JP2014216590A - Vapor-phase growth apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の載置位置とヒータとの間に光透過性セラミックス板を備え、該ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に不活性ガスを供給する構成を備えたIII族窒化物半導体の気相成長装置において、気相成長装置から排出される排ガスに含まれるアンモニアを高収率で回収できる気相成長装置を提供する。【解決手段】前記の気相成長装置において、ヒータと光透過性セラミックス板の間隙から排出される不活性ガスの排出部を、反応ガスの排出部と分離して設ける。好ましくは、不活性ガス供給部を中心部に備え、不活性ガスの排出部を周辺部に備える。【選択図】 図2A group III nitride semiconductor gas comprising a light-transmitting ceramic plate between a substrate mounting position and a heater and configured to supply an inert gas to a gap between the heater and the light-transmitting ceramic plate. In the phase growth apparatus, a vapor phase growth apparatus capable of recovering ammonia contained in the exhaust gas discharged from the vapor phase growth apparatus in a high yield is provided. In the above-described vapor phase growth apparatus, an inert gas discharge portion discharged from a gap between a heater and a light-transmitting ceramic plate is provided separately from a reaction gas discharge portion. Preferably, an inert gas supply unit is provided at the center, and an inert gas discharge unit is provided at the periphery. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、III族窒化物半導体の気相成長装置に関し、詳細には、基板の載置位置とヒータとの間に光透過性セラミックス板を備え、該ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に不活性ガスを供給する構成を備えたIII族窒化物半導体の気相成長装置に関する。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus, and more specifically, includes a light-transmitting ceramic plate between a substrate mounting position and a heater, and a gap between the heater and the light-transmitting ceramic plate. The present invention relates to a group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus having a configuration for supplying an inert gas.
III族窒化物半導体は、青色若しくは紫外LED又は青色若しくは紫外レーザーダイオードの材料として広く用いられている。III族窒化物半導体の結晶膜を、シリコン(Si)、サファイア(Al2O3)又は窒化ガリウム(GaN)等の基板上に成長する方法には、化学的気相成長(CVD)法等の方法があり、基板加熱を伴うCVD法は熱CVD法等として知られている。近年、高温条件(例えば1000℃以上)で基板を加熱して行う気相成長が増加しており、III族窒化物半導体の気相成長もその一つである。III族窒化物半導体膜の形成は、例えば、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、又はトリメチルアルミニウム等の有機金属ガスをIII族金属源として、アンモニアを窒素源として用い、1000℃程度の高温に加熱された基板上に結晶膜を気相成長する熱CVD法により行われる。 Group III nitride semiconductors are widely used as materials for blue or ultraviolet LEDs or blue or ultraviolet laser diodes. A method for growing a crystal film of a group III nitride semiconductor on a substrate such as silicon (Si), sapphire (Al 2 O 3 ), or gallium nitride (GaN) includes chemical vapor deposition (CVD). There is a method, and a CVD method involving substrate heating is known as a thermal CVD method or the like. In recent years, vapor phase growth performed by heating a substrate under high temperature conditions (for example, 1000 ° C. or higher) is increasing, and vapor phase growth of a group III nitride semiconductor is one of them. The formation of the group III nitride semiconductor film is, for example, a substrate heated to a high temperature of about 1000 ° C. using an organometallic gas such as trimethylgallium, trimethylindium, or trimethylaluminum as a group III metal source and ammonia as a nitrogen source. This is performed by a thermal CVD method in which a crystal film is vapor-grown.
III族窒化物半導体の気相成長装置の構成としては、基板を載置するためのサセプタ、前記基板を加熱するヒータを有し、前記ヒータと基板の載置位置の間に光透過性セラミックス板が設けられている構成がある(特許文献1参照)。このような光透過性セラミックス板を用いることにより、高温で腐食性の高いガス(アンモニア等)からヒータを遮蔽することにより、ヒータを保護することができるだけでなく、光透過性セラミックス板がヒータから放出される熱線を透過するので、基板を効率的に加熱することができる。特に、特許文献1に記載されている気相成長装置のように、光透過性セラミックス板を隔ててヒータ側に不活性ガスを供給する手段を設けることにより、ヒータ周辺が不活性ガスで満たされるので、ヒータの劣化を防止することができる。
The structure of the group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus includes a susceptor for placing a substrate, a heater for heating the substrate, and a light-transmitting ceramic plate between the heater and the placement position of the substrate. Is provided (see Patent Document 1). By using such a light-transmitting ceramic plate, it is possible not only to protect the heater from high temperature corrosive gas (such as ammonia), but also to protect the heater, and the light-transmitting ceramic plate is protected from the heater. Since the emitted heat rays are transmitted, the substrate can be efficiently heated. In particular, like the vapor phase growth apparatus described in
一方、III族窒化物半導体の窒素源として広く用いられるアンモニアは、分解効率が悪いため、III族のトリメチルガリウム等のガスに比べて極めて大量に必要とされる。また、前記半導体の製造工程に使用されるアンモニアは、工業用のアンモニアを蒸留あるいは精留した高純度のアンモニア、またはこれをさらに精製した高価なアンモニアである。しかもその大部分は気相成長反応に使用されることなく、未反応のまま大量に廃棄されている。そのため、III族窒化物半導体の製造工程から排出されるアンモニアを含む排ガスは、該排ガスに含まれるアンモニアを回収し、再利用されることが望ましい。
前述のような気相成長装置において、気相成長に用いられた原料ガスは、大部分のアンモニアが未反応の状態で排ガスとして反応ガス排出部から排出されるが、光透過性セラミックス板を隔ててヒータ側に不活性ガスを供給する手段から供給される不活性ガスも、反応ガスと共に反応ガス排出部から排出される。このような気相成長装置(気相成長反応に使用された後の反応ガスと、ヒータの保護のために使用された後の不活性ガスが混合して排出される構成の気相成長装置)において、排ガスに含まれるアンモニアを回収するためには、排ガス中に多量に含まれる不活性ガス等を除去しなければならず、アンモニア回収時の効率あるいは収率が低下するという問題があった。 In the vapor phase growth apparatus as described above, the raw material gas used for the vapor phase growth is discharged from the reaction gas discharge portion as an exhaust gas in a state in which most of the ammonia is unreacted. The inert gas supplied from the means for supplying the inert gas to the heater side is also discharged from the reaction gas discharge unit together with the reaction gas. Such a vapor phase growth apparatus (a vapor phase growth apparatus having a configuration in which a reaction gas after being used for a vapor phase growth reaction and an inert gas after being used for protecting a heater are mixed and discharged) However, in order to recover ammonia contained in the exhaust gas, there has been a problem that the inert gas or the like contained in a large amount in the exhaust gas has to be removed, resulting in a reduction in efficiency or yield during ammonia recovery.
本発明の発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意検討した結果、基板の載置位置とヒータとの間に光透過性セラミックス板を備え、該ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に不活性ガスを供給する構成を備えたIII族窒化物半導体の気相成長装置において、前記不活性ガスの排出部を、反応ガスの排出部と分離して設けることにより前述の課題を解決できることを見出し、本発明の気相成長装置に到達した。 The inventors of the present invention have intensively studied to solve such problems. As a result, a light-transmitting ceramic plate is provided between the substrate mounting position and the heater, and a gap between the heater and the light-transmitting ceramic plate is provided. In the group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus having a configuration for supplying an inert gas to the substrate, the above-described problem can be solved by providing the inert gas discharge portion separately from the reaction gas discharge portion. And reached the vapor phase growth apparatus of the present invention.
すなわち本発明は、基板の載置位置とヒータとの間に光透過性セラミックス板を備え、該ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に不活性ガスを供給する構成を備えたIII族窒化物半導体の気相成長装置であって、前記不活性ガスの排出部が、反応ガスの排出部と分離して設けられてなることを特徴とする気相成長装置である。 That is, the present invention provides a group III nitride semiconductor comprising a light-transmitting ceramic plate between a substrate mounting position and a heater, and a structure for supplying an inert gas to a gap between the heater and the light-transmitting ceramic plate. In this vapor phase growth apparatus, the inert gas discharge section is provided separately from the reaction gas discharge section.
本発明の気相成長装置には、ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に供給される不活性ガスの排出部が、反応ガスの排出部と分離して設けられているので、前記不活性ガスの供給による排ガス中のアンモニア濃度の低下を防止でき、効率よく高収率でアンモニアを回収できる。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the inert gas discharge portion supplied to the gap between the heater and the light-transmitting ceramic plate is provided separately from the reaction gas discharge portion. The ammonia concentration in the exhaust gas can be prevented from decreasing due to the supply of ammonia, and ammonia can be recovered efficiently and with high yield.
本発明は、基板の載置位置とヒータとの間に光透過性セラミックス板を備え、該ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に不活性ガスを供給する構成を備えたIII族窒化物半導体の気相成長装置に適用される。以下、本発明を、図1〜図8に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されることはない。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor comprising a light-transmitting ceramic plate between a substrate mounting position and a heater and configured to supply an inert gas to a gap between the heater and the light-transmitting ceramic plate. Applied to vapor phase growth equipment. Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on FIGS. 1-8, this invention is not limited by these.
尚、図1は、本発明における気相成長システム(気相成長装置のほか、原料ガス供給装置及びアンモニア回収装置を含む)の一例を示す構成図であり、図2は、本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図であり、図3は、本発明の図2以外の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図であり、図4は、本発明の図2、図3以外気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図であり、図5は、本発明の図2〜図4以外の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図である。図6は、図2のA−A断面図であり、図7は、図3のA’−A’断面図である。図8は、本発明における気相成長システムに用いられるアンモニア回収装置の一例を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a vapor phase growth system (including a gas phase growth apparatus, a source gas supply device and an ammonia recovery device) in the present invention, and FIG. FIG. 3 is a vertical cross-sectional configuration diagram showing an example of a growth apparatus, FIG. 3 is a vertical cross-sectional configuration diagram showing an example of a vapor phase growth apparatus other than FIG. 2 of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a vertical cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a vapor phase growth apparatus other than 3, and FIG. 5 is a vertical cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a vapor phase growth apparatus other than FIGS. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line A'-A 'in FIG. FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of an ammonia recovery device used in the vapor phase growth system according to the present invention.
本発明の気相成長装置は、III族窒化物半導体の気相成長装置であり、特に、窒化ガリウム系半導体の気相成長装置として好適である。本発明における気相成長システムは、例えば図1に示すように、各原料の供給源、各原料ガスの精製装置、及び気相成長装置等からなり、気相成長装置において基板上にIII族窒化物半導体が気相成長される。本発明の気相成長装置においては、窒素源としてアンモニアを用いることが好ましい。また、本発明の気相成長装置においては、III族金属源として有機金属化合物(トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチルアルミニウム、またはトリエチルアルミニウムから選ばれる有機金属化合物)を気化して用いることができる。 The vapor phase growth apparatus of the present invention is a group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus, and is particularly suitable as a gallium nitride semiconductor vapor phase growth apparatus. The vapor phase growth system according to the present invention comprises, as shown in FIG. 1, for example, a source of each raw material, a purification device for each raw material gas, a vapor phase growth device, and the like. A physical semiconductor is vapor-phase grown. In the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is preferable to use ammonia as a nitrogen source. In the vapor phase growth apparatus of the present invention, an organometallic compound (an organometallic compound selected from trimethylgallium, triethylgallium, trimethylindium, triethylindium, trimethylaluminum, or triethylaluminum) is vaporized as a group III metal source. Can be used.
本発明の気相成長装置は、例えば図2〜図5に示すように、基板の載置位置とヒータ28との間に光透過性セラミックス板36を備え、ヒータ28と光透過性セラミックス板36の間隙に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部33を備え、前記不活性ガスの排出部34が、反応ガスの排出部32と分離して設けられている。
本発明の気相成長装置は、生産性の向上等の目的で、基板が複数枚保持される構成とすることができる。各基板は、例えば、図2〜図5に示す気相成長装置のように、リング状、または円筒状の形状を有する基板ホルダーにより、基板の結晶成長面が下向きとなるように保持されてよいが、下向きに保持されることに限定されることはなく、例えば、上向きまたは横向きに保持されてもよい。尚、本発明は、反応炉の中央部から原料ガスを供給し、周辺部から外部に排出する気相成長装置に限定されることはなく、例えば反応炉の一端から原料ガスを供給し、反応後のガスを他の一端から外部に排出する気相成長装置に適用することもできる。
The vapor phase growth apparatus of the present invention includes, for example, a light transmissive
The vapor phase growth apparatus of the present invention can be configured to hold a plurality of substrates for the purpose of improving productivity. Each substrate may be held by a substrate holder having a ring shape or a cylindrical shape so that the crystal growth surface of the substrate faces downward, as in the vapor phase growth apparatus shown in FIGS. However, it is not limited to being held downward, and may be held upward or sideways, for example. The present invention is not limited to the vapor phase growth apparatus that supplies the source gas from the central part of the reactor and discharges it from the peripheral part to the outside. For example, the source gas is supplied from one end of the reactor and the reaction is performed. It can also be applied to a vapor phase growth apparatus that discharges the later gas to the outside from the other end.
本発明の気相成長装置に用いられる光透過性セラミックス板は、基板の載置位置と基板を加熱するヒータを隔てるように設けられる。本発明の気相成長装置には光透過性セラミックス板の他に、例えば、図2〜図5に示すように、基板41を保持する基板ホルダー24、基板41を加熱するヒータ28、基板ホルダー24に載置されヒータ28からの熱を基板41に伝達する均熱板25、基板ホルダー24を載置するためのサセプタ26、サセプタ26とサセプタの対面27からなる反応炉30、基板41に原料ガスを供給する原料ガス供給部31、気相成長に用いられた原料ガスを反応ガスとして排出する反応ガス排出部32、ヒータ28と光透過性セラミックス板36の間隙に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部33、及び該不活性ガスを排出する不活性ガス排出部34等を設けることができる。
The light-transmitting ceramic plate used in the vapor phase growth apparatus of the present invention is provided so as to separate the mounting position of the substrate from the heater that heats the substrate. In addition to the light-transmitting ceramic plate, for example, as shown in FIGS. 2 to 5, the vapor phase growth apparatus of the present invention includes a
本発明の気相成長装置において、ヒータ及び光透過性セラミックス板の材質、形状、大きさ等は、特許文献1に記載されているような材質、形状、大きさ等であることが好ましいが、このような材質、形状、大きさ等に限定されることはない。尚、光透過性セラミックス板は複数個に分割して設置されることが好ましい。また、本発明の気相成長装置において、光透過性セラミックス板は支持部材により保持または補強されていることが好ましいが、支持部材により保持または補強されていなくてもよい。本発明の気相成長装置に用いられる光透過性セラミックス板は、特許文献1に記載されているような支持部材により保持または補強されていることが特に好ましいが、このような支持部材による保持または補強に限定されることはない。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the material, shape, size, and the like of the heater and the light-transmitting ceramic plate are preferably materials, shapes, sizes, etc. as described in
本発明の気相成長装置には、例えば前述のような腐食性ガスが分割して設置された光透過性セラミックス板の隙間等からヒータ周辺に流入することを防ぐために、ヒータと光透過性セラミックス板の間隙に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部が設けられる。図2〜図5に示す気相成長装置の例では、原料ガス供給部31及び反応ガス排出部32が、光透過性セラミックス板36を隔てて基板41の載置位置側に備えられ、不活性ガス供給部33及び不活性ガス排出部34が、前記光透過性セラミックス板36を隔ててヒータ28側に備えられており、断熱板29、光透過性セラミックス板36、及び支持部材35A、35Bによりヒータ28を囲む構造を有している。このヒータを囲む構造に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部及び不活性ガス排出部を設けることにより、該構造内を不活性ガスで満たすことができる。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, for example, in order to prevent the corrosive gas as described above from flowing into the periphery of the heater through a gap between the light transmissive ceramic plates installed separately, the heater and the light transmissive ceramic are provided. An inert gas supply unit that supplies an inert gas to the gap between the plates is provided. In the example of the vapor phase growth apparatus shown in FIGS. 2 to 5, the source
不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、あるいはラドンガス等があり、通常は窒素ガスが多用される。不活性ガスの流量は、50L/min〜300L/minであることが好ましいが、このような流量に限定されることはない。また、該構造は成膜に用いられる腐食性の強いガスが侵入しにくいように、密閉性の高い構造としておくことが望ましい。尚、ヒータ28と光透過性セラミックス板36の間隙、光透過性セラミックス板36とサセプタ26の間隙は、いずれも通常は1〜20mm、好ましくは3〜15mm、さらに好ましくは5〜10mmである。1〜20mmであればヒータの保護が可能である。間隙が20mmを超えるとヒータの効果が低減する。
Examples of the inert gas include nitrogen gas, helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, xenon gas, and radon gas, and nitrogen gas is usually used frequently. The flow rate of the inert gas is preferably 50 L / min to 300 L / min, but is not limited to such a flow rate. Further, it is desirable that the structure has a highly sealed structure so that a highly corrosive gas used for film formation does not easily enter. The gap between the
本発明の気相成長装置においては、前記構造の内部に不活性ガスが均一に流通されるように、中心部に不活性ガス供給部が備えられ、周辺部に不活性ガス排出部が備えられていることが好ましいが、このような構成に限定されることはない。
本発明の気相成長装置において、中心部に不活性ガス供給部が備えられる際には、例えば図2、3に示すように、中心部支持部材35Bの周辺に設けられた不活性ガス供給部33から不活性ガスを供給する構成とすることができ、例えば図4、5に示すように、不活性ガス供給部33からの供給された不活性ガスが、円筒形の中心部支持部材35Bに設けられた通気孔35Cを通り、円筒形の内周側から外周側に向けて供給される構成とすることもできる。本発明の気相成長装置に用いられる不活性ガス供給部は、ヒータの近傍に設けられることが多いために耐熱性に優れた材質であることが好ましく、カーボン、パイオロリティックグラファイト(PG)、グラッシカーボン(GC)等のカーボン系材料、又は窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス系材料等から構成されることが特に好ましいが、このような材質に限定されることはない。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, an inert gas supply unit is provided at the center and an inert gas discharge unit is provided at the periphery so that the inert gas can be uniformly distributed inside the structure. However, it is not limited to such a configuration.
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, when the inert gas supply unit is provided at the center, for example, as shown in FIGS. 2 and 3, the inert gas supply unit provided around the
本発明の気相成長装置において、不活性ガス排出部は複数設けられることが好ましく、不活性ガス排出部が複数設けられるときは、例えば図2〜図5の気相成長装置のように、各不活性ガス排出部は、等間隔かつ不活性ガス供給部から等距離に設けられることが好ましいが、等間隔かつ等距離であることに限定されることはない。また、本発明の気相成長装置において中心部に不活性ガス供給部が備えられる際には、ヒータ全体が不活性ガスにより保護されるように、不活性ガス排出部がヒータの周辺に設けられることが好ましいが、ヒータの周辺に設けられることに限定されることはない。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is preferable that a plurality of inert gas discharge units are provided. When a plurality of inert gas discharge units are provided, for example, as in the vapor phase growth apparatus of FIGS. The inert gas discharge units are preferably provided at regular intervals and equidistant from the inert gas supply unit, but are not limited to being equidistant and equidistant. In addition, when the inert gas supply unit is provided at the center in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the inert gas discharge unit is provided around the heater so that the entire heater is protected by the inert gas. However, it is not limited to be provided around the heater.
本発明の気相成長装置の反応ガス排出部はアンモニア回収装置に接続されていることが好ましいが、アンモニア回収装置に接続されていなくてもよい。例えば、本発明に用いられるアンモニア回収装置は、図8のアンモニア回収装置のように、アンモニア、水素、窒素、及び固体化合物を含む排ガスを、フィルター濾過して該排ガスに含まれる固体化合物を除去した後、加圧処理及びヒートポンプによる冷却処理を行なうことにより、該排ガスに含まれるアンモニアを液化して水素及び窒素と分離し、アンモニアを回収するアンモニア回収装置であることが好ましいが、このような回収装置に限定されることはなく、特許文献2、特許文献3に記載されているようなアンモニア回収装置であってもよい。
図1の気相成長システムにおいては、III族窒化物半導体の気相成長装置9から排出されるアンモニア、水素、窒素、及び固体化合物を含む排ガスは、フィルター10で濾過して該排ガスに含まれる固体化合物を除去した後、ガス圧縮機11により加圧し、ヒートポンプ式冷却機12により排ガスに含まれるアンモニアを液化して水素及び窒素と分離し、アンモニアを液体として回収される。
The reaction gas discharge part of the vapor phase growth apparatus of the present invention is preferably connected to the ammonia recovery apparatus, but may not be connected to the ammonia recovery apparatus. For example, the ammonia recovery device used in the present invention removes the solid compound contained in the exhaust gas by filtering the exhaust gas containing ammonia, hydrogen, nitrogen and a solid compound as in the ammonia recovery device of FIG. After that, it is preferable that the ammonia recovery device recovers ammonia by liquefying ammonia contained in the exhaust gas and separating it from hydrogen and nitrogen by performing a pressure treatment and a cooling process by a heat pump. It is not limited to an apparatus, An ammonia collection | recovery apparatus as described in
In the vapor phase growth system of FIG. 1, the exhaust gas containing ammonia, hydrogen, nitrogen, and a solid compound discharged from the group III nitride semiconductor vapor
本発明に使用されるアンモニア回収装置において、ヒートポンプは、冷媒が減圧して気化する際に排ガスから気化熱を奪い、排ガスを冷却する原理を用いたものであることが好ましい。例えば、図8に示すアンモニア回収装置においては、冷媒送液器17、膨張弁18、凝縮弁19、熱交換器20、液体アンモニア槽21からなるヒートポンプ式冷却機12が用いられている。この冷却機においては、冷媒送液器17により膨張弁18に送られた液体冷媒が、膨張弁18において蒸発するとともに熱交換器20においてアンモニアを含む排ガスから熱を奪い、該排ガスが冷却されてアンモニアが液化する。その後、気体冷媒は凝縮弁19により加圧され液体となって冷媒送液器17に送られ循環する。
In the ammonia recovery apparatus used in the present invention, the heat pump preferably uses the principle of depriving the exhaust gas of heat of vaporization and cooling the exhaust gas when the refrigerant is evaporated under reduced pressure. For example, in the ammonia recovery apparatus shown in FIG. 8, a heat pump type cooler 12 including a
図8に示すアンモニア回収装置は、このような原理を利用して排ガスを冷却するので、排ガスと冷媒を単に熱交換する方法と比較してアンモニアを冷却する効果が優れている。そのため、本発明の気相成長装置から排出される排ガスのように、アンモニアの含有率が10〜40vol%程度のガスであっても、予め排ガスを水にバブリングしてアンモニアを水に溶解する等、水素及び窒素を除去する操作、あるいは水素及び窒素の含有率を大幅に低下させる操作を行なう必要がなく、排ガス中のアンモニアを効率よく液化することができる。しかし、不活性ガスの排出部が、反応ガスの排出部と分離して設けられていないと、排ガス中のアンモニアの含有率が前記の50〜75%程度となることが多く、前述のようなアンモニア回収装置であっても高収率でアンモニアを回収できないことがある。 Since the ammonia recovery device shown in FIG. 8 cools the exhaust gas by using such a principle, the effect of cooling ammonia is superior to the method of simply exchanging heat between the exhaust gas and the refrigerant. Therefore, even if the ammonia content is about 10 to 40 vol%, such as the exhaust gas discharged from the vapor phase growth apparatus of the present invention, the ammonia is dissolved in water by bubbling the exhaust gas into water in advance. Therefore, it is not necessary to perform an operation for removing hydrogen and nitrogen, or an operation for greatly reducing the content of hydrogen and nitrogen, and ammonia in exhaust gas can be efficiently liquefied. However, if the inert gas discharge part is not provided separately from the reaction gas discharge part, the ammonia content in the exhaust gas is often about 50 to 75%, as described above. Even with an ammonia recovery device, ammonia may not be recovered in a high yield.
図8に示すアンモニア回収装置においては、気相成長装置9から排出される排ガスが、フィルター10を通過して基板に堆積しなかった窒化ガリウム等の金属化合物が濾過された後、アンモニアを液化しやすくするためにガス圧縮機11により0.5〜2MPaGに加圧され、前述のヒートポンプ式冷却機12において−30〜−60℃に冷却される。尚、ガス圧縮機11により加圧された際に、排ガス中の一部のアンモニアが液化されてもよい。液体アンモニアは液体アンモニア貯蔵槽14に移送され、気体として残存したアンモニアと、液化されない水素及び窒素は、圧力調整装置13を通過して排ガス浄化装置に送られ処理される。
In the ammonia recovery apparatus shown in FIG. 8, after exhaust gas discharged from the vapor
本発明の気相成長装置において、アンモニア回収装置に回収されたアンモニアを気化し、該アンモニアとは別のアンモニアと混合した後、該混合ガスを精製して気相成長装置に供給することもできる。具体的には、図1の気相成長システムにおいては、液体アンモニア貯蔵槽14の液体アンモニアは気化器5により気化され、ガス混合器15により、アンモニア供給源から供給されるアンモニアと混合され精製されて、気相成長装置9に供給される。本発明の気相成長装置において、アンモニア回収装置に回収されたアンモニアは、この回収されたアンモニアのみを再利用することもできるが、回収されたアンモニアに、新規のアンモニア(回収されたアンモニアとは別のアンモニア)を追加して連続的に気相成長装置に供給することができる。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the ammonia recovered in the ammonia recovery apparatus can be vaporized and mixed with ammonia other than the ammonia, and then the mixed gas can be purified and supplied to the vapor phase growth apparatus. . Specifically, in the vapor phase growth system of FIG. 1, the liquid ammonia in the liquid
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれにより限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by this.
[実施例]
(気相成長装置の製作)
以下のようにして、図2に示すような気相成長装置を製作した。まず、ステンレス製の反応容器の内部に、3インチの基板を1枚保持可能な基板ホルダー24(SiCコートカーボン製)5個、円板状のサセプタ26(SiCコートカーボン製、直径600mm、厚さ20mm、基板ホルダー24を5個保持可能)、冷媒を流通する流路38を備えたサセプタの対面27(カーボン製)、ヒータ28(カーボンヒータ)、原料ガス供給部31(カーボン製)、反応ガス排出部32、不活性ガス供給部33(窒化ホウ素製)、不活性ガス排出部34等を設けた。不活性ガス排出部34をヒータ28の周辺に8個設け、各不活性ガス排出部34は等間隔かつ不活性ガス供給部33から等距離に設けた。
さらに、特許文献1の実施例1の記載と同様の光透過性セラミックス板36(石英板)を、特許文献1の実施例1の記載されているように保持及び補強して設けた。尚、光透過性セラミックス板とヒータの間隙は7mmであり、光透過性セラミックス板とサセプタの間隙も7mmであった。
[Example]
(Production of vapor phase growth equipment)
A vapor phase growth apparatus as shown in FIG. 2 was manufactured as follows. First, five substrate holders 24 (made of SiC-coated carbon) capable of holding one 3-inch substrate inside a stainless steel reaction vessel, and a disk-shaped susceptor 26 (made of SiC-coated carbon, diameter 600 mm, thickness) 20 mm, capable of holding five substrate holders 24), susceptor facing surface 27 (made of carbon) provided with a
Further, a light-transmitting ceramic plate 36 (quartz plate) similar to that described in Example 1 of
そして、冷媒を流通する流路38として、配管1本を中心部から周辺部に向かって渦巻き状に配置した。原料ガス供給部31は、直径200mm、厚さ2mmの円板状の仕切り(カーボン製)2個により上下方向に仕切られた3個のガス噴出口を形成し、上層の噴出口からアンモニア、中層の噴出口からTMGを含むガス、下層の噴出口から窒素を供給できるような構成とした。原料ガス供給部の各々のガス流路には、マスフローコントローラー等を介して、所望の流量及び濃度の各ガスが供給できるように配管を接続した。
And as the
次に、3インチサイズのサファイアよりなる基板を、各基板ホルダー24に1枚ずつ計5枚セットした。ガスの噴出口の先端と基板との水平面の距離は32.4mmであった。
さらに、フィルター10及びガス圧縮機11を設置し、これらと、冷媒(アンモニア)送液器17、膨張弁18、凝縮弁19、熱交換器20、液体アンモニア槽21からなるヒートポンプ式冷却機12を配管等で接続し、さらにヒートポンプ式冷却機12に圧力調整装置13及び液体アンモニア貯蔵槽14を接続し、図8に示すようなアンモニア回収装置を製作した。このようにして製作したアンモニア回収装置23を気相成長装置9の反応ガス排出部32に接続した。さらに、アンモニアの気化器5等を設けて配管等で接続し、図1に示すような気相成長システムを製作した。
Next, a total of five substrates made of 3 inch size sapphire were set in each
Further, a
(気相成長実験)
図2の気相成長装置を備えた図1の気相成長システムを用いて、基板の表面に窒化ガリウム(GaN)の成長する気相成長実験を行なった。まず、窒素(流量:80L/min)を、不活性ガス供給部33から流通し、不活性ガス排出部34から外部に排出し、このような不活性ガスの流通を気相成長の終了まで継続した。
原料ガス供給部31から水素を流しながら基板41の温度を1050℃まで昇温させ、基板41のアニールを行った。続いて、基板41の温度を510℃まで下げて、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)とアンモニア、キャリアガスとして水素を用いて、サファイア基板41の上にGaNからなる膜厚20nmのバッファー層の成長を行い、バッファー層成長後に、TMGのみ供給を停止し、基板41の温度を1050℃まで上昇させた。その後、原料ガス供給部31の上層の噴出口からアンモニア(流量:30L/min)、中層の噴出口からTMG(流量:60cc/min)と水素(流量:30L/min)、下層の噴出口から窒素(流量:40L/min)を供給して、窒化ガリウム膜を2時間成長させた。
(Vapor phase growth experiment)
A vapor phase growth experiment in which gallium nitride (GaN) is grown on the surface of the substrate was performed using the vapor phase growth system of FIG. 1 equipped with the vapor phase growth apparatus of FIG. First, nitrogen (flow rate: 80 L / min) is circulated from the inert
The
この間、反応ガス排出部32から排出される排ガスの一部をサンプリングするとともに、ガス圧縮機11、ヒートポンプ式冷却機12等を稼動させて、排ガス中のアンモニアを液化し、液体アンモニア貯槽14に回収した。尚、ガス圧縮機により、排ガスは常圧から1MPaGに加圧され、ヒートポンプ式冷却機により−40〜−45℃に冷却された。
測定の結果、反応ガス排出部32から排出される排ガスの成分は、アンモニア30%、水素30%、窒素40%であった。また、液体アンモニア槽21におけるアンモニアの回収率は79%であった。
During this time, a part of the exhaust gas discharged from the reaction
As a result of the measurement, the components of the exhaust gas discharged from the reaction
[比較例]
不活性ガス排出部を設けず、不活性ガス供給部から供給される不活性ガスも反応ガスと共に反応ガス排出部から排出される構成とした他は、実施例で用いた気相成長装置と同様の気相成長装置を製作した。このような気相成長装置を用いて、実施例と同様の気相成長実験を行った。また、この間、実施例と同様にして、アンモニア回収装置によりアンモニアを回収した。
測定の結果、反応ガス排出部32から排出される排ガスの成分は、アンモニア17%、水素17%、窒素66%であった。また、液体アンモニア槽21におけるアンモニアの回収率は73%であった。
[Comparative example]
Similar to the vapor phase growth apparatus used in the examples except that the inert gas discharge unit is not provided and the inert gas supplied from the inert gas supply unit is also discharged from the reaction gas discharge unit together with the reaction gas. A vapor phase growth apparatus was manufactured. Using such a vapor phase growth apparatus, a vapor phase growth experiment similar to the example was performed. During this time, ammonia was recovered by an ammonia recovery device in the same manner as in the example.
As a result of the measurement, the components of the exhaust gas discharged from the reaction
本発明の気相成長装置は、III族窒化物半導体の気相成長装置であり、特に、窒化ガリウム系半導体の気相成長装置として好適である。 The vapor phase growth apparatus of the present invention is a group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus, and is particularly suitable as a gallium nitride semiconductor vapor phase growth apparatus.
1 有機金属化合物の供給源
2 窒素の供給源
3 水素の供給源
4 アンモニアの供給源
5 気化器
6 窒素精製装置
7 水素精製装置
8 アンモニア精製装置
9 気相成長装置
10 フィルター
11 ガス圧縮機
12 ヒートポンプ式冷却機
13 圧力調整装置
14 液体アンモニア貯蔵槽
15 ガス混合器
16 外部へのガス放出ライン
17 冷媒送液器
18 膨張弁
19 凝縮弁
20 熱交換器
21 液体アンモニア槽
22 液体アンモニア
23 アンモニア回収装置
24 基板ホルダー
25 均熱板
26 サセプタ
27 サセプタの対面
28 ヒータ
29 断熱板
30 反応炉
31 原料ガス供給部
32 反応ガス排出部
33 不活性ガス供給部
34 不活性ガス排出部
35A 外周端支持部材
35B 中心部支持部材
35C 通気孔
36 光透過性セラミックス板
37 ギア部
38 冷媒を流通する流路
39 サセプタ回転軸
40 サセプタ回転板
41 基板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013094952A JP2014216590A (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Vapor-phase growth apparatus |
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JP2013094952A JP2014216590A (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Vapor-phase growth apparatus |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2014216590A true JP2014216590A (en) | 2014-11-17 |
Family
ID=51942044
Family Applications (1)
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JP2013094952A Pending JP2014216590A (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Vapor-phase growth apparatus |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2014216590A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018516726A (en) * | 2015-05-22 | 2018-06-28 | 青島海爾洗衣机有限公司QingDao Haier Washing Machine Co.,Ltd. | Clothes dryer and control method thereof |
CN111118475A (en) * | 2020-01-15 | 2020-05-08 | 中国科学院半导体研究所 | High-temperature device and method for growth and post-treatment of silicon carbide material |
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2013
- 2013-04-30 JP JP2013094952A patent/JP2014216590A/en active Pending
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