JP2004319850A

JP2004319850A - Gas cooling part of vapor growth device

Info

Publication number: JP2004319850A
Application number: JP2003113275A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Noguchi; 哲男野口; Toshiharu Matsueda; 敏晴松枝
Original assignee: Furukawa Co Ltd
Current assignee: Furukawa Co Ltd
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the cooling capacity of material gas by reducing pressure loss in a cooling medium passage by simple constitution. <P>SOLUTION: The vapor growth device is provided with a rotatable susceptor 3 capable of fixing one or more substrates 2 in a growth chamber 1, a heater 4 for heating the susceptor 3 and a gas blowing-out part 10 for leading 1st gas, 2nd gas and carrier gas into the growth chamber 1 to perform epitaxial growth on the substrate 2. Cooling piping systems 30, 31 in which cooling piping 29 is spirally formed around the rotation axis of the susceptor 3 and gaps for passing gas are formed between pipes 29 which are adjacent to each other in the diameter direction are arranged between the gas blowing-out part 10 of the growth chamber 1 and the susceptor 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長装置のガス冷却部、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）に好適なガス冷却部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＬＤやＬＥＤのような光デバイス、ＨＥＭＴやＨＢＴのような電子デバイスに多く使われており、これらのデバイスを作る方法として、ＬＰＥ、ＭＢＥあるいはＭＯＣＶＤなどの方法が知られている。
ＭＯＣＶＤ法には、ＩＩＩ族ガス及びＶ族ガスを成長チャンバー内に別々に導入し、冷却されたインジェクターを介して基板に導入させる方法がある（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、成長チャンバー内に導入されたＩＩＩ族ガス及びＶ族ガスを冷却するインジェクタプレートが開示されている。インジェクタプレートは、外側環状壁の内側に平行に敷詰められた複数の冷媒チャンネルからなる。複数の冷媒チャンネルは、隣り合う冷媒チャンネルの端部を接続チャンネルで結合して連続した冷媒通路を有する冷媒チャンネルセクタを形成している。インジェクタプレートは、複数の冷媒チャンネルセクタによって構成され、各冷媒チャンネルセクタには外側環状壁を介して冷媒の入口と出口が接続されている。
隣接する冷媒チャンネルの間にはスリットが形成されており、成長チャンバー内に導入されたＩＩＩ族ガス及びＶ族ガスはスリットを通過する際に冷却され、サセプタに到達する前にサセプタからの輻射熱によって分解されることが防止される。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５０６８０３号公報（第４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷媒チャンネルセクタの冷媒通路は、冷媒チャンネル（直線部）と急角度で屈折する接続チャンネル（急屈折部）の組み合わせであり、中央の冷媒チャンネルセクタには２箇所の急屈折部を、脇の冷媒チャンネルセクタには５箇所の急屈折部をそれぞれ有している。
【０００６】
冷媒通路内では、直線部においてもある程度管内抵抗による圧力損失があるが、急屈折部では直線部とは比較にならない程圧力損失が大きく、複数の急屈折部を有することでその大きな圧力損失が累積して、冷媒通路全体の圧力損失は極めて大きくなる。
冷媒通路内の圧力損失が大きいと冷却能力が低下し、成長チャンバー内に導入されたガスが十分に冷却されないため、ガスはサセプターからの輻射熱によって熱せられて基板に至る前に熱分解を起こし、良好なエピタキシャル成長が得られないという問題があった。
【０００７】
この圧力損失を冷媒ポンプの高出力化で補うには限界がある。そのため各冷媒チャンネルセクタをさらに細分化して急屈折部である接続チャンネルを廃止し、直線部である冷媒チャンネルのみで構成することも考えられるが、各冷媒チャンネルの両端に冷媒の入口と出口をそれぞれに設けなければならず、構造が複雑化しコストが嵩むため現実的でない。
【０００８】
また、冷媒チャンネルと接続チャンネルは溶接によって接合されるが、溶接箇所が多いため製作コストが嵩むという問題があり、さらに、溶接ビードに塵などが付着しやすいので成長チャンバー内のように高い清浄度を要する空間では溶接箇所をできるだけ少なくするのが好ましい。
本発明は、気相成長装置の冷却部における上記課題を解決するものであって、簡素な構造で冷媒通路内の圧力損失を低減して原料ガスの冷却能力を高めることができる気相成長装置のガス冷却部を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の気相成長装置のガス冷却部は、成長チャンバー内に一枚以上の基板を取付けることのできる回転自在のサセプターと、サセプターを加熱するための加熱手段と、成長チャンバー内に第一ガス、第二ガス及びキャリアーガスを導入するガス吹き出し部とを備え、基板にエピタキシャル成長をさせる気相成長装置において、成長チャンバーのガス吹き出し部とサセプターの間に、冷却配管をサセプターの回転軸を中心とする渦巻き状に形成して径方向に隣接する冷却配管の間にガスが通過する隙間を設けた冷却配管系を配置することにより上記課題を解決している。
【００１０】
この気相成長装置のガス冷却部は、成長チャンバーのガス吹き出し部とサセプターの間に、冷却配管をサセプターの回転軸を中心とする渦巻き状に形成して径方向に隣接する冷却配管の間にガスが通過する隙間を設けた冷却配管系を配置しているので、冷却配管内での圧力損失が小さく、冷却能力が高い。
従って、ガス吹き出し部から成長チャンバー内に導入された第一ガス、第二ガス及びキャリアーガスは、冷却配管の隙間を通過する際に十分冷却され、サセプタに到達する前にサセプタからの輻射熱によって分解されることが防止されるので、サセプター上の基板では良好なエピタキシャル成長が行われる。
【００１１】
個別に冷媒の入口と出口とを備えた複数の冷却配管系を、径方向に配置してガス冷却部を構成すると、各冷却配管系の冷媒通路長が短くなり、圧力損失がさらに低減されて冷却能力が高くなると共に、中心部から径方向へ各冷却配管系の領域ごとに個別の冷却制御が可能となるので、サセプター面上に供給されるガスの温度分布を均一に保つことが容易になる。
【００１２】
複数の冷却配管系を中心部の冷却配管系と外周部の冷却配管系とで構成し、この二つの系の境界をサセプター上の基板と対向する位置に設定して、中心部の冷却配管系と外周部の冷却配管系への冷媒の供給をそれぞれ境界側から行うようにすると、他の箇所よりも高い冷却能力が必要な基板付近のガスを優先的に冷却することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態であるガス冷却部を備えた気相成長装置の構成図、図２はガス吹き出し部の底面図、図３はガス冷却部の平面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。
図１の気相成長装置は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等の材質でできた円筒形の成長チャンバー１内に基板２を取付けることのできるサセプター３と、サセプター３を加熱するための加熱手段であるヒーター４とを備えている。サセプター３は、回転軸５により水平回転自在に支持されている。
【００１４】
成長チャンバー１の下部にはフランジ６、上部にはフランジ７が溶接されており、下部のフランジ６には排気系に接続される排ガスポート８を設けたフランジ９がＯリング等を介して気密に連結されている。上部のフランジ７には、ガス吹き出し部１０を支持するフランジ１１、１２がＯリング等を介して気密に連結されている。
【００１５】
ガス吹き出し部１０には、サセプター３に対して略平行に第一空間１３が設けられ、第一空間１３の下方に通気孔を有する隔壁１４を介してサセプター面に対して略平行に第二空間１５が設けられている。隔壁１４としては、通気孔を有する金属板やメッシュ状の金属網が用いられる。
第一空間１３内には、第一ガスの流路１６、第二ガスの流路１７、及びキャリアーガスの流路１８が配置されている。
【００１６】
第一ガスの流路１６、第二ガスの流路１７、及びキャリアーガスの流路１８は、図２に示すように、サセプター３の回転軸５をおおよそ中心とする円弧状で、互いにブロック１９で隔離されており、それぞれ径方向に複数路、即ち、第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）、及びキャリアーガスの流路１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）の各４流路が配置されている。
【００１７】
第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）、及びキャリアーガスの流路１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）には、個別に第一ガスの入口２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）、第二ガスの入口２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）、及びキャリアーガスの入口２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ）が設けられている。
【００１８】
キャリアーガスの流路の１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）の下面には、基板２の方向に向けてキャリアーガスが吹き出される吹き出し孔２４が設けられている。
第一空間１３内には仕切は設けられておらず、吹き出し孔２４から吹き出されるキャリアーガスは第一空間１３内に均一に分布される。
【００１９】
第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）と第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）には基板２の方向に向けて先端が第二空間１５に延出するノズル２５を備えた分岐流路２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ）、２７（２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ）が設けられている。
ノズル２５はサセプター３の面に平行な第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）に対して略垂直に取付けられており、サセプター３に対して垂直な方向にガス流れを形成するように開口されている。
【００２０】
第二の空間１５の下方には、ガス冷却部２８が設けられている。ガス冷却部２８は、図３、図４に示すように、断面円形の冷却配管２９を曲げ加工によってサセプター３の回転軸５を中心とする渦巻き状に形成し、径方向に隣接する冷却配管２９の間にガスが通過する隙間を設けた複数の冷却配管系３０、３１で構成されている。
【００２１】
これらの冷却配管系３０、３１は、個別に冷媒の入口３０Ｉ、３１Ｉと出口３０Ｏ、３１Ｏとを備えていて、径方向で一方の冷却配管系３０が中心部、他方の冷却配管系３１が外周部に配置されており、中心部の冷却配管系３０と外周部の冷却配管系３１の境界Ｂが、サセプター３上の基板２と対向する位置に設定されている。
【００２２】
中心部の冷却配管系３０と外周部の冷却配管系３１への冷媒の供給は、それぞれ境界Ｂ側から、即ち、中心部の冷却配管系３０では外周側から、外周部の冷却配管系３１では中心側から行うよう構成されている。
従って、冷媒ポンプ（図示略）から送られてきた低温の冷媒は、中心部の冷却配管系３０では外周側から中心側へ向かって、外周部の冷却配管系３１では中心側から外周側へ向かって流れる。
【００２３】
このガス冷却部２８の冷却配管系３０、３１は、冷却配管２９が渦巻き状に形成されていて急屈折部が存在しないため、管内抵抗を全体として小さく抑えることができる。従って、圧力損失が小さく、冷却能力が高い。
また、冷却配管２９は曲げ加工によって形成されるため溶接が不要であり、比較的低コストで製作でき、汚染物質が付着しにくい構造となっている。
【００２４】
ガス冷却部２８は、個別に冷媒の入口３０Ｉ、３１Ｉと出口３０Ｏ、３１Ｏとを備えた複数の冷却配管系３０、３１で構成されているので、各冷却配管系３０、３１の冷媒通路長が短くなり、圧力損失がさらに低減されて冷却能力が高くなると共に、中心部から径方向へ各冷却配管系３０、３１の領域ごとに個別の冷却制御が可能となるので、サセプター３面上に供給されるガスの温度分布を均一に保つことが容易になる。
【００２５】
ガス冷却部２８は、中心部冷却配管系３０と外周部冷却配管系３１の二つの系で構成し、この二つの系の境界Ｂをサセプター３上の基板２と対向する位置に設定して、中心部冷却配管系３０と外周部冷却配管系３１への冷媒の供給をそれぞれ境界Ｂ側から行うようにしているので、他の箇所よりも高い冷却能力が必要な基板２付近のガスを優先的に冷却することができる。
【００２６】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル膜をＭＯＣＶＤ法で成長させる場合には、第一ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などの有機金属蒸気をキャリアーガスに含ませたＩＩＩ族ガスであり、第二のガスは、アルシン、ホスフィン、アンモニアあるいはＶ族有機金属であるターシャリィブチルアルシン（ＴＢＡ）やターシャリィブチルホスフィン（ＴＢＰ）などのＶ族ガスである。また、キャリアーガスには水素、窒素、アルゴンなどが使われる。
【００２７】
第一ガスは、第一ガスの入口２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）から第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）に導入され、第二ガスは、第二ガスの入口２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）から第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）に導入される。
キャリアーガスは、キャリアーガスの入口２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ）からキャリアーガスの流路１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）に導入され、吹き出し孔２４から第一空間１３に吹き出される。
【００２８】
第一ガスと第二ガスは、それぞれ分岐流路２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ）、２７（２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ）を通ってノズル２５から第二空間１５に吹き出される。
第一空間１３に吹き出されたキャリアーガスは、隔壁１４の通気孔を通って第二空間１５に入り、第一ガスや第二ガスを下方ヘ付勢し、これらのガスはガス冷却部２８の冷却配管２９の隙間を通って基板２に達する。
【００２９】
ガス冷却部２８の冷却配管系３０、３１の冷媒の入口３０Ｉ、３１Ｉには、冷媒として水が供給されており、成長チャンバー１内に導入されてサセプター３からの輻射熱によって熱せられたガスを冷却する。
ガス冷却部２８で冷却されたガスは、途中で熱分解を起こすことなく基板２に達してエピタキシャル成長が行われる。エピタキシャル成長が行われた後の排ガスは排ガスポート８から排出される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、簡素な構造で冷媒通路内の圧力損失を低減して原料ガスの冷却能力を高めることができるので、良好なエピタキシャル膜り得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるガス冷却部を備えた気相成長装置の構成図である。
【図２】ガス吹き出し部の底面図である。
【図３】ガス冷却部の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１成長チャンバー
２基板
３サセプター
４ヒーター
５回転軸
１０ガス吹き出し部
１３第一空間
１４隔壁
１５第二空間
１６第一ガスの流路
１７第二ガスの流路
１８キャリアガスの流路
２１第一ガスの入口
２２第二ガスの入口
２３キャリアーガスの入口
２４吹き出し孔
２５ノズル
２６、２７分岐流路
２８ガス冷却部
２９冷却配管
３０、３１冷却配管系
３０Ｉ、３１Ｉ冷媒入口
３０Ｏ、３１Ｏ冷媒出口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas cooling unit of a vapor phase growth apparatus, and more particularly to a gas cooling unit suitable for a metal organic chemical vapor deposition apparatus (MOCVD apparatus) for growing a group III-V compound semiconductor.
[0002]
[Prior art]
III-V compound semiconductors are widely used in optical devices such as LDs and LEDs, and electronic devices such as HEMTs and HBTs. Methods for producing these devices include methods such as LPE, MBE and MOCVD. Have been.
In the MOCVD method, there is a method in which a group III gas and a group V gas are separately introduced into a growth chamber and introduced into a substrate via a cooled injector (see Patent Document 1).
[0003]
Patent Literature 1 discloses an injector plate that cools a group III gas and a group V gas introduced into a growth chamber. The injector plate consists of a plurality of refrigerant channels laid parallel to the inside of the outer annular wall. The plurality of refrigerant channels connect ends of adjacent refrigerant channels with connection channels to form a refrigerant channel sector having a continuous refrigerant passage. The injector plate is constituted by a plurality of refrigerant channel sectors, and each refrigerant channel sector is connected to an inlet and an outlet of the refrigerant via an outer annular wall.
A slit is formed between adjacent refrigerant channels, and the group III gas and the group V gas introduced into the growth chamber are cooled when passing through the slit, and are radiated by the susceptor before reaching the susceptor. Decomposition is prevented.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-506803 A (Fig. 4)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the refrigerant passage of the refrigerant channel sector is a combination of a refrigerant channel (straight line portion) and a connection channel (rapid refraction portion) that refracts at a steep angle. The refrigerant channel sector has five sharply bent portions.
[0006]
In the refrigerant passage, there is some pressure loss due to the resistance in the pipe even in the straight part, but the pressure loss is so large that it cannot be compared with the straight part in the sharply bent part, and the large pressure loss is caused by having a plurality of sharply bent parts. Cumulatively, the pressure loss in the entire refrigerant passage becomes extremely large.
If the pressure loss in the refrigerant passage is large, the cooling capacity is reduced, and the gas introduced into the growth chamber is not sufficiently cooled, so that the gas is heated by radiant heat from the susceptor and undergoes thermal decomposition before reaching the substrate, There is a problem that good epitaxial growth cannot be obtained.
[0007]
There is a limit in compensating for this pressure loss by increasing the output of the refrigerant pump. For this reason, it is conceivable that each refrigerant channel sector is further subdivided and the connection channel which is a sharply bent portion is abolished, and that only the refrigerant channel which is a straight portion is constituted, but the inlet and outlet of the refrigerant are provided at both ends of each refrigerant channel, respectively. It is not practical because the structure becomes complicated and the cost increases.
[0008]
In addition, the coolant channel and the connection channel are joined by welding, but there are problems that the manufacturing cost is increased due to the large number of welding points, and furthermore, dust and the like easily adhere to the weld bead, so that the cleanliness is high as in the growth chamber. It is preferable to minimize the number of welding points in a space that requires the following.
The present invention solves the above-mentioned problem in the cooling section of the vapor phase growth apparatus, and has a simple structure that can reduce the pressure loss in the refrigerant passage and increase the cooling capacity of the source gas. An object of the present invention is to provide a gas cooling unit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The gas cooling unit of the vapor phase growth apparatus of the present invention includes a rotatable susceptor capable of mounting one or more substrates in a growth chamber, a heating unit for heating the susceptor, and a first gas in the growth chamber. A gas blowout unit for introducing a second gas and a carrier gas, and in a vapor phase growth apparatus for performing epitaxial growth on a substrate, a cooling pipe is provided between a gas blowout unit of a growth chamber and a susceptor with a rotation axis of the susceptor as a center. The above problem is solved by disposing a cooling pipe system which is formed in a spiral shape and has a gap through which gas passes between cooling pipes radially adjacent to each other.
[0010]
The gas cooling unit of this vapor phase growth apparatus is configured such that a cooling pipe is formed in a spiral shape around the rotation axis of the susceptor between the gas blowing section of the growth chamber and the susceptor, and between cooling pipes radially adjacent to each other. Since the cooling pipe system provided with the gap through which the gas passes is arranged, the pressure loss in the cooling pipe is small and the cooling capacity is high.
Therefore, the first gas, the second gas, and the carrier gas introduced into the growth chamber from the gas blowing section are sufficiently cooled when passing through the gap of the cooling pipe, and are decomposed by radiant heat from the susceptor before reaching the susceptor. Therefore, good epitaxial growth is performed on the substrate on the susceptor.
[0011]
When a plurality of cooling pipe systems each having an inlet and an outlet for the refrigerant are individually arranged in the radial direction to constitute the gas cooling section, the length of the refrigerant passage of each cooling pipe system is shortened, and the pressure loss is further reduced. As the cooling capacity increases, individual cooling control can be performed for each area of the cooling piping system in the radial direction from the center, so that the temperature distribution of gas supplied on the susceptor surface can be easily maintained uniformly. Become.
[0012]
A plurality of cooling piping systems are composed of a cooling piping system at the center and a cooling piping system at the outer periphery, and the boundary between the two systems is set at a position facing the substrate on the susceptor, and the cooling piping system at the center is formed. When the coolant is supplied to the cooling pipe system at the boundary from the outside, the gas near the substrate, which needs a higher cooling capacity than at other locations, can be preferentially cooled.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 is a configuration diagram of a vapor phase growth apparatus provided with a gas cooling unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a bottom view of a gas blowing unit, FIG. 3 is a plan view of the gas cooling unit, and FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG.
1 is a susceptor 3 on which a substrate 2 can be mounted in a cylindrical growth chamber 1 made of a material such as SUS304, SUS316, or SUS316L, and a heating means for heating the susceptor 3. A heater 4 is provided. The susceptor 3 is supported by a rotating shaft 5 so as to be horizontally rotatable.
[0014]
A flange 6 is welded to a lower portion of the growth chamber 1 and a flange 7 is welded to an upper portion. A flange 9 provided with an exhaust gas port 8 connected to an exhaust system is airtightly connected to the lower flange 6 via an O-ring or the like. Are linked. To the upper flange 7, flanges 11, 12 for supporting the gas blowing section 10 are airtightly connected via an O-ring or the like.
[0015]
A first space 13 is provided in the gas blowing unit 10 substantially parallel to the susceptor 3, and a second space 13 is provided substantially parallel to the susceptor surface via a partition 14 having a vent below the first space 13. 15 are provided. As the partition wall 14, a metal plate having a ventilation hole or a mesh-like metal net is used.
In the first space 13, a flow path 16 for the first gas, a flow path 17 for the second gas, and a flow path 18 for the carrier gas are arranged.
[0016]
As shown in FIG. 2, the first gas flow path 16, the second gas flow path 17, and the carrier gas flow path 18 are arc-shaped about the rotation axis 5 of the susceptor 3, and are mutually blocked. And a plurality of paths in the radial direction, that is, the first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16), the second gas flow path 17 (17A, 17B, 17C, 17D), and Four flow paths of the carrier gas flow path 18 (18A, 18B, 18C, 18D) are arranged.
[0017]
First gas passage 16 (16A, 16B, 16C, 16D), second gas passage 17 (17A, 17B, 17C, 17D), and carrier gas passage 18 (18A, 18B, 18C, 18D) Has a first gas inlet 21 (21A, 21B, 21C, 21D), a second gas inlet 22 (22A, 22B, 22C, 22D), and a carrier gas inlet 23 (23A, 23B, 23C, 23D).
[0018]
On the lower surface of the carrier gas flow path 18 (18A, 18B, 18C, 18D), a blowout hole 24 for blowing out the carrier gas toward the substrate 2 is provided.
No partition is provided in the first space 13, and the carrier gas blown out from the blowing holes 24 is uniformly distributed in the first space 13.
[0019]
In the first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16D) and the second gas flow path 17 (17A, 17B, 17C, 17D), the tips extend toward the substrate 2 toward the second space 15. Branch flow paths 26 (26A, 26B, 26C, 26D) and 27 (27A, 27B, 27C, 27D) each having a nozzle 25 that exits are provided.
The nozzle 25 is mounted substantially perpendicular to the first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16D) and the second gas flow path 17 (17A, 17B, 17C, 17D) parallel to the surface of the susceptor 3. And is opened so as to form a gas flow in a direction perpendicular to the susceptor 3.
[0020]
A gas cooling unit 28 is provided below the second space 15. As shown in FIGS. 3 and 4, the gas cooling unit 28 is formed by forming a cooling pipe 29 having a circular cross section into a spiral shape around the rotation shaft 5 of the susceptor 3 by bending, and forming a cooling pipe 29 radially adjacent to the cooling pipe 29. A plurality of cooling piping systems 30 and 31 are provided with a gap through which gas passes.
[0021]
These cooling piping systems 30 and 31 are individually provided with refrigerant inlets 30I and 31I and outlets 30O and 31O. One cooling piping system 30 is located at the center in the radial direction, and the other cooling piping system 31 is located at the outer circumference. The boundary B between the central cooling pipe system 30 and the outer peripheral cooling pipe system 31 is set at a position facing the substrate 2 on the susceptor 3.
[0022]
The supply of the refrigerant to the central cooling piping system 30 and the outer peripheral cooling piping system 31 is performed from the boundary B side, that is, from the outer peripheral side in the central cooling piping system 30, and in the outer peripheral cooling piping system 31 respectively. It is configured to be performed from the center side.
Therefore, the low-temperature refrigerant sent from the refrigerant pump (not shown) flows from the outer peripheral side to the central side in the central cooling piping system 30, and goes from the central side to the outer peripheral side in the outer peripheral cooling piping system 31. Flowing.
[0023]
In the cooling pipe systems 30 and 31 of the gas cooling section 28, since the cooling pipe 29 is formed in a spiral shape and has no sharply bent portion, the internal pipe resistance can be suppressed as a whole. Therefore, the pressure loss is small and the cooling capacity is high.
Further, since the cooling pipe 29 is formed by bending, it does not require welding, can be manufactured at a relatively low cost, and has a structure in which contaminants hardly adhere.
[0024]
Since the gas cooling unit 28 is composed of a plurality of cooling pipe systems 30, 31 each having a coolant inlet 30I, 31I and an outlet 30O, 31O, the coolant passage length of each cooling pipe system 30, 31 is reduced. The cooling capacity is further reduced, the pressure loss is further reduced, and the cooling capacity is increased. In addition, since individual cooling control can be performed for each area of the cooling piping systems 30 and 31 in the radial direction from the center, the cooling capacity is supplied on the susceptor 3 surface. It is easy to keep the temperature distribution of the gas to be made uniform.
[0025]
The gas cooling unit 28 includes two systems, a central cooling piping system 30 and an outer peripheral cooling piping system 31, and a boundary B between the two systems is set at a position facing the substrate 2 on the susceptor 3. Since the supply of the refrigerant to the central cooling piping system 30 and the outer peripheral cooling piping system 31 is performed from the boundary B side, the gas near the substrate 2 which requires a higher cooling capacity than other parts is given priority. Can be cooled.
[0026]
When an epitaxial film of a III-V compound semiconductor is grown by MOCVD, the first gas may be an organic metal vapor such as trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), or trimethylindium (TMI) as a carrier gas. The second gas is a group V gas such as arsine, phosphine, ammonia or tertiary butyl arsine (TBA) or tertiary butyl phosphine (TBP) which is a group V organic metal. In addition, hydrogen, nitrogen, argon, or the like is used as a carrier gas.
[0027]
The first gas is introduced into the first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16D) from the first gas inlet 21 (21A, 21B, 21C, 21D), and the second gas is supplied to the second gas Inlet 22 (22A, 22B, 22C, 22D) is introduced into second gas flow path 17 (17A, 17B, 17C, 17D).
The carrier gas is introduced into the carrier gas flow path 18 (18A, 18B, 18C, 18D) from the carrier gas inlet 23 (23A, 23B, 23C, 23D), and is blown out from the blowout hole 24 into the first space 13. .
[0028]
The first gas and the second gas are blown from the nozzle 25 to the second space 15 through the branch flow paths 26 (26A, 26B, 26C, 26D) and 27 (27A, 27B, 27C, 27D), respectively.
The carrier gas blown out to the first space 13 enters the second space 15 through the ventilation hole of the partition wall 14 and urges the first gas and the second gas downward. It reaches the substrate 2 through the gap of the cooling pipe 29.
[0029]
Water is supplied as a refrigerant to the refrigerant inlets 30I and 31I of the cooling piping systems 30 and 31 of the gas cooling unit 28, and cools the gas introduced into the growth chamber 1 and heated by radiant heat from the susceptor 3. I do.
The gas cooled by the gas cooling unit 28 reaches the substrate 2 without causing thermal decomposition on the way, and is epitaxially grown. The exhaust gas after the epitaxial growth is discharged from the exhaust gas port 8.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the pressure loss in the refrigerant passage can be reduced with a simple structure, and the cooling capacity of the source gas can be increased, so that a good epitaxial film can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a vapor phase growth apparatus including a gas cooling unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of a gas blowing unit.
FIG. 3 is a plan view of a gas cooling unit.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Growth chamber 2 Substrate 3 Susceptor 4 Heater 5 Rotating shaft 10 Gas blowing part 13 First space 14 Partition wall 15 Second space 16 First gas flow path 17 Second gas flow path 18 Carrier gas flow path 21 First gas Inlet 22 Second gas inlet 23 Carrier gas inlet 24 Blow-out hole 25 Nozzles 26, 27 Branch flow path 28 Gas cooling unit 29 Cooling pipe 30, 31 Cooling pipe system 30I, 31I Refrigerant inlet 300, 31O Refrigerant outlet

Claims

成長チャンバー内に一枚以上の基板を取付けることのできる回転自在のサセプターと、サセプターを加熱するための加熱手段と、成長チャンバー内に第一ガス、第二ガス及びキャリアーガスを導入するガス吹き出し部とを備え、基板にエピタキシャル成長をさせる気相成長装置において、
成長チャンバーのガス吹き出し部とサセプターの間に、冷却配管をサセプターの回転軸を中心とする渦巻き状に形成して径方向に隣接する冷却配管の間にガスが通過する隙間を設けた冷却配管系を配置したことを特徴とする気相成長装置のガス冷却部。A rotatable susceptor capable of mounting one or more substrates in a growth chamber, heating means for heating the susceptor, and a gas blowing unit for introducing a first gas, a second gas, and a carrier gas into the growth chamber In a vapor phase growth apparatus for epitaxially growing a substrate,
A cooling pipe system in which a cooling pipe is formed in a spiral shape around the rotation axis of the susceptor between the gas blowing part of the growth chamber and the susceptor, and a gap through which gas passes between cooling pipes adjacent in the radial direction is provided. A gas cooling unit of a vapor phase growth apparatus, wherein:

個別に冷媒の入口と出口とを備えた複数の冷却配管系を、径方向に配置したことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置のガス冷却部。2. The gas cooling unit according to claim 1, wherein a plurality of cooling piping systems each having an inlet and an outlet for a refrigerant are arranged in a radial direction.

複数の冷却配管系が、境界をサセプター上の基板と対向する位置に設定した中心部の冷却配管系と外周部の冷却配管系とからなり、中心部の冷却配管系と外周部の冷却配管系への冷媒の供給がそれぞれ境界側から行われるよう構成したことを特徴とする請求項２記載の気相成長装置のガス冷却部。A plurality of cooling piping systems include a cooling piping system at the center and a cooling piping system at the outer periphery, the boundary of which is set at a position facing the substrate on the susceptor, and a cooling piping system at the center and a cooling piping system at the outer periphery. 3. The gas cooling section of a vapor phase growth apparatus according to claim 2, wherein the supply of the refrigerant to the gas is performed from the boundary side.