１３】
複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９は互いに隣接して交互に並んでいる構成となっている。このとき、両者の間の距離は出来る限り短いほうが好ましい。また、基板３の回転方向に対して、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９が交互に現れる構造であることが好ましい。すなわち、基板３を回転させたとき、基板３の任意の位置の直上に、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９が交互に現れる構造であることが好ましい。これは、両供給口の距離が開き過ぎたり、部分的に窒素含有ガス供給口８同士または三族金属含有ガス供給口９同士が集中したりすると、窒素含有ガス６および三族金属含有ガス７の混合が不十分となり、作製される窒化物半導体の組成や均一性に悪影響が出るおそれがあるためである。
【０１１４】
窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の形状は特に限定されず、例えばスリット形状、シャワー状またはその組み合わせ等様々な形状であり得る。基板３側から見た、ガス供給機構１０に設けられた窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の模式的な構成例を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図６はあくまで供給機構の構成例であり、窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９の構成は、図６のものに限定されない。また、複数の窒素含有ガス供給口８および複数の三族金属含有ガス供給口９が互いに隣接して交互に並んでいる構成ならびに図６（ａ）〜（ｄ）に示した構成は、第１実施形態でも好適に採用することができる。
【０１１５】
これら窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９は、基板３よりも大きい面積を有し、基板３に正対する面内に配設されており、基板３面に垂直な方向から各原料ガスを吐出する。これにより、基板３に対して、均一に窒素含有ガス供給口８および三族金属含有ガス供給口９を供給することができる。
【０１１６】
触媒材料１およびヒーター２は、第１実施形態と同様に設けることができる。触媒材料１について、図４および図５に示す例では、窒素含有ガス供給口８の出口側内部に触媒材料１がコーティングされている。また、図８に示すように、触媒材料１を窒素含有ガス供給口８の内部にメッシュ状に設置してもよい。図８に示すように触媒材料１を設置することにより、図４および図５に示すように配置した場合に比べて、触媒材料１の設置表面積が増加し、より大きな活性化効果を期待できる。また、同様の効果を期待できるその他のバリエーションとしては、内部に多孔質の形状を有する触媒材料１を設置する方法も考えられる。ここでいう多孔質な形状を有する触媒材料として、例えばハニカム構造を持たせた触媒材料であったり、粒状の触媒材料を複数充填する方法、スチールウールのようなウール状に形成された触媒材料などが考えられる。また、触媒材料１は、窒素含有ガス供給口８の内部に設けてもよいし、出口端の設けてもよい。ただし、三族金属含有ガスに触れることがなく、三族金属含有ガスの付着による窒素含有ガスの活性化能力の低下を防止することができるため、窒素含有ガス供給口８の内部に触媒材料を配設することが好ましい。
【０１１７】
（冷却機構）
また、三族金属含有ガス供給口９の周囲には冷却機構１７が配設されている。冷却機構１７としては、三族金属含有ガス供給口９を冷却し得るものであればよく、公知の冷却機構を用いることができる。例えば、図４に示すように、三族金属含有ガス供給口９の周囲に冷媒を循環させる気化圧縮型または気化吸収型の冷却機構を用いることができる。また、ペルチエ効果を利用した冷却機構を用いてもよい。
【０１１８】
ここで、冷却機構１７がない場合、触媒材料１を加熱するヒーター２の加熱が、隣接する三族金属含有ガス供給口９内を流れる三族金属含有ガスを加熱し、三族金属含有ガス供給口９内、および三族金属含有ガス供給配管内で三族金属含有ガス７が分解し、三族金属が三族金属含有ガス供給口９、および供給配管内に析出することが想定される。冷却機構１７が三族金属含有ガス供給口９を冷却することで、ヒーター２の加熱が隣接する三族金属含有ガス供給口９内を流れる三族金属含有ガス７へ与える影響を低減している。
【０１１９】
なお、ヒーター２と冷却機構１７とが互いに影響を及ぼし合い、互いの能力に悪影響を及ぼさないよう、ヒーター２と冷却機構１７の間には断熱材１８を設けることが好ましい。断熱材１８としては公知の断熱材を用いることができる。
【０１２０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１２１】
触媒効果に関する実験結果を図７に示す。本実験では、窒素含有ガス（ＮＨ３＋Ｈ２、Ｎ２）を、触媒材料を設けたノズル、または触媒材料を設けていないノズルを通してサファイア基板上に導入し、基板表面の窒化量を比較した。触媒材料としては、Ｐｔを用いた。窒化量は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）を用いて測定した。また、本実験では、スパッタ回数と窒化量との関係から、深さ方向の窒素含有率の分布を測定した。図７に示すように、Ｐｔ触媒材料が設けられたノズルを用いて窒素含有ガスを導入した場合、Ｐｔ触媒材料が設けられていないノズルを用いた場合に比べて、基板表面の窒化量が増加したこと、すなわち、活性化された窒素源がより多く基板表面に到達したことが分かった。このことから、ノズル（窒素含有ガス供給口）に設けた触媒材料により窒素含有ガスの分解が促進されていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、半導体材料、特に、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子材料の製造分野において利用可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 触媒材料
２ ヒーター（触媒加熱手段）
３ 基板
４ サセプタ
５ 基板加熱ヒーター（基板加熱手段）
６ 窒素含有ガス
７ 三族金属含有ガス
８ 窒素含有ガス供給口
９ 三族金属含有ガス供給口
１０ ガス供給機構
１２ 排気口
１３ 回転機構（回転手段）
１４ 窒素含有ガス供給源
１５ 三族金属含有ガス供給源
１７ 冷却機構（冷却手段）
１８ 断熱材
２０ 反応炉
３０ 反応室
１００、２００ 窒化物半導体結晶成長装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長装置であって、
窒素含有ガスを該基板上に供給する窒素含有ガス供給口と、
三族金属含有ガスを該基板上に供給する三族金属含有ガス供給口と、
該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料と、を備えており、
該触媒材料は、該窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、
該窒素含有ガス供給口および該三族金属含有ガス供給口は、何れも該基板の基板面に正対していることを特徴とする窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項２】
上記触媒材料を加熱する触媒加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項３】
上記三族金属含有ガス供給口を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項４】
上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口を夫々複数備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項５】
上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口は、上記基板に正対し、上記基板よりも大きい面積を有する面内に互いに隣接して配設されていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項６】
上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口が、上記窒素含有ガスおよび上記三族金属含有ガスをシャワー状に吐出するように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項７】
上記基板が格納される反応室の圧力が、１０Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項８】
上記基板を回転させる回転手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項９】
上記窒素含有ガスが、アンモニアを含有していることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１０】
上記基板を４００℃以上９５０℃以下に加熱する基板加熱手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１１】
上記触媒材料が、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる単体、または、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる少なくとも何れかを含有している材料であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１２】
上記三族窒化物半導体が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮからなる群より選ばれる三族窒化物半導体であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１３】
三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長方法であって、
該基板の基板面に正対している窒素含有ガス供給口を介して窒素含有ガスを該基板上に供給するとともに、該基板の基板面に正対している三族金属含有ガス供給口を介して三族金属含有ガスを該基板上に供給するガス供給工程を包含しており、
該窒素含有ガス供給口の内部または端部には、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料が設置されていることを特徴とする窒化物半導体結晶成長方法。
【請求項１４】
上記ガス供給工程では、上記触媒材料を加熱するとともに、上記三族金属含有ガス供給口を冷却することを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体結晶成長方法。
【請求項１】
三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長装置であって、
窒素含有ガスを該基板上に供給する窒素含有ガス供給口と、
三族金属含有ガスを該基板上に供給する三族金属含有ガス供給口と、
該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料と、を備えており、
該触媒材料は、該窒素含有ガス供給口の内部または端部に設けられており、
該窒素含有ガス供給口および該三族金属含有ガス供給口は、何れも該基板の基板面に正対していることを特徴とする窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項２】
上記触媒材料を加熱する触媒加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項３】
上記三族金属含有ガス供給口を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項４】
上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口を夫々複数備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項５】
上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口は、上記基板に正対し、上記基板よりも大きい面積を有する面内に互いに隣接して配設されていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項６】
上記窒素含有ガス供給口および上記三族金属含有ガス供給口が、上記窒素含有ガスおよび上記三族金属含有ガスをシャワー状に吐出するように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項７】
上記基板が格納される反応室の圧力が、１０Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項８】
上記基板を回転させる回転手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項９】
上記窒素含有ガスが、アンモニアを含有していることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１０】
上記基板を４００℃以上９５０℃以下に加熱する基板加熱手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１１】
上記触媒材料が、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる単体、または、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選ばれる少なくとも何れかを含有している材料であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１２】
上記三族窒化物半導体が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮからなる群より選ばれる三族窒化物半導体であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の窒化物半導体結晶成長装置。
【請求項１３】
三族窒化物半導体の膜を基板上に形成する窒化物半導体結晶成長方法であって、
該基板の基板面に正対している窒素含有ガス供給口を介して窒素含有ガスを該基板上に供給するとともに、該基板の基板面に正対している三族金属含有ガス供給口を介して三族金属含有ガスを該基板上に供給するガス供給工程を包含しており、
該窒素含有ガス供給口の内部または端部には、該窒素含有ガスを分解して活性種を生成する触媒材料が設置されていることを特徴とする窒化物半導体結晶成長方法。
【請求項１４】
上記ガス供給工程では、上記触媒材料を加熱するとともに、上記三族金属含有ガス供給口を冷却することを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体結晶成長方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７００１６（Ｐ２０１３−７００１６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４０７１９（Ｐ２０１２−４０７１９）
【出願日】平成２４年２月２７日（２０１２．２．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２７日（２０１２．２．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]