气相沉积装置以及相关的方法
【专利摘要】一种气相沉积装置(1)，包括：沉积腔(4)，用于在衬底上进行膜的沉积；源气体管(21)和(31)，用于供应源气体；传送单元(5)，用于在沉积腔(4)的内部传送衬底，使得在从源气体管(21)和(31)中任意一个的排气口供应源气体的同时，衬底交替处于以下两种状态：衬底位于面向用于供应源气体的排气口的沉积区域中的状态以及衬底位于除了沉积区域之外的其他区域中的状态；以及供应管(7)，用于向位于其他区域中的衬底S供应含有V族元素的气体。
【专利说明】气相沉积装置以及相关的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气相沉积装置以及膜沉积方法。
【背景技术】
[0002]近年来，作为一种用于实现由II1-V族化合物制成的半导体层的增强结晶度的工艺，迁移增强外延(MEE)得到了积极的研究(例如，参见日本特开专利号2003-142，404:下文称作文献I)。
[0003]这种MEE是一种促进III族元素原子的表面扩散加速的工艺，例如涉及到交替进行III族元素原子的供应和V-族元素原子的供应。交替供应不同元素的原子导致如下情况:当供应III族元素的原子时不会供应V族元素的原子,这样施加到III族元素原子上的压力减小，并且激活了 III族元素原子的表面扩散。这使得已经被吸收到生长表面的III族元素原子在表面上扩散，到达在生长表面上形成的扭结部和台阶部。据其描述，通过这种方式生长的结晶度导致获得了来源于下层结晶度的得到改善的晶体。
[0004]引用列表
[0005]专利文献
[0006][PTL I]日本特开专利号 2003-142，404
【发明内容】
[0007]如日本特开专利号2003-142,404中所描述的，通常，上述MEE主要在原子束外延(MBE)中得到实施。当在金属有机化学气相沉积(MOCVD)或在氢化物气相外延(HVPE)中实施MEE时，MEE(通常也被称作流量调节外延(FME))需要复杂的工作，这是需要考虑的。这将参照图9进行描述，图9示出了传统的MOCVD装置。当在这一装置中开始实施MEE时，首先将衬底S布置在基座91上。然后，交替实施从气体引导管93供应三甲基镓(TMG)和从气体引导管94供应氨气(NH3)气体。这种工艺需要接连实施从气体引导管93供应三甲基镓以及停止三甲基镓的供应，这需要相当长的时间和非常复杂的工作。因此，在传统工艺中实际上很难在MOCVD或在HVPE中通过MEE获得期望的膜的厚度，因而难以通过实施MEE来获得具有更好结晶度的πι-v族化合物的半导体膜。
[0008]基于对上述问题的考虑提出了本发明。更具体而言，根据本发明的一个方案，提供了一种气相沉积装置，用于在衬底上沉积II1-V族化合物半导体的膜，包括:沉积腔，用于在所述衬底上沉积所述膜；源气体管，用于在所述沉积腔中供应源气体，所述源气体包括含有III族元素的气体以及含有V族元素的能够与所述含有III族元素的气体反应以沉积所述膜的反应气体；传送单元，用于在所述沉积腔的内部传送所述衬底，使得在从所述源气体管的排气口供应所述源气体的同时所述衬底交替处于面向状态和其他状态，所述面向状态是所述衬底位于面向用于供应所述源气体的所述排气口的沉积区域中的状态，所述其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的状态；以及供应管，用于将含有V族元素的气体供应到位于所述其他区域中的所述衬底。
[0009]根据本发明的上述方案，能够在沉积腔内传送衬底，使得在从源气体管的排气口供应源气体的同时衬底交替处于以下两种状态:即衬底位于面向用于供应源气体的排气口的沉积区域中的状态和衬底位于除了沉积区域之外的其他区域中的状态。这允许针对单个衬底交替实施在衬底表面上供应源气体的操作以及不供应源气体的操作。该不供应源气体的操作允许加速用作原材料的III族元素的扩散，从而能够获得结晶度得到改善的II1-V族化合物半导体膜。
[0010]除此之外，根据本发明的气相沉积装置包括供应管，该供应管用于将含有V族元素的气体供应到位于沉积区域之外的其他区域中的衬底。从供应管供应含有V族元素的气体能够在不供应源气体的情况下向V族元素的原子提供一定程度的压力，使得能够防止V族元素的原子从衬底表面消除。
[0011]此外，根据本发明，还提供了一种用于沉积膜的处理方法。更具体而言，根据本发明的另一方案，提供了一种用于通过气相沉积在衬底上沉积II1-V族化合物半导体的膜的处理方法，包括:用源气体在所述衬底上沉积II1-V族化合物半导体膜，所述源气体包括含有III族元素的气体以及含有V族元素的能够与所述含有III族元素的气体反应的反应气体；其中，在所述沉积腔的内部移动所述衬底，使得在从所述源气体管向沉积腔的内部供应所述源气体的同时所述衬底交替处于面向状态和其他状态，所述面向状态是所述衬底位于面向所述源气体管的排气口的沉积区域的状态，所述其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域的状态；以及其中，所述沉积所述半导体膜包括:在所述沉积腔内从所述源气体管供应所述源气体的同时，将含有V族元素的气体供应到位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的所述衬底。在本发明的用于膜沉积的处理方法中同样能够获得上述有益效果。
[0012]根据本发明，能够提供使得II1-V族半导体膜具有改善的结晶度的气相沉积装置和用于膜沉积的处理方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是示出根据本发明的气相沉积装置的剖面图。
[0014]图2是图1所示的气相沉积装置的平面图。
[0015]图3是示出图1所示气相沉积装置的一部分的示意图。
[0016]图4是示出图1所示气相沉积装置的另一部分的平面图。
[0017]图5是示出图1所示气相沉积装置的又一部分的剖面图。
[0018]图6是图1所示气相沉积装置的框图。
[0019]图7包括多个图，指示沉积工艺期间一个衬底上的III族元素的浓度和V族元素的浓度的变化。
[0020]图8是示出根据本发明的改型例的气相沉积装置的剖面图。
[0021]图9是示出传统气相沉积装置的示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施方式。在所有附图中，相同的附图标记指代在多个图中出现的共同的元件，因而将不再重复其详细描述。在一开始，将参照图1到图7描述本实施例的气相沉积装置I的概况图。本实施例的气相沉积装置I是用于将II1-V族化合物半导体的膜沉积在衬底S上的装置，具体而言，是一种用于通过化学气相沉积工艺形成II1-V族化合物半导体膜的装置。如图1所示，该气相沉积装置I包括:沉积腔4，用于进行衬底S上的膜的沉积；源气体管21和31，用于将源气体分别供应到沉积腔4中，该源气体包括含有III族元素的气体以及含有V族元素的能够与含有III族元素的气体反应的反应气体；传送单元5，用于在沉积腔4的内部传送衬底S，使得在从源气体管21和31中任意一个的排气口供应源气体的同时衬底S交替处于面向状态和其他状态，在面向状态下，衬底位于面向用于供应源气体的排气口的沉积区域中，在其他状态下，衬底位于除了沉积区域之外的其他区域中；以及供应管7，用于将含有V族元素的气体供应到位于其他区域中的衬底S。
[0023]这里，典型的III族元素包括镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)以及硼(B)中的一个或多个。
[0024]典型的V族元素包括氮(N)、砷(As)和磷(P)中的一个或多个。此外，用于II1-V族化合物半导体膜的典型II1-V族化合物包括以下中的任何一个:氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化硼(BN)以及诸如 GaAIN、InGaN、GaBN、AlBN、InBN、GaNAs、InNAs、AlNAs以及BNAs之类的三元化合物或其混合晶体。衬底S的典型而非限制性的示例例如包括蓝宝石衬底、碳化硅(SiC)衬底、氧化锌(ZnO)衬底以及硅衬底。此外，衬底S的典型而非限制性的大小可以例如是2到6英寸。除此之外，在以下的实施例中，以氮作为V族元素的示例，以Ga作为III族元素的示例，并且将示出用于生成GaN膜的示例性实施方式。当然，本发明的气相沉积装置I也可以用来生成除了 GaN之外的II1-V族化合物半导体的膜。例如，当生成GaAlN时，除了沉积Ga源之外，还可以在氢化物沉积气体供应单元2 (用于氢化物气相沉积的气体供应单元)的第二内管213的内部沉积Al源。此外，在有机金属沉积气体供应单元3 (用于金属有机化学气相沉积的气体供应单元)中，除了供应三甲基镓之外，还可以额外供应三甲基铝。
[0025]接下来，将详细描述本实施的气相沉积装置I。将参照图1进行以下描述。图1是“偏移(displacement)”剖面图，其中，图2的平面图中沿着A-A线的方向与沿着B-B线的方向的截面一致。该气相沉积装置I包括沉积腔4、氢化物沉积气体供应单元2、有机金属沉积气体供应单元3、传送单元5以及供应管7。
[0026]氢化物沉积气体供应单元2的作用是在沉积腔4内实施氢化物气相沉积。氢化物沉积气体供应单元2包括第一源气体管(用于氢化物气相沉积的气体管)21和阻热单元22，阻热单元22布置在第一源气体管21的外部。第一源气体管21的作用是朝向衬底S排放第一源气体，该第一源气体包括含有卤素和III族元素的气体以及含有V族元素的反应气体。第一源气体管21被配置为具有三个管(外管211、第一内管212和第二内管213)。
[0027]外管211是用于将反应气体供应到沉积腔4中的管。反应气体是含有V族元素的气体。此外，如上所述，该反应气体也是用于通过与含有卤素和III族元素的气体反应而在衬底S上沉积膜的气体。在本实施例中，外管211在沉积腔4中供应用作反应气体的氨气。
[0028]第一内管212的直径小于外管211的直径，因而第一内管212插入到外管211中。在第一内管212内供应非反应气体。该非反应气体是与反应气体以及含有卤素和III族元素的气体均不反应的气体。典型的非反应气体例如包括氢气。
[0029]第二内管213的直径小于第一内管212的直径，因而第二内管213插入到第一内管212中。含有卤素和III族元素的气体通过第二内管213被供应到沉积腔4中。该含有卤素和III族元素的气体是与从外管211排出的反应气体反应从而在衬底S上沉积膜的气体。优选的是，该含有卤素和III族元素的气体是含有III族元素的卤代化合物(卤化物)的气体，典型地例如是氯化镓(GaCl)气体。第二内管213的内部设置有用于含有卤素和III族元素的气体的原材料来源，典型的，例如，容纳含有III族元素(例如Ga)的原材料20的容器(船型源)24。
[0030]导管25和导管26耦接至容器24。通过导管25在该容器24内供应用于生成含有卤素和III族元素的气体(含有卤素的气体，例如氯化氢(HCl)气体)的气体，然后该气体在容器24中与原材料20反应以产生含有卤素和III族元素的气体(例如，氯化镓(GaCl)气体)。由此生成的含有卤素和III族元素的气体从导管26排出，然后通过第二内管213的排气口供应到沉积腔4中。可替代地，也可以从外管211供应含有卤素和III族元素的气体，并且可以从第二内管213供应反应气体。
[0031]对应于第一源气体管21的圆周的位置(特别地，容器24的圆周)设置有用于加热第一源气体管21内部的加热单元(例如，加热器，图中未示出)。此外，阻热单元22布置在该加热器的圆周内(外圆周)。在本实施例中，阻热单元22被配置为包括多个管状金属部件223以及冷却单元224，该多个管状金属部件223被设置为围绕第一源气体管21的圆周(特别是容器24的圆周)，该冷却单元224布置在该金属部件223的外围。例如，该金属部件223是具有三联体结构的管子。该金属部件223的外围设置有构成冷却单元224的管道以及冷却流体W(例如，诸如水之类的液体)，该流体W在该管道的内部流动从而实现与加热单元产生的热量的绝热(参见图3的示意图)。
[0032]同时，有机金属沉积气体供应单元3用于在沉积腔4中实施金属有机化学气相沉积。该有机金属沉积气体供应单兀3包括第二源气体管31 (用于金属有机化学气相沉积的气体管)，该第二源气体管31用于将含有有机金属的气体以及与该气体反应的反应气体的第二源气体供应至布置在沉积腔4中的衬底S。导管34和导管33耦接至该第二源气体管31。导管34用于供应含有有机金属的气体，导管33用于供应反应气体。第二源气体管31的排气口设置有用作气体供应单元的喷头32，该喷头32包括附接至该喷头的多个孔，并且通过该喷头32的多个孔在沉积腔4中供应含有有机金属的气体以及与该气体反应的反应气体。含有有机金属的气体是含III族元素的有机金属气体，典型的含有有机金属的气体例如包括诸如三甲基镓之类的有机金属气体。另一方面，反应气体的典型示例例如包括含有V族元素的气体，例如氨气等。含有有机金属和反应气体的气体通过喷头32的不同的孔分别供应到沉积腔4的内部。
[0033]沉积腔4配置有例如由不锈钢等制成的腔体。用于支撑衬底S的传送单元5布置在该沉积腔4的内部。该传送单元5包括用于支撑衬底S的基座51以及用于提供基座51的旋转驱动的驱动单元52。该基座51是碟形形式，从一个侧面(前面)支撑衬底S。基座51用于支撑衬底的一面是与基座51的旋转轴L正交布置的面并且也是与耦接至驱动单元52的面相对布置的面。衬底S被支撑为使得衬底的前表面朝向源气体管21和31 —侧定向。换句话说，衬底S被布置为使得衬底S的前表面正交于来自源气体管21和31的气体供应方向。在本实施例中，基座51支撑多个衬底S，并且这些衬底S沿着圆心与基座51的旋转轴一致的圆布置。
[0034]驱动单元52耦接至基座51。驱动单元52包括轴521以及电机522，该轴521从基座51的背面的一侧支撑基座51，该电机522耦接至该轴521。该电机522被致动以促使形成围绕旋转轴L的中心的轴521的旋转驱动。在从沿着基座51的旋转轴L的方向看去的平面图中，沿着通过基座51的旋转驱动而移动的衬底S的圆形描迹来布置第一源气体管21至沉积腔4的排气口和第二源气体管31至沉积腔4的排气口(参见图4)。这里，图4是气相沉积装置I的平面图，提供关于从第一源气体管21和第二源气体管31看去的基座51的图示。这里，基座51自身通过驱动单元52围绕其中心旋转。被基座51支撑的衬底S进而沿着圆心与基座51的旋转轴L 一致的单个圆移动，因而围绕基座51的旋转轴L的中心回转。衬底S围绕基座51的旋转轴L的中心的回转使得衬底S交替处于以下两个状态:
[0035](I)面向状态，在该状态下，衬底S面向第一源气体管21的排气口(第一源气体从第一源气体管21的排气口排出)，或者面向第二源气体管31的排气口(第二源气体从第二源气体管31的排气口排出)，并且衬底S位于排气口正下方的沉积区域中；以及
[0036](2)其他状态，在该状态下衬底S位于除了沉积区域之外的其他区域(非沉积区域)中。
[0037]将参照图4进行进一步的详细描述，支撑衬底S的基座51被旋转为，使得位于第一源气体管21的排气口或第二源气体管31的排气口的正下方的沉积区域中的衬底S开始沿着圆心与旋转轴L一致的圆移动。然后，衬底S被传送至除了沉积区域之外的其他区域。在该其他区域中，几乎没有来自第一源气体管21或来自第二源气体管31的源气体被供应至衬底S。然后，基座51继续旋转，使得衬底S再次被传送到第一源气体管21的排气口或第二源气体管31的排气口正下方的沉积区域。重复这种循环以实现在衬底S上的膜沉积。
[0038]此外，当如图4所示，由基座51支撑的衬底S被布置为面向第一源气体管21的排气口时，第一源气体管21的排气口的直径略大于衬底S的直径，并且因此，被配置为在从该装置的上侧看去的平面图中(从第一源气体管21 —侧看去的平面图)，单片衬底S适配进排气口中。然而，当在从上侧看去的平面图中单片衬底S适配进排气口中的同时，并不是所有被基座51支撑的衬底S都适配进该单个排气口中。在本实施例中，当在从上侧看去的平面图中单片衬底S适配进单个排气口中的同时，有多个衬底S没有适配进其中。
[0039]类似地，当由基座51支撑的衬底S被布置为面向第二源气体管31的排气口时，第二源气体管31的排气口的直径略大于衬底S的直径，相应地，被配置为在从上侧看去的平面图中，单片衬底S适配进排气口中。然而，当在从上侧看去的平面图中单片衬底S适配进排气口中的同时，不是所有被基座51支撑的衬底S都能被适配进该单个排气口中。在本实施例中，在从上侧看去的平面图中单片衬底适配进单个排气口中的同时，有多个衬底S没有适配进其中。除此之外，如图1所示，用作加热单元的多个加热器53被布置在基座51的背面。这些加热器53中的每个加热器在沉积工艺期间从背面加热每个衬底S。
[0040]此外，用于从沉积腔4排出气体的导管6连接至沉积腔4。
[0041]此外，供应管7也连接至沉积腔4。供应管7的尖端部分插入腔体内部。该供应管7用于将含有V族元素的气体供应到位于沉积腔4中的上述其他区域中的衬底S上方。这里，含有V族元素的气体可以含有在上述反应气体中所包含的V族元素，这就足够了，并且典型地是例如氨气、氮气和联氨中的一种或多种的气体。在这些气体中，从降解性更好的角度来看，优选为氨气。可替代地，当在从氢化物沉积气体供应单元2供应的反应气体中所包含的V族元素与从有机金属沉积气体供应单元3供应的反应气体中所包含的V族元素不同时，由供应管7供应从任意一个(在沉积工艺中)处于工作中的气体供应单元供应的反应气体所包含的含有V族元素的气体。
[0042]如图1、图4和图5所示，这种供应管7的至少尖端部分与旋转轴L平行地延伸。在本实施例中，供应管7在旋转轴L上被拉长。此外，在从沿着旋转轴L的方向看去的平面图中，供应管7被布置在围绕旋转轴L的外围回转的衬底S的圆形描迹内。此外，供应管7的尖端部分与第一源气体管21和第二源气体管31平行地延伸，并且还竖直地延伸。
[0043]如图4和图5所示，该供应管7被配置为朝向除了第一源气体管21的排气口正下方的上述沉积区域和第二源气体管31正下方的沉积区域之外的其他区域供应含有III族元素的气体。
[0044]更具体而言，位于沉积腔4内部的供应管7的尖端部分的侧面设置有形成于其中的多个孔71，并且气体经由这些孔被排出。这允许从供应管7径向地将气体排出在沉积腔4中。这里，孔71布置在供应管7的尖端的侧面中，使得每个孔沿着供应管7的圆周方向彼此间隔开。然而，如图4所示，在从旋转轴L方向上看去的平面图中，该孔71并不是布置在穿过第一源气体管21的排气口的中心以及供应管7的中心(供应管7的轴线，在该情况下该轴线与旋转轴L 一致)的直线上，并且不是布置在穿过第二源气体管31的中心和供应管7的中心的直线上。
[0045]气体从供应管7的各个孔71朝向正交于供应管7的延伸取向的方向排出。更具体而言，气体从供应管7的各个孔71朝向围绕旋转轴L回转的衬底S的前表面的上侧排出。除此之外，供应管7的尖端的表面是闭合的，气体没有从该尖端的表面排出。在本实施例中，在孔71布置在供应管7的尖端的侧面中使得每个孔沿着供应管7的圆周方向彼此间隔开的同时，每个孔71距离源气体管的尖端的高度可以相同，也可以不同。然而，从保持在衬底S表面上的气体密度分布均匀性的角度来看，优选的是，将每个孔71距离源气体管的尖端的高度设计为相同。
[0046]此外，如图6所示,该气相沉积装置I包括控制单元80、温度检测单元82、转速检测单元83、存储单元84、阀门VO到V5以及各种类型的气体源GO到G5。温度检测单元82用于检测沉积腔4中衬底S的温度。典型的温度检测单元82例如是红外检测装置，其能够检测从衬底S的表面发出的红外线的强度从而确定衬底的表面温度。转速检测单元83用于检测轴521的转速，并且通常由例如编码器、电磁旋转检测器、光电旋转检测器等组成，并且典型地安装在电机522的动力轴中以检测轴521的转速。
[0047]控制单元80包括温度控制单元802、旋转驱动控制单元803以及阀门控制部804。温度控制单元802用于控制衬底S的表面温度，并且提供对加热器53的激活的控制。旋转驱动控制单元803用于控制轴521的转速，并且提供对电机522的激活的控制。阀门控制单元804控制阀门VO到V5的开关，还控制从各个管供应的气体的流量。
[0048]这里，氢化物沉积气体供应单元2的第一内管212耦接至阀门V0。此外，非反应气体源GO耦接至阀门VO。阀门VO打开以促使将非反应气体从非反应气体源GO供应至第一内管212中。此外，氢化物沉积气体供应单元2的外管211耦接至阀门VI。此外，反应气体源Gl耦接至阀门VI。阀门Vl打开以促使反应气体从反应气体源Gl供应至外管211中。此外，氢化物沉积气体供应单元2的导管25耦接至阀门V2。此外，含有卤素的气体的源G2耦接至阀门V2。
[0049]阀门V2打开以将含有卤素的气体从含有卤素的气体的源G2供应到导管25中。这里，气体源GO到G2构成氢化物沉积气体供应单元2。
[0050]此外，阀门V3耦接至供应管7，并且还耦接至含有V族元素的气体的源G3。阀门V3打开以促使含有V族元素的气体从含有V族元素的气体的源G3供应到供应管7中。
[0051]此外，含有有机金属的气体的源G4耦接至阀门V4。此外，有机金属沉积气体供应单元3的导管34也耦接至阀门V4。该阀门V4打开，以促使含有有机金属的气体从含有有机金属的气体的源G4供应到导管34中。此外，反应气体源G5耦接至阀门V5。此外，有机金属沉积气体供应单元3的导管33耦接至阀门V5。该阀门V5打开以促使反应气体从反应气体源G5供应到导管33中。这里，气体源G4到G5构成有机金属沉积气体供应单元3。
[0052]在氢化物气相沉积工艺期间每单位时间供应的各气体的量(流量)、衬底S的温度、第一源气体管21的内部的温度以及轴521的转速均存储在存储单元84中。此外，存储单元84存储有:在金属有机化学气相沉积工艺期间各气体的流量；衬底S的温度；以及轴521的旋转速度。换句话说，各气体的流量、衬底S的温度、第一源气体管21的内部的温度以及轴521的转速与气体供应单元的类型信息(气相沉积类型信息)相关联地存储在存储单元84中。
[0053]然而，与氢化物气相沉积的类型信息相关联存储的来自供应管7的气体的流量不同于与金属有机化学气相沉积的类型信息相关联存储的来自供应管7的气体的流量。此夕卜，与氢化物气相沉积的类型信息相关联存储的衬底S的温度不同于与金属有机化学气相沉积的类型信息相关联存储的衬底S的温度。此外，与氢化物气相沉积的类型信息相关联存储的轴521的转速可以和与金属有机化学气相沉积的类型信息相关联存储的轴521的转速相同，也可以不同。
[0054]接下来，将描述采用上述气相沉积装置I沉积II1-V族化合物半导体的膜的工艺。首先，将多个衬底S布置在基座51上。接下来，操作者向气相沉积装置I输入用于请求开始激活氢化物沉积气体供应单元2的信号(激活请求信号)。温度控制单元802接收激活请求信号。然后，温度控制单元802基于激活请求信号从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联存储的衬底S的温度。然后，温度控制单元802激活加热器53以将衬底S加热至在存储单元84中存储的预定温度。另一方面，接收到激活请求信号的温度检测单元82检测衬底S的表面温度。该温度控制单元802判定用温度检测单元82检测到的衬底S的表面温度是否达到在存储单元84中存储的预定温度(例如，1040摄氏度)，并且控制加热器53的激活以达到该预定温度。
[0055]此外，当在本实施例中操作者向气相沉积装置I输入用于请求开始激活氢化物沉积气体供应单元2的信号(激活请求信号)时，第二温度控制单元(这里未示出)接收该激活请求信号。然后，第二温度控制单元基于该激活请求信号从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联存储的第一源气体管21的温度。然后，第二温度控制单元激活加热单元(这里未示出)以将第一源气体管21加热至在存储单元84中存储的预定温度。另一方面，第一源气体管21的温度通过第二温度检测单元(未在此处示出)来检测，并且第二温度检测单元接收激活请求。第二温度控制单元判定用第二温度检测单元检测到的第一源气体管21的温度是否达到存储单元84中存储的预定温度(例如，850摄氏度)，并且控制第二加热单元的激活以达到预定温度。
[0056]旋转驱动控制单元803判定用温度检测单元82检测到的衬底S的表面温度是否达到预定温度，并进一步判定用第二温度检测单元(此处未示出)检测到的第一源气体管21内部的温度是否达到预定温度。当旋转驱动控制单元803判定衬底S的表面的温度达到预定温度并且第一源气体管21内部的温度达到预定温度时，旋转驱动控制单元803激活电机522以促使轴521以根据在存储单元84中存储的信息的转速旋转。更具体而言，基于用于旋转轴521的激活请求信号，从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型相关联存储的转速。然后，衬底S沿着围绕轴L的圆移动。通过转速确定单元83来检测轴521的转速，并且通过旋转驱动控制单元803来控制电机522的驱动，使得检测到的转速达到存储单元84中存储的转速。除此之外，当旋转驱动控制单元803判定衬底S的表面温度没有达到预定温度或判定第一源气体管21的内部温度没有达到预定温度时，旋转驱动控制单元803不致动电机522。
[0057]当判定通过转速检测单元82检测到的转速达到预定转速时，阀门控制单元804控制各阀门的打开和关闭。阀门控制单元804基于激活请求信号从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联存储的每单位时间内各供应气体的量(流量)。然后，基于检索到的各个流量，控制阀门V0、V1、V2、V3、V4和V5的打开和关闭。这里，阀门VO、Vl、V2和V3被打开，而阀门V4和V5保持关闭。除此之外，当通过转速检测单元83检测到的转速没有达到预定速度时，阀门控制单元804不对阀门的打开和关闭实施控制。该阀门VO、V1、V2和V3可以同时打开，或可替代地，在阀门V3打开之后，阀门V1、V2和VO然后可以同时打开。
[0058]这里，在沉积工艺中基座51的转速可以优选地等于或高于lrpm，更优选的是等于或高于5rpm。通过这种配置，将通过第一源气体管21供应至衬底S的气体浓度平均化，从而使得膜的厚度的分布(特别是沿着圆周方向的膜的厚度的分布)得以改善。除此之外，虽然转速的上限没有特别限定于任何特定速度，然而从容易配置旋转机构的角度来看，优选的是，该上限可以等于或低于2000rpm。
[0059]通过打开阀门V0、V1、V2和V3，根据以下方案将气体供应到沉积腔4。首先，通过导管25将承载气体以及用于产生反应气体的含有卤素的气体(例如HCl气体)供应在器皿24中。然后，上述气体与器皿24中包含的原材料反应从而产生含有III族元素以及卤素的气体(例如氯化镓(GaCl)气体)。该含有III族元素以及卤素的气体通过导管26从器皿24排放以从第二内管213的排气口供应到沉积腔4内部。此外，含有V族元素的反应气体从外管211供应到沉积腔4内部。此时，不与含有III族元素以及卤素的气体反应并且不与反应气体反应的非反应气体从第一内管212排出，这样，可以防止从外管211排放的反应气体与从第二内管213排放的含有III族元素以及卤素的气体在第一源气体管21的排气口附近接触。
[0060]另一方面，含有V族元素的气体从供应管7被供应至沉积腔4的内部。在本实施例中，在用于旋转基座51、回转衬底S并从第一源气体管21供应源气体的整个操作期间，含有V族元素的气体朝向沉积腔4内的上述其他区域供应。更具体而言，阀门控制单元804控制来自供应管7的气体的供应，从而在从第一源气体管21供应第一源气体的同时从供应管7供应含有V族元素的气体。
[0061]这里，含有III族元素和卤素的气体以及反应气体从第一源气体管21的排气口供应，并且这些气体经反应以在面向第一源气体管21布置的衬底S上形成II1-V族化合物半导体膜。这里，在将含有III族元素和卤素的气体以及反应气体从第一源气体管21供应到沉积腔4的整个操作期间，通过驱动单元52驱动沉积腔4中的基座51旋转。因此，在通过氢化物气相沉积进行的沉积期间，基座51上的衬底S处于围绕基座51的旋转轴L回转的状态。因而，基座51的旋转使得基座51上的衬底S处于如下情况:该衬底交替处于面向状态和其他状态，在面向状态下，衬底位于面向第一源气体管21的排气口的沉积区域中，在其他状态下，衬底位于除了沉积区域之外的其他区域(几乎没有源气体供应的非沉积区域)中。
[0062]在衬底S不面向第一源气体管21的排气口的状态下，含有V族元素的气体从供应管7供应到衬底S的表面上方。因此，在衬底S表面上方含有III族元素和卤素的气体(例如GaCl气体)的浓度变化以及含有V族元素的气体(例如氨气)的浓度变化具有如图7所示的分布。当衬底S位于第一源气体管21的排气口正下方的沉积区域中时，衬底S表面上方III族元素的原子浓度和V族元素的原子浓度增大。另一方面，当衬底S围绕旋转轴L回转时，该衬底S位于沉积区域之外的其他区域，因此衬底S表面的III族原子浓度为零。然而，含有V族元素的气体从供应管7供应。来自供应管7的含有V族元素的气体的流量(每单位时间供应的V族元素的原子的量)低于来自第一源气体管21的反应气体的流量(每单位时间供应的V族元素的原子的量)。例如，来自供应管7的含有V族元素的气体的流量(每单位时间供应的V族元素的原子的量)是来自第一源气体管21的反应气体流量(每单位时间供应的V族元素的原子的量)的一半(1/2)到十分之一(1/10)。由于如上所述从供应管7供应含有V族元素的气体，因而V族元素的原子浓度不为零，虽然这种浓度低于位于沉积区域中的衬底S表面上方的V族元素的原子浓度。衬底S表面上方V族元素的原子浓度的这种减小导致施加到III族元素的原子上的压力减小，从而激活了 III族元素的原子的表面扩散。这允许加速被吸附到生长表面的III族元素的原子的表面扩散，并且这些原子到达形成在生长表面中的扭结部和台阶部。通过这种方式进行的结晶度生长方案导致能够获得来自下层结晶度的得以改善的晶体。
[0063]如上所述，在衬底S上形成膜，然后操作者停止气相沉积装置I的氢化物沉积气体供应单元2的操作，并激活有机金属沉积气体供应单元3。接收用于停止氢化物沉积气体供应单元2的请求的控制单元80的阀门控制单元804关闭阀门V0、V1和V2。在这种情况下，阀门V3没有关闭。阀门V3保持打开，从而在氢化物沉积气体供应单元停止之后并且在金属有机化学气相沉积开始之前防止形成于衬底S上的膜分解。同时，接收用于停止氢化物沉积气体供应单元2的请求的控制单元80的旋转驱动控制单元803停止对电机522的驱动。此外，第二温度控制单元(未示出)接收用于停止氢化物沉积气体供应单元2的请求，并停止对第一源气体管21的加热。
[0064]接收用于停止氢化物沉积气体供应单元2以及用于开始激活有机金属沉积气体供应单元3的请求的温度控制单元802,从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联存储的第一源气体管21的温度。该温度控制单元802实施加热器53的激活控制。另一方面，通过温度检测单元82检测衬底S的表面温度。温度控制单元802判定通过温度检测单元82检测到的衬底S的表面温度是否达到存储单元84中存储的预定温度，并且控制加热器53的激活以达到预定温度。除此之外，可以额外地设置冷却单元从而将衬底S冷却到特定温度。
[0065]旋转驱动控制单元803判定用温度检测单元82检测到的衬底S的表面温度是否达到在存储单元84中存储的预定温度，当判定检测到的温度达到预定温度时，旋转驱动控制单元803致动电机522以使得轴521以根据存储在存储单元84中的信息的转速旋转。除此之外，当旋转驱动控制单元803判定通过温度检测单元82检测到的衬底S的表面温度没有达到在存储单元84中存储的预定温度时，其不致动电机522。基于激活请求信号，从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联存储的转速。然后，其使得轴521旋转。然后，衬底S沿着围绕旋转轴L的圆移动。通过转速检测单元83检测轴521的转速，然后通过旋转驱动控制单元803控制电机522的驱动，从而使得检测到的转速达到在存储单元84中存储的转速。
[0066]该电机522的驱动使得衬底S沿着围绕旋转轴L的圆移动。
[0067]优选的是，在沉积工艺中基座51的转速可以等于或高于lrpm，更优选的是等于或高于5rpm。通过这种配置，将通过第二源气体管31供应的气体浓度平均化，从而使得膜的厚度的分布(特别是沿着圆周方向的膜的厚度的分布)得以改善。除此之外，虽然转速的上限没有特变限定于任何特定速度，然而从容易配置旋转机构的角度来看，优选的是，该上限可以等于或低于2000rpm。
[0068]接下来，当控制单元804判定通过转速检测单元83检测到的转速达到预定转速时，控制每个阀门的打开和关闭。阀门控制单元804从存储单元84检索与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联存储的每单位时间供应的各气体的量(流量)。然后，基于检索到的流量来控制阀门V0、V1、V2、V3、V4和V5的打开和关闭。这里，阀门V4和V5打开。除此之外，阀门VO和Vl保持关闭。此外，阀门控制单元804基于在存储单元84中存储的流量来控制阀门V3的开度。当通过转速检测单元83检测到的转速没有达到预定转速时，不实施通过阀门控制单元84对阀门进行的打开和关闭控制。
[0069]当阀门V4和V5打开时，将含有有机金属的气体供应到导管34中，并且进一步将含有卤素的反应气体供应到导管33中。然后，这些气体通过喷头32被供应到沉积腔4中。另一方面，通过阀门V3将含有V族元素的气体供应到供应管7中，并且该气体被供应至沉积腔4内部。
[0070]这里，含有有机金属的气体和反应气体从第二源气体管31的排气口供应，并且促使这些气体反应以在与第二源气体管31相向的衬底S上沉积II1-V族化合物半导体膜。这里，在用于将含有有机金属的气体和反应气体从第二源气体管31供应到沉积腔4中的整个操作期间，通过驱动单元52驱动沉积腔4中的基座51以使其旋转。因此，基座51上的衬底S在通过金属有机气相沉积进行沉积的过程中处于围绕基座51的旋转轴L回转的状态。因而，基座51的旋转使得基座51上的衬底S处于该衬底交替处于面向状态和其他状态的情况，在面向状态下，衬底位于面向第二源气体管31的排气口的沉积区域中，在其他状态下，衬底位于除了沉积区域之外的其他区域(几乎没有源气体供应的非沉积区域)中。
[0071]在衬底S不面向第二源气体管31的排气口的状态下，含有V族元素的气体从供应管7供应到衬底S的表面上方。因此，衬底S的表面上方含有III族元素的气体的浓度变化以及含有V族元素的气体的浓度变化具有如图7所示的分布。来自供应管7的含有V族元素的气体的流量(每单位时间供应的V族元素的原子数量)低于来自第二源气体管31的反应气体的流量(每单位时间供应的V族元素的原子数量)。例如，来自供应管7的含有V族元素的气体的流量(每单位时间供应的V族元素的原子数量)是来自第二源气体管31的反应气体流量(每单位时间供应的V族元素的原子数量)的十分之一(1/10)到三十分之一(1/30)。由于如上所述从供应管7供应含有V族元素的气体，因而V族元素的原子浓度不为零，虽然这种浓度低于位于沉积区域的衬底S表面上方的V族元素的原子浓度。在本实施例中，在从第二供应管31供应第二源气体的整个操作期间，基底51旋转，并且衬底S围绕旋转轴L回转，并且从供应管7朝向上述其他区域供应含有V族元素的气体。更具体而言，阀门控制单元控制来自供应管7的气体的供应，从而在从第二源气体管31供应第二源气体的同时从供应管7供应含有V族元素的气体。
[0072]这里，优选的是，进行如下配置:在氢化物沉积气体供应单元2被激活以实施氢化物气相沉积情况下的来自供应管7的气体的流量与在有机金属沉积气体供应单元3被激活以实施金属有机化学气相沉积的情况下的来自供应管7的气体的流量不同。这允许在氢化物气相沉积工艺和金属有机化学气相沉积工艺中均沉积所期望的膜。然后，操作者停止气相沉积装置I的有机金属沉积气体供应单元3的操作。已经接收到停止请求的控制单元80的阀门控制单元804关闭阀门V3、V4以及V5。阀门V3、V4和V5均可以同时关闭，或者可以在关停阀门V4和V5之后再关闭阀门V3。已经接收到停止请求的控制单元80的旋转驱动控制单元803停止电机的驱动。此外，已经接收到停止请求的温度控制单元802停止加热器53的激活。
[0073]如上所述，可以采用气相沉积装置I在衬底S上产生诸如半导体发光器件(例如激光器、发光二极管等)之类的半导体器件。
[0074]接下来，将描述采用本实施例的配置能够获得的有益效果。根据本实施例，在从第一源气体管21的排气口供应第一源气体的同时或在从第二源气体管31的排气口供应第二源气体的同时，在沉积腔4内传送衬底S，使得衬底交替处于面向状态和其他状态，在面向状态下衬底位于面向用于供应源气体的排气口的沉积区域中，在其他状态下衬底位于除了沉积区域之外的其他区域中。这允许交替实施在衬底S的表面上方供应源气体的操作以及不供应源气体的操作。不需要供应源气体的处理允许加速作为原材料的III族元素的扩散，从而能够获得结晶度得到改善的II1-V族化合物半导体膜。
[0075]此外,该装置还包括供应管7,该供应管7用于将含有V族元素的气体供应到位于不是沉积区域的其他区域中的衬底S。从供应管7供应含有V族元素的气体能够在不供应源气体的情况下对衬底S表面上方的V族元素原子提供一定程度的压力，从而能够防止V族元素原子从衬底S表面消失。特别地，将来自供应管7的含有V族元素的气体的流量调节为低于来自气体供应单元的被激活的源气体管(第一源气体管21或第二源气体管31)的含有V族元素的反应气体的流量，这样，能够在加速III族元素原子的扩散的同时向位于衬底S表面上方的V族元素原子提供期望的压力，从而防止V族元素原子从衬底S表面消失。
[0076]供应管7是与第二源气体管31和第一源气体管21分开设置的，并且是与源气体管31和21独立的管，从而能够独立于从第二源气体管31和第一源气体管21供应的气体的流量，来控制所供应的含有V族元素的气体的流量。这允许在衬底S的表面上方提供期望的压力，从而能够在加速衬底S表面上方的III族元素原子扩散的同时抑制衬底S表面上方的V族元素原子的消失，进而实现了沉积膜的结晶度的改善。
[0077]此外，在本实施例中，在沉积工艺中，从供应管7朝向位于其他区域中的衬底S的上方连续地供应含有V族元素的气体。因此，在沉积工艺中，能够维持在位于沉积区域之外的其他区域中的衬底S的表面上方维持相对均匀的V族元素原子浓度。更具体的描述表明，气相沉积装置I被配置为，在沉积工艺期间，在沉积腔4中的残留气体(例如，对于沉积没有贡献的未消耗源气体)在沉积工艺期间从导管6排出。由于从导管6还排出在上述其他区域中的V族元素的原子，因此从供应管7朝向位于其他区域中的衬底S的上方连续供应含有V族元素的气体，从而能够在位于沉积区域之外的其他区域中的衬底S的表面上方维持相对均匀的V族元素原子浓度。这允许向位于沉积区域之外的其他区域中的衬底S的表面上方的III族元素的原子施加恒定的压力，从而防止III族元素原子的扩散长度中所导致的变化。因此，能够获得具有期望结晶度的πι-v化合物半导体的膜。
[0078]此外，在本实施例中，供应管7被配置为朝向除第一源气体管21和第二源气体管31正下方的沉积区域之外的区域供应气体。更具体而言，虽然在供应管7的尖端部分形成有孔71，然而，在从旋转轴方向看去的平面图中，这些孔71不是布置在穿过第一源气体管21的中心和供应管7的中心的直线上，也不是布置在穿过第二源气体管31的中心和供应管7的中心的直线上。使用具有这种结构的管7防止从第一源气体管21的排气口供应的源气体的流以及从第二源气体管31的排气口供应的源气体的流受到从供应管7供应的气体干扰。此外，使用供应管7还防止从第一源气体管21或第二源气体管31供应的气体中V族元素和III族元素的比率(V/III比率)由于从供应管7供应的气体而改变。
[0079]此外，在本实施例中，单个供应管7布置在衬底S的圆形描迹的内部，并且以辐射状从供应管7排出气体。这避免了需要设置多个附加供应管。此外，在本实施例中，由于供应管7的尖端部分位于旋转轴L上，因而供应管7和衬底S之间的距离保持恒定，而不管衬底S布置在衬底S围绕旋转轴L回转的圆形描迹上的何位置处。从供应管7朝向衬底S的上侧供应含有V族元素的气体，并且能够在处于回转的衬底S上方相对均匀地维持含有V族元素的气体的浓度。
[0080]进一步地，本实施的气相沉积装置I被配置为，氢化物沉积气体供应单元2的第一源气体管21以及有机金属沉积气体供应单元3的第二源气体管31中每一个均耦接至沉积腔4的内部，并且从氢化物沉积气体供应单元2以及有机金属沉积气体供应单元3中的每一个均供应气体到沉积腔4中。因此，例如，通过采用气相沉积装置I能够实现如下工艺:
[0081]在停止从有机金属沉积气体供应单元3供应气体的状态下，通过从氢化物沉积气体供应单元2供应气体，在衬底S上沉积膜，然后停止从氢化物沉积气体供应单元2供应气体，开始从有机金属沉积气体供应单元3供应气体而无需等待氢化物沉积气体供应单元2冷却，并且在衬底S上沉积膜。
[0082]此外，在本实施例中，在从沿着传送单元5的驱动单元52的方向看去的平面图中，至沉积腔4的第一源气体管21的排气口以及至沉积腔4的第二元气体管31的排气口布置在通过基座51的旋转驱动而形成的衬底S的圆形描迹上。因此，使用来自第一源气体管21的排气口或第二源气体管31的排气口的气体实现了仅通过基座51的旋转驱动就能在衬底S上沉积膜。
[0083]此外，在本实施例中，在沉积工艺期间继续进行基座51的旋转驱动。在沉积工艺期间第一源气体管21的排气口(或第二源气体管31的排气口)周围的温度低于衬底S周围的温度，并且可以产生朝向排气口一侧向上移动的来自衬底S—侧的气体流。当这种气体流较快时，这种快速的气体流干扰从排气口供应到衬底S的气流，该基座在沉积期间旋转，以向基座表面上方的气体提供的离心力，从而能够减少朝向排气口一侧向上移动的来自衬底S —侧的气流。这允许更高效地在衬底S上沉积膜。
[0084]此外，在本实施例中，基座51支撑多个衬底S。然后，支撑多个衬底S的基座51以高速旋转，从而各衬底接连面向第一源气体管21的排气口(或第二源气体管31的排气口)，从而实现在各衬底S上沉积膜。如上所述，通过这种方式在旋转基座51的同时在多个衬底S上沉积膜减少了各衬底S上沉积的膜的质量变化，否则会由于第一源气体管21的排气口(或第二源气体管31的排气口)的位置差异导致这种膜的质量变化。
[0085]此外，本实施例被配置为，当从氢化物沉积气体供应单元2供应气体时，从第二内管213供应含有卤素的气体，从外管211供应反应气体，并且进一步从第一内管212供应不与含有卤素的气体反应也不与反应气体反应的非反应气体。这允许减少从外管211排出的反应气体与从第二内管213排出的含有III族元素和卤素的气体在第一源气体管21的排气口附近接触。
[0086]此外，本实施例被配置为，将用于加热第一源气体管21的内部的加热单元设置在第一源气体管21的外围，并且将用于屏蔽来自加热单元的热量的阻热单元22布置在加热单元外围。通过这种配置，能够抑制热量对于有机金属沉积气体供应单元3的影响。此外，冷却单元224可以用作阻热单元22以进一步确保热量屏蔽。
[0087]此外，在本实施例中，在采用氢化物沉积气体供应单元2的HVPE工艺中可处理的衬底S的数量与采用有机金属沉积气体供应单元3的MOCVD工艺中可处理的衬底S的数量相同。因此，例如，在采用氢化物沉积气体供应单元2的HVPE工艺中处理的所有衬底S均能够在采用有机金属沉积气体供应单元3的MOCVD工艺中被处理，因而这使得生产效率得以提高。此外，这还允许实现通过HVPE工艺和MOCVD工艺这二者来实现处理而无需将衬底S从沉积腔4取出，从而能够减少在通过HVPE工艺进行的沉积之后以及在开始通过MOCVD工艺进行的沉积之前衬底S的污染或由于表面等中的原子蒸发导致的结晶度变差。
[0088]应当清楚的是，本发明不限于上述提及的实施例，并且在不脱离本发明的范围和精神之内的改型或变化也可以包括在本发明中。例如，虽然在在上述实施例中在气相沉积装置I中设置了单个的第一源气体管2和单个的第二源气体管31，然而也可以设置多个第一源气体管21和/或多个第二源气体管31。此外，虽然上述实施例被配置为从单个供应管7朝向径向方向供应气体，然而本发明不限于此。例如，如图8所示，可以设置多个供应管7A。各个供应管7A位于回转的衬底S的圆形描迹上，并且面向衬底S的表面。通过这种配置，可以在衬底S上方供应含有V族元素的气体。
[0089]此外，虽然上述实施例的气相沉积装置I包括氢化物沉积气体供应单元2和有机金属沉积气体供应单元3这二者，然而本发明不限于此，可替代地，该装置可以仅包括从氢化物沉积气体供应单元2和有机金属沉积气体供应单元3中选择的一种供应单元。
[0090]此外，虽然在上述实施例中采用氢化物沉积气体供应单元2来实施氢化物气相沉积然后采用有机金属沉积气体供应单元3来实施金属有机化学气相沉积，然而本发明不限于此。例如，可以在使用有机金属沉积气体供应单元3之后使用氢化物沉积气体供应单元2。
[0091]此外，虽然上述实施例被配置为第一源气体管21和第二源气体管31位于衬底S上方并且来自第一源气体管21或第二源气体管31的气体从上侧朝向下侧流动，并且该配置可以上下反转以将气体从下侧朝向上侧引导。此外，第一源气体管21和第二源气体管31可以可替代地布置为将它们的纵长方向沿着水平方向引导(第一源气体管21和第二源气体管31可以沿着图1中的横向方向布置)。
[0092]示例
[0093]接下来，将描述本发明的示例。
[0094](示例 I)
[0095]通过采用类似于上述实施例的装置的气相沉积装置I来实施沉积。
[0096]采用蓝宝石衬底作为衬底S。在基座51上布置十个衬底S。衬底S的温度设定为500摄氏度，以0.5L/分的流量从供应管7供应NH3气，并从第二源气体管31供应第二源气体(以2cc/分供应三甲基镓(TMG)气体，以1L/分供应NH3气体)。然后，实施MOCVD工艺两分钟。在沉积期间，继续从供应管7以及第二源气体管31供应各气体。在沉积工艺中基座51的转速设定为20rpm(第一沉积工艺)。然后，停止一下从第二源气体管31供应第二源气体，衬底S的温度升高到1000摄氏度，然后保持该条件五分钟。在该时间段内，继续从供应管7供应NH3气体。接下来，从第二源气体管31以2.5cc/分供应TMG气体并以1L/分供应NH3气体，并从供应管7以0.5L/分供应NH3气体。然后，在1000摄氏度的衬底温度下实施MOCVD处理达60分钟。在该沉积期间，继续从供应管7和第二源气体管31供应各气体。在沉积工艺中基座51的转速设定为20rpm(第二沉积工艺)。通过上述工艺获得了厚度为大约1.5微米(mircrometer, micron)的GaN膜。所沉积的GaN膜具有镜面表面。通过X射线衍射(摇摆曲线)分析该GaN膜，获得了得到极大改善的结晶度，其中，针对(002)衍射的半高全宽(FWHM)是200角秒，针对(102)衍射的FWHM是250角秒。
[0097](比较例I)
[0098]采用不具有供应管7的气相沉积装置实施沉积工艺。除了没有采用供应管7之夕卜，在比较例I中采用的气相沉积装置的配置与示例I中的气相沉积装置I相同。更具体而言，除了在第一沉积工艺和第二沉积工艺中没有实施来自供应管7的气体供应之外，比较例I的条件与示例I的类似。获得了厚度大约是1.5微米(mircrometer, micron)的GaN膜。该GaN膜的表面模糊(clouded)。
[0099](比较例2)
[0100]采用如图9所示的MOCVD装置来实施沉积工艺。在基座91上布置蓝宝石衬底S，从气体供应管93以0.2cc/分供应三甲基镓气体，并从气体供应管94以10L/分供应NH3气体。衬底温度设定为500摄氏度，并且实施MOCVD工艺达两分钟。然后，停止从气体供应管93和气体供应管94供应源气体，并且将衬底温度设定为1000摄氏度，并将该条件维持五分钟。接下来，从气体供应管93以0.25cc/分供应三甲基镓气体，从气体供应管94以5L/分供应NH3气。然后，将衬底温度设定为1000摄氏度，并实施MOCVD工艺达60分钟。通过该工艺获得了厚度大约1.5微米并且具有镜面的GaN膜。通过X射线衍射(摇摆曲线)来分析该膜，针对(002)衍射的半高全宽(FWHM)是300角秒，针对(102)衍射的FWHM是400角秒。
[0101]在示例I中，从第二源气体管31将源气体供应到沉积区域中，并且从供应管7将氨气供应到除了沉积区域之外的其他区域。通过基底的旋转使得衬底S交替处于衬底S位于与第二源气体管31相对的沉积区域中的状态和衬底S位于其他区域中的状态。在衬底S位于其他区域中的状态下，不向衬底S的表面上方供应第二源气体，并且中断Ga原子的沉积。这减小了衬底表面上的压力，从而产生容易出现表面原子扩散的情况。应当考虑，因为被吸收到衬底S上的表面原子通过扩散迁移到优化地点，因而结晶度得到了改善。除此之夕卜，在衬底S位于其他区域中的状态下，从供应管7将氨气供应到衬底S的表面上方。特别地，由于供应管7是与第二源气体管31独立的单独的管，因而能够控制氨气的供应量，而与来自第二源气体管31的氨气的供应量无关。这允许降低衬底S的表面上的压力，从而能够抑制衬底S表面的氮的消失，同时加速衬底表面上原子的扩散，进而使得结晶度得以改善。相反，比较例I被配置为不向其他区域供应气体，因而，当由于基底的驱动而移动衬底来使得衬底S位于其他区域中时，发生衬底表面上的氮的消失，从而导致模糊的表面，并且结晶度变差。另一方面，比较例2被配置为连续不间断地以沉积所需的量在衬底表面上方供应第二源，这样，氮分压较高。因此，难以促成吸收到衬底S表面上的原子扩散。此外，还应当考虑，因为与通过位于衬底S表面中的原子的扩散形成的原子至优化地点的扩散相比，原子的沉积速率相对较快，因而没有实现结晶度的改善。
[0102](示例2)
[0103]通过采用类似于上述实施例的装置的气相沉积装置I实施沉积。采用蓝宝石衬底作为衬底S。在基座51上布置十个衬底S。衬底S的温度设定为500摄氏度，以0.5L/分的流量从供应管7供应NH3气体，并从第二源气体管31供应第二源气体(以2cc/分供应三甲基镓，以1L/分供应NH3气体)。然后，实施MOCVD工艺两分钟。在沉积期间，继续从供应管7以及第二源气体管31供应各气体。在沉积工艺中基座51的转速设定为5rpm(第一沉积工艺)。然后，停止一下从第二源气体管31供应第二源气体，衬底S的温度升高到1000摄氏度，然后继续从供应管7供应NH3气体两分钟(0.5L/分)。接着，衬底S的温度被提升至1000摄氏度，从第一源气体管21以10cc/分的流量供应GaCl气体并以2L/分的流量供应NH3气体，以在1000摄氏度的温度下实施HVPE工艺30分钟。在沉积期间，继续从供应管7和第一源气体管21供应各气体。在沉积工艺中基座51的转速被设定为20rpm(第二沉积工艺)。来自供应管7的NH3气体的流量是0.5L/分。在沉积工艺中基座51的转速设定为5rpm(第二沉积工艺)。
[0104]通过上述工艺获得了厚度是大约10微米(micrometer, micron)并且具有镜面表面的GaN膜。通过X射线衍射(摇摆曲线)分析该GaN膜，获得了得到极大改善的结晶度，其中，针对(002)衍射的半高全宽(FWHM)是180角秒，针对(102)衍射的FWHM是230角秒。
[0105](比较例3)
[0106]采用不具有供应管7的气相沉积装置实施沉积工艺。除了没有采用供应管7之外，在比较例3中采用的气相沉积装置的配置与示例2中的气相沉积装置I相同。更具体而言，除了在第一沉积工艺和第二沉积工艺中没有实施来自供应管7的气体供应之外，比较例3的条件与示例2的类似。获得了厚度大约是10微米(micrometer, micron)的GaN膜。该 GaN膜的表面模糊。
【权利要求】
1.一种气相沉积装置，用于在衬底上沉积II1-V族化合物半导体的膜，包括: 沉积腔，用于在所述衬底上沉积所述膜； 源气体管，用于在所述沉积腔中供应源气体，所述源气体包括含有III族元素的气体以及含有V族元素的反应气体，所述反应气体能够与所述含有III族元素的气体反应以沉积所述膜； 传送单元，用于在所述沉积腔的内部传送所述衬底，使得在从所述源气体管的排气口供应所述源气体的同时所述衬底交替处于面向状态和其他状态，所述面向状态是所述衬底位于面向用于供应所述源气体的所述排气口的沉积区域中的状态，所述其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的状态；以及 供应管，用于将含有V族元素的气体供应到位于所述其他区域中的所述衬底。
2.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其中，所述装置包括至少两个源气体管； 其中，所述两个源气体管中的第一源气体管是供应用于氢化物气相沉积的气体的氢化物沉积气体管，所述两个源气体管中的第二源气体管是供应用于金属有机化学气相沉积的气体的有机金属沉积管，其中，所述氢化物沉积气体管用于在所述沉积腔中供应第一源气体，所述第一源气体包括含有卤素和III族元素的气体以及含有V族元素的反应气体；其中，所述有机金属沉积管用于在所述沉积腔中供应第二源气体，所述第二源气体包括含有有机金属的气体以及反应气体，所述有机金属含有III族元素，所述反应气体含有V族元素；并且 其中，所述传送单元在所述沉积腔的内部传送所述衬底，使得在从所述氢化物沉积气体管的排气口供应所述第一源气体的同时或在从所述有机金属沉积管的排气口供应所述第二源气体的同时，所述衬底交替处于面向状态和其他状态，所述面向状态是所述衬底位于面向用于供应所述第一源气体或所述第二源气体的排气口的所述沉积区域的状态，所述其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域的状态。
3.根据权利要求1或2所述的气相沉积装置，还包括:控制单元，用于控制从所述供应管供应和停止供应含有所述V族元素的气体； 其中，所述控制单元控制从所述供应管供应含有所述V族元素的所述气体，从而在驱动所述传送单元并且从所述源气体管供应所述源气体的同时继续从所述供应管供应所述气体。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的气相沉积装置，其中，所述供应管被配置为朝向所述沉积腔内除了所述沉积区域之外的区域供应含有V族元素的所述气体。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的气相沉积装置，其中所述传送单元包括: 基座，用于支撑所述衬底；以及 驱动单元，用于提供所述基座的旋转驱动； 其中，所述基座被所述驱动单元驱动，使得被所述基座支撑的所述衬底沿着圆心与所述基座的旋转轴一致的圆移动，在从沿着所述旋转轴的方向看去的平面图中所述源气体管的排气口位于所述圆上，并且 其中，所述衬底沿着所述圆移动，使得所述衬底交替处于面向状态和其他状态，在所述面向状态下，所述衬底位于面向所述源气体管的所述排气口的沉积区域，在所述其他状态下，所述衬底位于不面向所述源气体管的所述排气口的其他区域中。
6.根据权利要求5所述的气相沉积装置，其中，所述供应管的尖端部分与所述基座的旋转轴平行地延伸，并且在从沿着所述旋转轴的方向看去的平面图中所述供应管的尖端部分布置在所述圆的内部； 其中，含有所述V族元素的所述气体从所述供应管的所述尖端部分径向地排出。
7.根据权利要求6所述的气相沉积装置，其中，所述供应管的所述尖端部分在所述基座的旋转轴上延伸。
8.根据权利要求6或7所述的气相沉积装置，其中，在所述供应管的所述尖端部分的所述侧表面中形成有用于排出所述气体的多个孔，每个所述孔布置为沿着所述供应管的尖端部分的圆周方向彼此间隔开；并且 其中，在从沿着所述旋转轴的方向看去的平面图中，所述孔不是形成在穿过所述源气体管的排气口的中心和所述供应管的所述尖端部分的中心所绘制的直线上。
9.根据权利要求5到8中任一权利要求所述的气相沉积装置，其中，所述基座承载多个所述衬底，多个所述衬底位于圆心是所述基座的旋转轴的一个圆上。
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的气相沉积装置，还包括: 氢化物沉积气体供应单元，用于在所述沉积腔内实施氢化物气相沉积； 有机金属沉积气体供应单元，用于在所述沉积腔内实施金属有机化学气相沉积； 存储单元；以及 控制单兀； 其中，所述氢化物沉积气体供应单元包括用作所述源气体管的第一源气体管，所述第一源气体管的作用是供应第一源气体，所述第一源气体包括含有卤素和III族元素的气体以及含有V族元素的反应气体； 其中，所述有机金属沉积气体供应单元包括用作所述源气体管的第二源气体管，所述第二源气体管的作用是供应第二源气体，所述第二源气体包括含有具有III族元素的有机金属的气体以及含有V族元素的反应气体； 其中，所述存储单元能够存储每个沉积气体供应单元的类型信息，以及与所述沉积气体供应单元的每个所述类型信息相关联的从所述供应管排出的含有所述V族元素的气体的每个流量；并且 其中，所述控制单元获取与用于激活所述氢化物沉积气体供应单元和所述有机金属沉积气体供应单元之一的请求相关的信息，从所述存储单元检索所存储的与被请求激活的沉积气体供应单元的类型信息相关联的从所述供应管排出的气体的流量，然后控制所述供应管的所述气体的供应，使得在所述传送单元被驱动并且从被请求激活的所述沉积气体供应单元的所述源气体管供应所述源气体的同时，以从所述存储单元检索的气体流量供应含有所述V族元素的气体。
11.一种用于沉积膜的处理方法，通过气相沉积在衬底上沉积II1-V族化合物半导体的膜，包括: 用源气体在所述衬底上沉积II1-V族化合物半导体膜，所述源气体包括含有III族元素的气体以及含有V族元素的反应气体，所述反应气体能够与所述含有III族元素的气体反应; 其中，在沉积腔的内部移动所述衬底，使得在从源气体管向所述沉积腔的内部供应所述源气体的同时，所述衬底交替处于面向状态和其他状态，所述面向状态是所述衬底位于面向所述源气体管的排气口的沉积区域中的状态，所述其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的状态；以及 其中，所述沉积所述半导体膜包括:将所述源气体从所述源气体管供应在所述沉积腔内的同时，将含有V族元素的气体供应到位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的所述衬底。
12.根据权利要求11所述的用于沉积膜的处理方法，其中，所述沉积II1-V族化合物半导体膜包括: 用第一源气体通过氢化物气相沉积在所述衬底上沉积II1-V族化合物半导体膜，所述第一源气体包括含有III族元素的气体以及卤素气体以及含有V族元素的反应气体，其中所述衬底在所述沉积腔内移动，使得在从所述源气体管向所述衬底供应所述第一源气体的同时所述衬底交替处于第一面向状态和第一其他状态，所述第一面向状态是所述衬底位于面向所述源气体管的排气口的沉积区域中的状态，所述第一其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的状态；以及 用第二源气体通过金属有机化学气相沉积在所述衬底上沉积II1-V族化合物半导体膜，所述第二源气体包括含有III族元素的有机金属气体以及含有V族元素的反应气体，其中，所述衬底在所述沉积腔内移动，使得在从所述源气体管向所述衬底供应所述第二源气体的同时使得所述衬底交替处于第二面向状态和第二其他状态，所述第二面向状态是所述衬底位于面向所述源气体管的排气口的沉积区域中的状态，所述第二其他状态是所述衬底位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的状态；其中，通过氢化物气相沉积来沉积II1-V族化合物半导体膜包括:以第一流量在位于除了所述沉积区域之外的其他区域中的所述衬底上方供应含有V族元素的所述气体；并且其中，通过金属有机化学气相沉积来沉积II1-V族化合物半导体膜包括:以第二流量在除了所述沉积区域之外的其他区域中的所述衬底上方供应含有V族元素的所述气体，所述第一流量不同于所述第二流量。
【文档编号】C30B25/02GK104246006SQ201280072509
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年7月11日 优先权日:2012年4月18日
【发明者】水田正志 申请人:古河机械金属株式会社