[发明专利]III族氮化物半导体制造系统

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体制造系统，更具体涉及基于利用碱金 属的助熔方法的III族氮化物半导体制造系统。

背景技术

通常已知基于Na(钠)助熔方法的III族氮化物半导体晶体生长方法。 该方法是在晶种表面上的GaN(氮化镓)晶体生长方法。该工艺是在几十 个大气压下使氮与保持在约800℃下的熔融的Na和Ga反应。

在基于Na助熔方法的晶体生长方法中，为了提高晶体均匀性和晶体 生长稳定性，采用诸如转动坩埚或转动晶种的方式(参见JP-A-2005-187317 和JP-A-2007-254161)。为了实现坩埚或晶种的转动，在支撑坩埚或晶种 的制造系统上设置有转轴。

然而，在该方法中，存在由于晶体生长期间蒸发的Na进入反应容器 和转轴之间的间隙所引起的问题。第一示例性问题是液化或固化的Na中 断转轴的转动。另一个示例性问题是转轴不能垂直上下移动。该缺陷使得 难以从反应容器中取出坩埚或晶体。特别是在Na固化的情况下，必须加 热转轴以使固化的Na熔融。

发明内容

针对以上情况做出本发明，本发明的一个目的是提供一种不中断转轴 转动和移动的III族氮化物半导体制造系统。

为了实现所述目的，根据本发明的第一方面，提供一种III族氮化物 半导体制造系统，其包括具有开口的反应容器；置于反应容器内部并容纳 有包括至少III族金属和碱金属的熔体的坩埚；支撑坩埚并具有通过所述 开口从反应容器内部延伸至反应容器外部的转轴的保持单元；覆盖转轴位 于反应容器外部的部分并在所述开口处连接至反应容器的转轴盖；位于反 应容器外部并调节转轴的转动驱动单元；连接至转轴盖并将包括至少氮的 气体供给至转轴和转轴盖之间的间隙中的供给管，其中所述气体与所述熔 体反应以生长III族氮化物半导体晶体。

根据本发明的第二方面，提供一种III族氮化物半导体制造系统，其 包括具有开口的反应容器；置于反应容器内部并容纳有包括至少III族金 属和碱金属的熔体的坩埚；支撑晶种并具有通过所述开口从反应容器内部 延伸至反应容器外部的转轴的保持单元；覆盖转轴位于反应容器外部的部 分并在所述开口处连接至反应容器的转轴盖；位于反应容器外部并调节转 轴的转动驱动单元；连接至转轴盖并将包括至少氮的气体供给至转轴和转 轴盖之间的间隙中的供给管，其中所述气体、所述晶种和所述熔体反应以 生长III族氮化物半导体晶体。

在本发明的第一和第二方面中，尽管通常使用Na作为碱金属，但是 也可以使用K(钾)。此外，诸如Mg(镁)和Ca(钙)的碱土金属或 Li(锂)也可以混入。此外，含氮气体是指含有氮分子或氮化合物气体的 单一气体或混合气体并且可以包括不活泼气体例如稀有气体。

此外，除了连接至转轴盖的供给管以外，还可以设置连接至反应容器 的单个或多个供给管。

根据在本发明的第一或第二方面中阐明的本发明第三方面，转轴具有 第一磁体并且转动驱动单元具有第二磁体，从而通过第一和第二磁体之间 的磁耦合来转动和移动转轴。

根据本发明的第一或第二方面，在晶体生长期间含有至少氮的气体不 断流入转轴和转轴盖之间的间隙中，从而可以防止蒸发的Na进入所述间 隙。因此，转轴的转动和移动不被中断。结果，提高了晶体均匀性，从而 可以制造高质量的III族氮化物半导体。此外，由于转轴的移动在晶体生 长后也不中断，因此可以利于取出坩埚或III族氮化物半导体晶体。

此外，根据本发明的第三方面，转动驱动单元的构造简单，并且可以 控制转轴使得反应容器的内部和外部之间的联系被转轴盖所切断。

根据在本发明的第二和第一方面中阐明的本发明第四方面，反应容器 具有包括内容器和外容器的双重结构。优选地，在外容器的内部和内容器 的外部安装加热器。优选地，外容器具有开口。优选地，所述开口由外容 器和内容器所共有。优选地，通过包含氮的气体对外容器的内部加压。

根据本发明的第四方面，由于外容器31负责压力，而内容器32通过 反应容器30内部的加热器被加热，因此实现了高效的晶体生长。

附图说明

图1示出实施方案1的III族氮化物半导体制造系统的构造。

图2示出实施方案2的III族氮化物半导体制造系统的构造。

图3示出实施方案3的III族氮化物半导体制造系统的构造。