单晶制造方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供可以在着色基板两面制造有一定厚度的高品质单晶膜的制造装置和制造方法。本发明专利技术的特征是，以至少一对红外线发生源和反射镜构成的红外线照射装置，对通过基板支架固定在反应器内部的着色基板上的两单晶生长面基本均匀地加热，从而制造单晶。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单晶制造方法及其装置。更具体地，本专利技术涉及能够适用为，用于激光器材、光通信仪器等多种仪器中的半导体元件基本要素的高品质单晶的制造方法及其装置。
技术介绍
一直以来，单晶作为用于激光器材、光通信仪器等多种仪器中的半导体元件必不可少的基本要素，具体地，广泛被作为基板晶片。尤其，作为用于光学元件的化合物半导体单晶的制造方法，使用水平布里奇曼晶体生长法(HB法，horizontalBridgman method)、液体密封卓克拉尔斯基法(LEC法，liquid encapsulatedCzochralski method)等，GaAs、InP、GaP、InAs等化合物半导体被实用化。另一方面，在化合物半导体中，也有以氮(N)作为构成元素的氮化物半导体，这种情况下，在结晶的熔点氮的平衡蒸气压非常高，用上述的HB法和LEC法晶体形成困难。因此，在氮化物半导体的单晶制造方面，提出过化学蒸镀法(ChemicalVapor Deposition，以下也称CVD法)之类的蒸镀法、溅射法、熔盐法等方法，一部分也被实际运用。作为化学蒸镀法的一种，我们知道例如有机金属气相外延生长法。这种方法是使用反应性高的有机金属作为原料，向反应器中导入必要的有机金属蒸气，使其在指定温度下反应，让单晶在基板上生长，因此具有容易得到高品质单晶的特点。但是，以往的方法存在单晶生长速度过慢的问题，大概只有一小时几微米。另外，还知道另一种化学蒸镀法，即氢化物气相外延生长法(Hydride VaporPhase Epitaxy，以下简称HVPE法)。这种方法因为制膜速度高达一小时数百微米，因此作为最易用以实用的方法受到注目，出现了不少成果。例如，作为蓝色激光振荡元件最受期待的氮化镓薄膜单晶是通过，让加热至750～880℃的金属镓与氯化氢气体反应生成氯化镓，将其与氨气导入加热至近1100℃的反应器内，在蓝宝石单晶基板上生长为氮化镓单晶来得到的。通过以这些方法为代表的化学蒸镀法制造单晶的情况下，由于是让原料气体在基板上反应生长单晶的方法，所以必须加热基板。一直以来，作为基板的加热方法，提出了如上述的从外部对反应室整体加热的方法、在结晶生长面的相反一侧的附近设置加热源对基板直接加热的方法、间接加热基板的方法等提案。但是，对反应室整体加热的方法，因反应室自身也被加热，结果反应在整个反应室内进行，因此难以选择性地在基板上进行薄膜单晶生长的情况也很多。另外，受到一般用来制作反应容器的石英的软化温度(约1200℃)的限制，在此温度以上的生长就困难了。另外，提出的方法还有作为通过加热源直接加热基板的方法，(1)在基板下部设置感应加热器，通过这来对基板加热的方法；作为间接加热基板的方法，(2)在基板下部放置称作感受器(suscepter)的导电性好的物质，利用高频感应加热法从反应室外部对其加热，由此把基板温度保持在设定值的方法；(3)在基板下部设置由石墨等具有红外线吸收能力的物质制成的板，从外部照射红外线对其加热，由此间接加热基板的方法。但是，对于上述(1)使用感应加热器的方法，例如有机金属气体、氯化氢气体等原料气体，或者是反应终止后的废气的反应性极高，存在腐蚀性高的情况，也有由于加热器的腐蚀难以长期稳定使用的情况。另外，对于上述(2)高频感应加热法和(3)在基板下放置用石墨之类有吸收红外线能力的物质制成的板(以下也称下底板)，间接加热基板的方法，特别是变得最高，使感受器或者下底板周围的温度也上升，因此以下底板为中心的基板周围也发生反应。不光是白白消耗了昂贵的原料气体，而且仍无法解决阻碍基板上单晶的稳定生长的问题。此外，对于(1)、(2)和(3)这几种方法，因为加热基板的一面，在反面进行单晶的生长反应，随着生长的单晶的厚度增加，由基板的蓝宝石单晶和基板上生长的单晶之间的热膨胀系数和晶格常数的差异引起的弯曲等加剧。因此，在反应结束后降低温度，将单晶与基板切离变得困难，分离操作中无可避免地发生断裂等的情况也有。另一方面，为了解决这些问题，提出了用红外线照射着色基板的一面，使单晶生长的薄膜单晶制造方法(例如，参考专利文献1)。这个方法由于直接加热生长基板，可以大幅减少原料气体的使用量，而且大幅减少基板周围的反应，从这点上，与过去的(1)～(3)相比好。然而，因为单晶生长后发生弯曲，在将薄膜单晶从基板分离的过程中，单纯的切割操作难以适应，必须使用激光照射等特殊方法进行分离，在这些切割过程中，也有发生断裂等的情况。目前，稳定地获得高品质的有一定厚度的单晶薄膜仍然是一个课题。专利文献1日本专利特开2000-53495
技术实现思路
本专利技术的目的是提供没有原料的无谓消耗，并且可抑制弯曲等发生的可以制造高品质的有一定厚度的单晶薄膜的，利用化学蒸镀法得到的单晶薄膜制造方法，而且还提供其制造装置。本专利技术的专利技术者们为了解决上述课题进行了积极的探讨，结果发现通过以用反射镜集聚红外线，直接加热着色基板两面为特征的利用化学蒸镀法，在着色基板上制造单晶的单晶制造方法，能够仅仅将基板上的结晶生长面加热保持在所期望的温度，并且可实现极少见的基板上温度分布均一的温度条件，从而能高效地利用原料气体，高效地制造缺陷极少的高品质单晶薄膜。而且还发现，不仅能够使单晶在基板两面生长，高效地制造单晶，还能减少冷却时因热膨胀系数差异引起的弯曲的发生，由此可以通过单纯的切割加工简便地进行所生成的高品质单晶和基板的分离。基于这些，完成了本专利技术。换言之，本专利技术所述单晶制造方法的特征是，它是利用化学蒸镀法在基板上制作单晶的方法，基板为具红外线吸收能力的着色基板，从基板两侧照射用反射镜集聚的红外线加热基板，使原料气体在上述基板表面上反应，让单晶在基板两面生长。这里，理想的状况是，上述着色基板是着色的刚玉单晶，上述反射镜是椭圆镜，而且上述红外线的发生源是卤素光源。另外，本专利技术所述单晶制造方法，因为基板是对红外线不通透的，即基板能够选择性地吸收红外线，仅对着色基板进行加热，所以能够适用于以金属氯化物和氨气作为原料气体制造氮化物半导体单晶。本专利技术所述单晶制造装置的特征是，具备反应器以及至少一对红外线发生源和反射镜构成的红外线照射装置，在着色基板两面制造单晶的单晶薄膜制造装置，上述着色基板通过基板支架固定在上述反应器内部，上述反应器具备原料气体导入管、废气排出管和红外线透过性窗口，上述至少一对的红外线照射装置相对设置在上述反应器外部，通过上述红外线照射装置，透过上述红外线透过性窗口均匀地加热上述着色基板上的两单晶生长面。上述单晶制造装置，着色基板的单晶生长面垂直固定为佳。根据本专利技术所述单晶制造方法，因为能够仅对着色基板进行选择性地加热，且能简单控制温度，所以可以非常高效地制造单晶。而且，由于能够以夹住基板的形态，在两侧同时制造出厚度均一弯曲小的单晶，因此，可以简单地进行有一定厚度的整体单晶。附图说明图1此专利技术装置实用形态的示例的简图符号的说明1反应器2原料气体导入管3废气排出管4基板支架5着色基板6红外线发生源7反射镜8红外线透过窗口实施专利技术的最佳形态以下，就本专利技术进行详细说明。本专利技术所述单晶薄膜制造方法的最主要特征是用椭圆镜之类的反射镜聚集红外线，照射具有吸收红外线能力的着色基板的两结晶生长面面，选择性地加热着本文档来自技高网...

【技术保护点】
单晶制造方法，其特征为利用化学蒸镀法在基板上制造单晶的方法，基板为具红外线吸收能力的着色基板，从基板两侧照射用反射镜集聚的红外线加热基板，使原料气体在上述基板表面上反应，让单晶在基板两面生长。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：進藤勇，纐頡明伯，
申请(专利权)人：株式会社水晶系统，
类型：发明
国别省市：JP[日本]