專利名稱：化學(xué)汽相淀積設(shè)備和化學(xué)汽相淀積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積設(shè)備和一種用于制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積方法。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種化學(xué)汽相淀積設(shè)備和化學(xué)汽相淀積方法通過從配料氣體送入反應(yīng)管的進(jìn)料方向基本上與襯底平行的方式配置的臥式反應(yīng)管的氣體引入段將配料氣體引入到襯底上，使具有良好均勻性和結(jié)晶性的半導(dǎo)體膜在已加熱的襯底上有效地進(jìn)行汽相外延生長。
背景技術(shù)：
近年來，氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體例如作為發(fā)光二極管或激光二極管元件的需求主要在光通信領(lǐng)域迅速增長。作為一種制造氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體的方法，這樣一種化學(xué)汽相淀積方法通常是已知的使用有機(jī)金屬氣體例如三甲基鎵、三甲基銦或三甲基鋁等作為第III族金屬源和氨作為氮源，通過汽相外延生長在精心放置在反應(yīng)管中的青玉等襯底的表面上生成氮化鎵系列化合物的半導(dǎo)體膜。
同時(shí)，作為一種生產(chǎn)氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體的設(shè)備，有這樣一種包含臥式反應(yīng)管的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，它包含支承襯底的基座、加熱襯底的加熱器、使送入反應(yīng)管的配料氣體的進(jìn)料方向與襯底平行的方式配置的配料氣體引入段以及反應(yīng)氣體排放段。在有這種臥式反應(yīng)管的化學(xué)汽相淀積設(shè)備中，采用這樣一種化學(xué)汽相淀積方法用以下步驟通過汽相外延生長在襯底的表面上生成半導(dǎo)體膜將襯底放在反應(yīng)管中的基座上；在用加熱器加熱襯底后，沿平行于襯底的方向送入含配料的氣體。在這樣一臥式反應(yīng)管中，存在這樣一些問題不能得到均勻的和良好結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜；或者由于在襯底周圍的熱對流引起的配料氣體擴(kuò)散和不能有效達(dá)到襯底，汽相外延生長的生長速率滯后。但是，近年來，通過在面對襯底的反應(yīng)管壁上裝備加壓氣體引入段以及通過豎直朝向反應(yīng)管內(nèi)的襯底送入不影響載氣等反應(yīng)的加壓氣體，開發(fā)了改變配料氣體朝襯底方向流向的化學(xué)汽相淀積設(shè)備或化學(xué)汽相淀積方法。
據(jù)報(bào)導(dǎo)，根據(jù)這一技術(shù)，通過按配料氣體的種類和流速適當(dāng)控制加壓氣體的流速以及襯底的加熱溫度等制得有良好結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜。但遺憾的是，根據(jù)所述的化學(xué)汽相淀積設(shè)備或所述的化學(xué)汽相淀積方法，存在許多種不利情況，因?yàn)榇怪彼腿霘饬鳎春淞系臍怏w和加壓氣體在襯底上彼此混合，有易于產(chǎn)生氣流擾動(dòng)的傾向，加壓氣流的控制困難。
例如，在大型襯底上進(jìn)行汽相外延生長或在多件襯底上同時(shí)進(jìn)行汽相外延生長的情況中，難以在寬的襯底區(qū)域內(nèi)送入均勻密度的配料氣體。此外，在用上述三甲基鎵、三甲基銦或三甲基鋁作為配料進(jìn)行汽相外延生長的情況中，因?yàn)樽鳛橐r底的加熱溫度，1000℃或更高的高溫是必要的，在襯底上產(chǎn)生復(fù)雜的氣流，也使氣流難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這樣一種使用臥式反應(yīng)管的化學(xué)汽相淀積設(shè)備或化學(xué)汽相淀積方法，甚至在大型襯底上進(jìn)行汽相外延生長(epitaxy)或在多件襯底上進(jìn)行同時(shí)汽相外延生長的情況下，或通過調(diào)節(jié)高溫進(jìn)行汽相外延生長的情況下，能有效地使具有良好均勻性和結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜在襯底上進(jìn)行汽相外延生長。
為了達(dá)到所述的目的，由于本發(fā)明人積極地反復(fù)研究，已發(fā)現(xiàn)通過在配料氣體氣路的上游側(cè)朝配料氣體氣路下游側(cè)斜下方向或水平方向送入至少一部分從加壓氣體引入段提供的加壓氣體，可減輕含配料的氣體和加壓氣體在襯底上混合產(chǎn)生的氣流擾動(dòng)。本發(fā)明在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上完成。也就是說，本發(fā)明提供這樣一種制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，所述的設(shè)備包括這樣一臥式反應(yīng)管，它裝有用于支承襯底的基座、用于加熱襯底的加熱器、使送入反應(yīng)管的配料氣體的進(jìn)料方向與襯底基本上平行的方式配置的配料氣體引入段以及反應(yīng)氣體排放段，此外在面對襯底的反應(yīng)管壁上還有加壓氣體引入段，其中在配料氣體氣路上游側(cè)至少一部分加壓氣體引入段的結(jié)構(gòu)是這樣的，以致由加壓氣體引入段的所述部分提供的加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。
此外，本發(fā)明還提供這樣一種在襯底上制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積方法，所述的方法包括以下步驟在臥式反應(yīng)管中的基座上安裝襯底，用加熱器加熱襯底、以送入反應(yīng)管的氣體進(jìn)料方向基本上平行于襯底的方式送入含配料的氣體以及從面對襯底的反應(yīng)管壁上的加壓氣體引入段送入加壓氣體，所述方法的特征在于，在配料氣體氣路的上游側(cè)將至少一部分從加壓氣體引入段提供的加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。


圖1為說明本發(fā)明化學(xué)汽相淀積設(shè)備的一實(shí)施方案的垂直剖面圖；圖2為用于將加壓氣體斜下方向或水平方向送入的加壓氣體引入段結(jié)構(gòu)的垂直剖面圖；圖3為用于將加壓氣體斜下方向或水平方向送入的加壓氣體引入段和用于將加壓氣體朝襯底向下送入的加壓氣體引入段分布實(shí)施例的平面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明用于制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積設(shè)備和化學(xué)汽相淀積方法通過以下步驟來進(jìn)行半導(dǎo)體膜的汽相外延生長將襯底支承在臥式反應(yīng)管內(nèi)的基座上，用加熱器加熱襯底，以送入反應(yīng)管的氣體進(jìn)料方向基本上與襯底平行的方式送入含有配料的氣體以及從面對襯底的反應(yīng)管壁上的加壓氣體引入段送入加壓氣體。
本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備結(jié)構(gòu)的特征在于，在配料氣體氣路的上游側(cè)至少一部分加壓氣體引入段是這樣的，以致從加壓氣體引入段的所述部分提供的加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。
此外，本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法的特征在于，在配料氣體氣路的上游側(cè)，從加壓氣體引入段提供的至少一部分加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。
在本發(fā)明用于制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積設(shè)備和化學(xué)汽相淀積方法中，對于襯底的種類、尺寸和數(shù)量或?qū)ε淞蠚怏w的種類、流速等沒有任何特別的限制。但是，就襯底來說，特別是在直徑為4英寸或更大的大型襯底進(jìn)行汽相外延生長的情況下或在6件襯底同時(shí)進(jìn)行汽相外延生長的情況下等，從能夠減少在寬的襯底區(qū)域內(nèi)由于熱對流產(chǎn)生的氣體擾動(dòng)或配料氣體擴(kuò)散的觀點(diǎn)看，本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)將被充分認(rèn)識到。襯底的典型例子是青玉、SiC和大塊氮化鎵等。
此外，就配料氣體的種類來說，特別是需要在1000℃或更高的襯底加熱溫度下進(jìn)行汽相外延生長的情況下，從能夠在寬的襯底區(qū)域內(nèi)減少熱對流產(chǎn)生的氣體擾動(dòng)或配料氣體擴(kuò)散的觀點(diǎn)看，本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)將被充分認(rèn)識到。
應(yīng)用這些配料氣體的化學(xué)汽相淀積方法的典型例子是使用三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三甲基鋁或三乙基鋁作為第III族金屬源和使用氨、單甲基肼、二甲基肼、叔丁基肼或三甲基胺作為氮源的氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體的汽相外延生長。
將參考圖1-3進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，它們不限制本發(fā)明的范圍。
圖1為說明本發(fā)明化學(xué)汽相淀積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案的垂直剖面圖。正如圖1所示，本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備包含裝有以下設(shè)備的臥式反應(yīng)管1襯底2、用于支承和旋轉(zhuǎn)襯底的基座3、用于加熱襯底的加熱器4、使送入反應(yīng)管的配料氣體的進(jìn)料方向與襯底基本上平行的方式配置的配料氣體引入段5以及反應(yīng)氣體排放段6，同時(shí)在面對襯底的反應(yīng)管壁上還裝有加壓氣體引入段7，以及在配料氣體氣路的上游側(cè)加壓氣體引入段7的至少一部分9的結(jié)構(gòu)是這樣的，以致將加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。
在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備中，將加壓氣體引入段7配置到這樣一位置，在那里含配料氣體的氣體接受從加熱器產(chǎn)生的熱作用。所以，雖然視含配料氣體的氣體流速、加熱器的位置、汽相外延生長的溫度、臥式反應(yīng)管的尺寸和形狀等而定，加壓氣體引入段7的位置不能無條件地限制，但通常這樣配置它的位置，以致加壓氣體引入段的中心在相應(yīng)于基座中心的位置12的附近。此外，加壓氣體引入段的輪廓或截面通常為圓形或橢圓形，其截面積為基座表面積的0.5-5倍左右。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用臥式反應(yīng)管來進(jìn)行半導(dǎo)體膜的汽相外延生長的情況下，雖然希望將加壓氣體從加壓氣體引入段送入反應(yīng)管，但當(dāng)加壓氣體的流速較小的時(shí)候，擔(dān)心防止在襯底周圍由熱對流產(chǎn)生的配料氣體的擴(kuò)散的作用會(huì)減弱，以及當(dāng)加壓氣體的流速較大時(shí)，擔(dān)心對襯底上半導(dǎo)體膜的汽相外延生長產(chǎn)生壞的影響。但是，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谂淞蠚怏w氣路的上游側(cè)由加壓氣體引入段提供的加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入，有可能通過消除上述擔(dān)心有效地進(jìn)行具有良好均勻性和結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜的汽相外延生長。
圖2為本發(fā)明用于將加壓氣體朝配料氣體氣路的下游側(cè)的斜下方向或水平方向送入的加壓氣體引入段9的結(jié)構(gòu)的垂直剖面圖。在本發(fā)明中，雖然對該設(shè)備的結(jié)構(gòu)等或用于斜下方向或水平方向送入加壓氣體的加壓氣體引入段的供氣開口沒有特別地限制，但設(shè)備13連接到供氣開口，例如在圖2(A)和2(B)中說明的，或采用如圖2(C)中所示的供氣開口結(jié)構(gòu)。
此外，就氣體引入段9來說，對于所有的氣體供氣開口來說，不必都有提供斜下方向或水平方向加壓氣體的結(jié)構(gòu)，例如正如圖2(D)中所示，可能配置帶有向下朝向襯底送入加壓氣體的結(jié)構(gòu)的氣體供氣開口。
圖3為說明本發(fā)明帶有使加壓氣體斜下方向或水平方向送入的供氣開口的加壓氣體引入段的分布例子的平面圖。在圖3中，配料氣體的流向?yàn)閺淖蟮接?。在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備中，上述供氣開口的結(jié)構(gòu)可為圖3(A)中所示的帶斜線的半圓形區(qū)域，它等分加壓氣體引入段的上流側(cè)和下流側(cè)，以及例如可為圖3(B)中所示的帶斜線的弧形區(qū)域，圖3(C)中所示的帶斜線的扇形區(qū)域，圖3(D)中所示帶斜線的凸透鏡形區(qū)域或圖3(E)中所示帶斜線的新月形區(qū)域。
此外，正如圖3(F)所示，也可采用加壓氣體朝下游側(cè)的送入方向逐漸地或連續(xù)地從水平方向向豎直方向變化的分布。也可采用逐漸地或連續(xù)地改變所述供氣開口對加壓氣體引入段整個(gè)面積比的分布。通過上述的配置，加壓氣體從配料氣體氣路的上游側(cè)到下游側(cè)的送入方向可從水平方向平滑地變化到豎直方向。
此外，在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備中，就斜下方向或水平方向送入加壓氣體的加壓氣體引入段9來說，如圖1所示，通常相鄰配置將加壓氣體向下朝向襯底送入的加壓氣體引入段8，但是不限于此，加壓氣體引入段9可與加壓氣體引入段8分開配置，例如在配料氣體氣路上游1-5厘米處。
另外，在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備中，作為加壓氣體引入段的結(jié)構(gòu)材料，雖然沒有任何特別的限制，但通常使用帶有微孔的多孔石英板，因?yàn)榕淞蠚怏w的分解產(chǎn)物或反應(yīng)產(chǎn)物難以沉積。至于微孔的尺寸，雖然沒有特別的限制，但通常為0.1至3毫米、更希望0.3至2毫米，因?yàn)樵谥睆捷^大的情況下，擔(dān)心影響配料氣體的均勻流出，而另一方面，在直徑太小的情況下，由于壓降增加，因而不能得到所需的氣體流量。
在本發(fā)明中，配料氣體引入段的結(jié)構(gòu)可采用有一個(gè)配料氣體引入隔板的供氣開口結(jié)構(gòu)的化學(xué)汽相淀積設(shè)備或采用分隔成有隔板或噴管的上氣體氣路和下氣體氣路結(jié)構(gòu)的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。分隔成有隔板或噴管的上氣體氣路和下氣體氣路結(jié)構(gòu)的典型例子是帶有用于提供含有三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三甲基鋁或三乙基鋁的氣體的配料氣體引入段的上氣體氣路和帶有用于提供氨、單甲基肼、二甲基肼、叔丁基肼或三甲基胺的下氣體氣路的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。
其次，將詳細(xì)描述本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法。本發(fā)明提供了這樣一種在襯底上制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積方法，所述的方法包括以下步驟以送入反應(yīng)管的進(jìn)料方向基本上與襯底平行的方式送入含配料的氣體；以及從面向襯底的反應(yīng)管壁上的加壓氣體引入段送入加壓氣體，所述方法的特征在于，在配料氣體氣路的上游側(cè)，從加壓氣體引入段提供的至少一部分加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法中，雖然從加壓氣體引入段送入的加壓氣體的流速經(jīng)調(diào)整，以便減少在襯底附近由熱對流產(chǎn)生的配料氣體的擴(kuò)散，而同時(shí)不對半導(dǎo)體膜在襯底上的汽相外延生長產(chǎn)生壞影響，但優(yōu)選進(jìn)行這樣來控制，以便使從加壓氣體引入段提供的含配料氣體的氣體在不改變方向的條件下通過襯底。
所以，雖然加壓氣體的進(jìn)料方向和流速通常不受限制，因?yàn)樗鼈兣c加熱器的位置、汽相外延生長的溫度、臥式反應(yīng)管的尺寸或形狀等有關(guān)，但是一般來說，在配料氣體氣路的上游側(cè)中加壓氣體的平均進(jìn)料方向?qū)ε淞蠚怏w氣路的方向傾斜15-75度，而襯底每相同表面積的加壓氣體的平均流速優(yōu)選為含配料的氣體流速的1/30至1/3、更希望1/10至1/4。
至于所述的襯底的表面積，規(guī)定為在化學(xué)汽相淀積下襯底棱邊表面表示的最外輪廓的軌跡圍繞的面積。此外，至于在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法中使用的加壓氣體，沒有特別的限制，只要對汽相外延生長反應(yīng)沒有影響就行，可使用惰性氣體，例如氦、氬等，或者氫、氮等。
在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法中，為了有效地進(jìn)行半導(dǎo)體膜在襯底上均勻的汽相外延生長，襯底的旋轉(zhuǎn)是希望的。此外，本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法可廣泛應(yīng)用于從相對低的溫度(約600℃)作為襯底的最高加熱溫度到相對高的溫度(1000℃或更高)的溫度范圍下的化學(xué)汽相淀積。在本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積方法中，臥式反應(yīng)管中的內(nèi)壓可為常壓、減壓或壓縮狀態(tài)，例如0.1MPa/cm2G。
在本發(fā)明中，配料氣體指在晶體生長時(shí)作為晶體構(gòu)成元素進(jìn)入晶體的元素提供源的氣體。視要生長的半導(dǎo)體膜的種類而定，配料氣體的種類是不同的。通常使用金屬氫化物例如胂、膦、硅烷等；有機(jī)金屬化合物例如三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁等；氨；肼；烷基胺等。此外，作為含配料氣體的氣體，還可使用用氣體例如氫、氦、氬、氮等稀釋配料氣體后的氣體。
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備和化學(xué)汽相淀積方法，在使用臥式反應(yīng)管的汽相外延生長中，甚至在大型襯底上進(jìn)行汽相外延生長或在多件襯底上同時(shí)進(jìn)行汽相外延生長的情況下，或者在高溫下通過調(diào)整進(jìn)行汽相外延生長的情況下，都有可能有效地使具有良好均勻性和結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜在襯底上進(jìn)行汽相外延生長。
熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識到，上面的描述是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，以及在不違背本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的條件下可作出各種變化和改變。
在以下的實(shí)施例中描述了具體說明本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案；但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明不限于這些具體的實(shí)施方案。
實(shí)施例1[化學(xué)汽相淀積設(shè)備的準(zhǔn)備]準(zhǔn)備了主要由類似圖1所示的化學(xué)汽相淀積設(shè)備結(jié)構(gòu)的由石英制成的臥式反應(yīng)管組成的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。該設(shè)備的內(nèi)部尺寸為寬280毫米(加壓氣體引入段)、高20毫米和長1500毫米?；图訜崞鳛橥鈴?60毫米的圓形，在基座的中心安裝有一件襯底以及基座的四周安裝有5件間隔相同距離的襯底，總計(jì)6件襯底，直徑2英寸，用于同時(shí)處理。
此外，以圖2(B)所示的弧形部分水平送入加壓氣體的方式組裝的帶有圓形輪廓的加壓氣體引入段使用石英玻璃燒結(jié)體制備。弧形部分的面積為整個(gè)加壓氣體引入段的1/10。
此外，調(diào)整每單位面積加壓氣體引入段的加壓氣體進(jìn)料量，使每一點(diǎn)相等。此外，加壓氣體引入段的微孔部分的面積為襯底面積的2倍。
使用上述設(shè)備，用以下步驟在直徑為2英寸的青玉襯底上進(jìn)行GaN的晶體生長。將青玉襯底固定在基座上，用氫氣置換反應(yīng)管內(nèi)的物料以后，同時(shí)從配料氣體引入段的上氣體氣路送入65升/分氫氣，通過將襯底加熱到1150℃使襯底熱處理10分鐘，同時(shí)通過加壓氣體引入段的微孔送入20升/分的氫氣。
隨后，將襯底的溫度降到500℃，一直到它穩(wěn)定為止。然后從配料氣體引入段的下氣體氣路送入氨和氫的混合氣(氨40升/分、氫10升/分)，而從配料氣體引入段的上氣體氣路送入含三甲基鎵的氫氣(三甲基鎵240微摩爾/分、氫50升/分)。50升/分氮?dú)馔ㄟ^加壓氣體引入段同時(shí)送入，而GaN的低溫汽相外延生長進(jìn)行5分鐘。
在低溫生長層生成以后，停止送入三甲基鎵并將溫度升至1100℃，一直到它穩(wěn)定為止。然后再次從配料氣體引入段的上氣體氣路送入含有三甲基鎵的氫氣(三甲基鎵240微摩爾/分、氫50升/分)，順序從微孔送入50升/分氮?dú)?，從而使GaN的汽相外延生長進(jìn)行60分鐘。制備過程中，基座以12轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，而襯底以36轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)。用這一方法使汽相外延生長重復(fù)5次。
在汽相外延生長結(jié)束后，觀察是否有固體物質(zhì)粘附到面向襯底的反應(yīng)管壁上。因此不考慮固體物質(zhì)的粘附。接著取出襯底，測量GaN膜的厚度分布，并評價(jià)厚度的均勻性。因?yàn)樵谕庋由L過程中襯底自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所以從襯底中心向邊緣的方向測量膜厚的分布。
對基座中心的1件襯底和基座四周的5件襯底測量的膜厚和變化范圍列入表1。此外，為了評價(jià)生長膜的結(jié)晶質(zhì)量和電特性，關(guān)于6件襯底的X射線衍射((002)面的半值寬)和空穴測量(遷移性)的結(jié)果也列入表1。
在這里，有關(guān)基座四周襯底的數(shù)值為5件襯底的平均值，在實(shí)施例2和以下的實(shí)施例中采用同樣的規(guī)定。
實(shí)施例2用石英玻璃燒結(jié)體制成有實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，不同的是，以圖2(D)所示的凸透鏡形部分水平送入加壓氣體的方式組裝的帶圓形輪廓的加壓氣體引入段取代原加壓氣體引入段。凸透鏡形部分的形狀為與帶有加壓氣體引入段的外周邊中心的加壓氣體引入段有相同尺寸的圓形軌跡和加壓氣體引入段的周邊圍繞的形狀。凸透鏡形部分的面積為整個(gè)加壓氣體引入段面積的1/10。
按實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行汽相外延生長實(shí)驗(yàn)和GaN膜的評價(jià)，不同的是使用這一實(shí)施例的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。結(jié)果列入表1。
實(shí)施例3使用石英玻璃燒結(jié)體制成有實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，不同的是以弧形部分為實(shí)施例1兩倍以對水平方向傾斜45度送入加壓氣體的方式組裝的帶圓形輪廓的加壓氣體引入段取代原加壓氣體引入段。按實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行汽相外延生長實(shí)驗(yàn)和GaN膜的評價(jià)等，不同的是使用這一實(shí)施例的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。結(jié)果列入表1。
實(shí)施例4用石英玻璃燒結(jié)體制作有實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，不同的是如圖2(F)所示從上游側(cè)至下游側(cè)加壓氣體的進(jìn)料方向逐漸從水平方向變化到豎直方向的方式組裝的帶圓形輪廓的加壓氣體引入段取代原加壓氣體引入段。加壓氣體的進(jìn)料方向相對于水平方向傾斜60度或30度，而引入段的面積都為整個(gè)加壓氣體引入段面積的1/10。
按實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行汽相外延生長實(shí)驗(yàn)和GaN膜的評價(jià)等，不同的是使用這一實(shí)施例的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。結(jié)果列入表1。
對比例1使用石英玻璃燒結(jié)體制作有實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，不同的是用加壓氣體全部向下朝向襯底送入的方式組裝的帶圓形輪廓的加壓氣體引入段取代原加壓氣體引入段。按實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行汽相外延生長實(shí)驗(yàn)和GaN膜的評價(jià)等，不同的是使用這一對比例的化學(xué)汽相淀積設(shè)備。結(jié)果列入表1。
表1-1

表1-2

在表1中，在“加壓氣體引入段的形狀”列括號中的數(shù)字表示斜下方向或水平方向送入加壓氣體的部分面積與整個(gè)面積的比率。
從上述結(jié)果可以得出，根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)汽相淀積設(shè)備和化學(xué)汽相淀積方法，在不受襯底位置影響的條件下在需要1000℃或更高的高溫的GaN汽相外延生長中，不管襯底是在基座的中心部分或者在基座的周圍部分，都制得均勻的和優(yōu)良電特性的GaN膜。
權(quán)利要求
1.一種制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，所述的設(shè)備包含一裝有以下設(shè)備的臥式反應(yīng)管用于支承襯底的基座；用于加熱襯底的加熱器；使送入反應(yīng)管的配料氣體的進(jìn)料方向基本上與襯底平行的方式配置的配料氣體引入段；以及反應(yīng)氣體排出段，以及在面對襯底的反應(yīng)管壁上還有加壓氣體引入段，其中在配料氣體氣路的上游側(cè)至少一部分加壓氣體引入段的結(jié)構(gòu)是這樣的，以致從加壓氣體引入段的所述部分提供的加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，其中所述加壓氣體引入段的輪廓為圓形或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，其中所述的至少一部分加壓氣體引入段的結(jié)構(gòu)為半圓形、弧形、扇形、凸透鏡形或新月形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，其中設(shè)備為在基座上安裝有多件襯底的設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，其中設(shè)備為在基座上安裝有直徑為4英寸(約101.6毫米)或更大的大型襯底的設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，其中設(shè)備為在配料氣體引入段中的氣體氣路分隔成有隔板或噴管的上氣體氣路和下氣體氣路的設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，其中配料氣體引入段中的上氣體氣路為用于提供含三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三甲基鋁或三乙基鋁的氣體的氣路，而配料氣體引入段中的下氣體氣路為用于提供氨、單甲基肼、二甲基肼、叔丁基肼或三甲基胺的氣路。
8.一種在襯底上制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積方法，所述的方法包括以下步驟將襯底安裝在臥式反應(yīng)管中的基座上，用加熱器加熱襯底，以送入反應(yīng)管的氣體的進(jìn)料方向基本上平行于襯底的方式送入含配料的氣體以及從面對襯底的反應(yīng)管壁上的加壓氣體引入段送入加壓氣體，其特征在于，在配料氣體氣路的上游側(cè)從加壓氣體引入段提供的至少一部分加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的化學(xué)汽相淀積方法，其中所述襯底的最高加熱溫度為1000℃或更高。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的化學(xué)汽相淀積方法，其中通過使用三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三甲基鋁或三乙基鋁作為第III族金屬源和使用氨、單甲基肼、二甲基肼、叔丁基肼或三甲基胺作為氮源，使氮化鎵化合物半導(dǎo)體進(jìn)行化學(xué)汽相淀積。
全文摘要
公開了一種制備半導(dǎo)體膜的化學(xué)汽相淀積設(shè)備，所述的設(shè)備包括裝有以下設(shè)備的臥式反應(yīng)管支承襯底的基座、加熱襯底的加熱器、使送入反應(yīng)管的配料氣體的進(jìn)料方向基本上與襯底平行的方式配置的配料氣體引入段以及反應(yīng)氣體排出段，以及在面對襯底的反應(yīng)管壁上還有加壓氣體引入段，其中在配料氣體氣路的上游側(cè)加壓氣體氣路的至少一部分的結(jié)構(gòu)是這樣的，以致從加壓氣體引入段的所述部分提供的加壓氣體以斜下方向或水平方向朝配料氣體氣路的下游側(cè)送入。在這里還公開了一種使用所述設(shè)備的化學(xué)汽相淀積方法。從而甚至在大型襯底進(jìn)行化學(xué)汽相淀積或多件襯底同時(shí)進(jìn)行化學(xué)汽相淀積的情況下或在高溫下，也可制得有良好結(jié)晶度的均勻半導(dǎo)體膜。
文檔編號C30B25/14GK1392595SQ02122659
公開日2003年1月22日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月18日
發(fā)明者酒井士郎, 高松勇吉, 森勇次, 王宏興, 小宮由直, 吳羽羚兒, 石濱義康, 綱島豐 申請人:日本派歐尼股份株式會(huì)社, 德島酸素工業(yè)株式會(huì)社