[发明专利]金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置和氮化物半导体模板

说明书

技术领域

本发明涉及金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置、和氮化物半导体模板（template）。

背景技术

氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）、氮化铟镓（InGaN）等氮化物镓化合物半导体作为能够发出从红色至紫外的光的发光元件用材料而引起关注。这些氮化物镓化合物半导体的结晶生长法之一包括以金属氯化物气体和氨为原料的氢化物气相生长法（HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy）。

作为HVPE法的特征，可以列举出与其它生长法（有机金属气相生长法（MOVPE：Meta1-Organic Vapor Phase Epitaxy）、分子束外延法（MBE：Molecular Beam Epitaxy法）中典型的数μm/hr的生长速度相比能够获得非常大的10μm/hr以上至100μm/hr以上的生长速度这一点。因此，可很好地用于GaN自支撑基板（参照专利文献1）、AlN自支撑基板的制造中。这里，“自支撑基板”是指具有能够保持自身的形状、在处理中不会产生不良的程度的强度的基板。

此外，由氮化物半导体形成的发光二极管（LED：Light Emitting Diode）通常形成在蓝宝石基板上，但在其结晶生长时，在基板的表面形成缓冲层后，在其上生长含有n型层的厚度为10～15μm左右的GaN层，并在其上按照InGaN/GaN多量子阱的发光层（总计数百nm厚）、p层（200～500nm厚）的顺序进行生长。发光层的下侧的GaN层厚是为了改善蓝宝石基板上的GaN的结晶性等。然后，进行电极形成等，最终形成如后述图7那样的元件构造。利用MOVPE法生长时，典型情况下结晶生长工序需要6小时左右的时间，但其中的一半左右是用于生长被称为模板部分的、发光层下侧的氮化物半导体层例如GaN层所需要的时间。

由以上说明可知，在模板部分的生长中若使用生长速度非常快的HVPE法，则能够大幅缩短生长时间，能够急剧降低LED用晶片的制造成本。但是，当使用能够降低制造成本的HVPE法来使模板部分生长时，不希望的杂质的混入较多，现状是难以制作优质的模板。

用于制造氮化物半导体的HVPE装置通常使用Ga、NH₃气体、HCl气体作为主原料。此外，能够有效进行膜的生成的必要生长温度是1000℃以上的高温。因此，作为气体导入管、反应炉的材料，使用对高温下反应性高的NH₃气体、HCl气体具有化学耐受性和耐热性的例如石英。具体而言，HVPE装置具有如后述图8所示那样的构造，具有分成上游侧的原料部和下游侧的生长部的圆筒状的石英制反应炉，用不锈钢（SUS）制的上游侧凸缘（flange）堵塞反应炉上游侧的开放端，用SUS制的下游侧凸缘堵塞反应炉的下游侧的开放端，贯通上游侧凸缘地从原料部向着生长部设置石英制的气体导入管。由于不能将石英制的气体导入管直接安装在上游侧凸缘上，因此在气体导入管的上游侧的端部的外侧连接SUS制配管，并将该配管安装在上游侧凸缘上（例如参照专利文献2。）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3886341号公报

专利文献2：日本特开2002－305155号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，上述构成的HVPE装置中，来自温度最高的生长部的幅射热会传导至SUS制配管而使配管部分为高温。当配管为高温时，配管内流动的气体容易与配管的构成材料反应，配管部分的构成材料因该气体而被剥落（被腐蚀），该被剥落的配管部分的构成材料有时会作为不希望的杂质而混入氮化物半导体模板中。这些情况在来自腐蚀性气体NH₃、HCl流动的配管部分的杂质混入时尤其显著。根据说明书和权利要求，“氮化物半导体模板”或简称的“模板”是指包含基板和位于发光层下侧的氮化物半导体层例如GaN层的部件，可以进一步包含缓冲层等。

因此，本发明的目的在于提供抑制了不希望的杂质混入氮化物半导体模板的金属氯化物气体发生装置、氢化物气相生长装置、和氮化物半导体模板。

解决问题的方法

本发明人等为了完成上述课题进行了深入研究，结果发现，在使用可在1000℃以上使用的金属氯化物气体发生装置而制作的氮化物半导体模板中不希望混入的杂质是由于气体导入ロ的SUS配管为高温而使配管的构成材料被配管内流动的气体腐蚀，从而作为杂质而混入的。