JP2007258516A

JP2007258516A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2007258516A
Application number: JP2006082135A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Ikenaga; 和正池永; Nakao Akutsu; 仲男阿久津; Eitoku Ubukata; 映徳生方; Akira Yamaguchi; 晃山口
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】侵食力の強い付着物によってフローチャンネルが侵食されることを防止し、フローチャンネルの交換頻度を大幅に減少させることができる気相成長装置を提供する。
【解決手段】基板１１を載置したサセプタ１２をフローチャンネル１３に形成した開口部１４に挿入し、前記基板１１を加熱した状態で前記フローチャンネル１３内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部１４の周囲に凹面部１４ａを形成するとともに、該凹面部１４ａにカバー部材１７を着脱可能に装着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、基板を載置したサセプタをフローチャンネルに形成した開口部に挿入して気相成長を行う気相成長装置に関する。

発光ダイオードやレーザダイオードの発光デバイスに用いられる化合物半導体等の薄膜を製造するための気相成長装置として、上面に基板を載置したサセプタの上部をフローチャンネルの底壁に形成した開口部に挿入し、前記サセプタを回転させながら該サセプタの下部外周を覆うリフレクター内に配置したヒーターにより前記サセプタを加熱し、該サセプタを介して基板を加熱するとともに、前記フローチャンネル内に気相原料を供給して前記基板上に薄膜を堆積させる気相成長装置が知られている。前記サセプタは、一般に、平面視が円形に形成されており、フローチャンネル底壁の開口部は、前記サセプタを挿入可能で、かつ、サセプタが回転可能な円形に形成されている。

気相成長中のサセプタは、基板上の薄膜の膜厚を平均化する目的で回転させるため、フローチャンネル底壁の円形開口部の内周面とサセプタの外周面との間には、回転するサセプタがフローチャンネルに接触することがないように、ある程度余裕を持った隙間が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２８３３３９号公報

前述のような気相成長装置を使用してＧａＮ系化合物半導体薄膜の成長を行うと、サセプタと開口部との隙間で原料のトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニアとが反応してＧａやＧａＮが生成し、これらの反応生成物が開口部に付着してしまう。特に、開口部の内周面はサセプタによって高温に加熱されているために反応生成物が付着し易く、更に、開口部の内周面と周縁上面との角部に多くの反応生成物が付着する。

還元力が強いＧａやＧａＮが付着したままの状態で気相成長を繰り返し行うと、フローチャンネルを形成する石英ガラスが侵食され、開口部の角部や内側部分から欠け始め、欠けた部分からフローチャンネル内のガスが外部に漏れてしまう。このため、フローチャンネルの底板（プレート）を定期的に交換しなければならなかった。

そこで本発明は、侵食力の強い付着物によってフローチャンネルが侵食されることを防止し、フローチャンネルの交換頻度を大幅に減少させることができる気相成長装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、基板を載置したサセプタをフローチャンネルに形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部の周囲に凹面部を形成するとともに、該凹面部にカバー部材を着脱可能に装着したことを特徴としている。

さらに、本発明の気相成長装置は、基板を載置したサセプタをフローチャンネルの底壁に形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部に着脱可能に装着されるリング状のカバー部材を備え、該カバー部材は、前記開口部内に挿入可能な外径を有する筒状部と、該筒状部の上端部から外周に突設したフランジ部とを有し、前記開口部の周縁上面には、前記フランジ部の厚さと同じ深さで、フランジ部の外径に対応した内径を有する凹面部を設けたことを特徴としている。

本発明の気相成長装置によれば、気相成長時に生成するＧａやＧａＮがカバー部材に付着することになるため、カバー部材のみを交換すればよく、フローチャンネルのプレート交換に比べてコストの削減が図れる。また、複数のカバー部材を用意し、定期的に交換して付着物を除去する清掃作業を行うことにより、侵食の進行を遅らせることができ、カバー部材の耐用期間の延長も図れる。

図１は本発明の一形態例を示す気相成長装置の断面正面図、図２は同じくフローチャンネルのプレート部分の平面図である。

この気相成長装置は、上面に複数の基板１１を載置したサセプタ１２をフローチャンネル１３の底壁（プレート）１３ａに形成した開口部１４に挿入し、前記サセプタ１２を回転させながら該サセプタ１２の裏面側外周を覆うリフレクター１５内に配置したヒーター１６により前記サセプタ１２を加熱し、該サセプタ１２を介して基板１１を加熱するとともに、フローチャンネル１３内に気相原料を供給して基板１１の上面に薄膜を気相成長させる。

前記開口部１４には、該開口部１４の内周面及び周縁上面を覆うカバー部材１７が着脱可能な状態で装着されている。このカバー部材１７は、開口部１４内に挿入可能な外径を有し、サセプタ１２の外径よりも大きな内径を有する筒状部１７ａと、該筒状部１７ａの上端部から外周に突設したフランジ部１７ｂとを有しており、これが装着される開口部１４の周縁上面には、前記フランジ部１７ｂの厚さと同じ深さで、フランジ部１７ｂの外径に対応した内径を有する凹面部１４ａが設けられている。

このカバー部材１７は、フランジ部１７ｂを凹面部１４ａに嵌合させて開口部１４に装着したときに、フランジ部１７ｂ及び筒状部１７ａの上面がプレート１３ａの上面と面一になり、筒状部１７ａの内周面とサセプタ１２の外周面との間に、サセプタ１２の回転に支障を来さない程度の隙間ができる状態になる。

また、筒状部１７ａの軸方向の長さは、プレート１３ａの厚さより長く形成されており、カバー部材１７を開口部１４に装着したときに、筒状部１７ａの下端がプレート１３ａの下面より下方に突出して前記リフレクター１５の上面と近接するように設定されている。

カバー部材１７は、アンモニア、水素、有機金属及びその分解物に強い材料を使用するのが好ましく、具体的には、石英ガラス、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、耐腐食コートしたカーボン、窒化アルミニウム、窒化珪素窒化ホウ素等からなる混合物等が望ましい。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属も使用可能である。

この気相成長装置を使用してＧａＮ化合物半導体薄膜を気相成長させる場合、基板１１にはサファイア基板が用いられ、前記ヒーター１６によって１０００℃以上の高温状態に加熱される。また、気相原料としては、有機金属であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニアとが所定割合で用いられ、所定流量に調整された原料ガスは、所定流量の水素や窒素をキャリアガスとしてフローチャンネル１３内に導入される。

フローチャンネル１３内に導入された前記原料ガスは、高温の基板１１から加熱されることによって反応し、この反応によって基板面にＧａＮ結晶膜が気相成長する。気相成長に寄与しなかった原料ガスは、キャリアガスに伴われてフローチャンネル１３内から排出されるが、反応生成物（ＧａＮ）の一部は、石英ガラス部品であるフローチャンネル１３の内面やカバー部材１７等に付着する。このとき、カバー部材１７には、筒状部１７ａの内周面から上面にかけての角部近傍に多くの反応生成物が付着する状態になる。

カバー部材１７に反応生成物が付着したままでＧａＮ化合物半導体薄膜の気相成長を繰り返すと、カバー部材１７の内側部分がＧａの還元力によって侵食され、次第に欠け始めることになる。この場合、カバー部材１７のみを交換すれば、そのまま気相成長を継続して行うことができ、従来のようにフローチャンネル１３を交換する必要はない。

また、複数のカバー部材１７を用意しておき、定期的に、例えば１回の気相成長毎、あるいは、複数回の気相成長毎にカバー部材１７を交換し、使用後のカバー部材１７に付着している反応生成物を除去する清掃作業を行うことにより、カバー部材１７を再生して再利用することができる。このような清掃作業を定期的に行うことにより、反応生成物の付着による侵食作用を抑制してカバー部材の耐用期間の延長が図れる。

例えば、反応生成物が付着したままの状態でＧａＮ化合物半導体薄膜の気相成長を繰り返していくと、数十回程度でカバー部材１７の内側が侵食され始めるが、１回乃至複数回程度で清掃作業を行うことにより、百回以上の気相成長にも耐えることが可能となる。また、フローチャンネル１３のプレート１３ａは、反応生成物による侵食がほとんど生じなくなるので、気相成長を数百回行っても交換の必要がなくなる。

図３は、前記カバー部材１７の他の形状例を示す要部の断面正面図であって、図３（Ａ）はカバー部材１７をプレート１３ａと同じ厚さとしたもの、図３（Ｂ）はカバー部材１７の筒状部を無くしたもの、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）はカバー材１７を異なる材料で分割形成したものをそれぞれ示している。例えば、侵食が進みやすい部分に価格の安い材料を使用することによってコスト削減が可能となり、また、カバー部材内でも汚れの付き方が異なるため、仮にカバー部材の一部が欠けて交換が必要となっても、予めダメージを受けやすい箇所に安い材料を選択しておけばコストの削減が可能となる。さらに、材料の違いで温度制御を行い、例えばガスの通過する部分は侵食が進行しやすいので、このような部分の材料を変えて温度環境を変えることにより、汚れの付き方を抑えることができる。

図４は、前記カバー部材１７の他の形状例を示す要部の平面図であって、図４（Ａ）〜（Ｇ）にそれぞれ示すように、カバー部材１７の上面形状は様々な形状にすることができる。

図５は、前記カバー部材１７の更に他の形状例を示す要部の平面図であって、図５（Ａ）〜（Ｆ）にそれぞれ示すように、上流側と下流側とを非対称に形成することもできる。

このような各上面形状を適宜選択することにより、基板面の温度分布やガス温度を調整することが可能である。

本発明の一形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。同じくフローチャンネルのプレート部分の平面図である。カバー部材の他の形状例を示す要部の断面正面図である。同じくカバー部材の他の形状例を示す要部の平面図である。同じくカバー部材の更に他の形状例を示す要部の平面図である。

符号の説明

１１…基板、１２…サセプタ、１３…フローチャンネル、１３ａ…底壁（プレート）、１４…開口部、１４ａ…凹面部、１５…リフレクター、１６…ヒーター、１７…カバー部材、１７ａ…筒状部、１７ｂ…フランジ部

Claims

基板を載置したサセプタをフローチャンネルに形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部の周囲に凹面部を形成するとともに、該凹面部にカバー部材を着脱可能に装着したことを特徴とする気相成長装置。
基板を載置したサセプタをフローチャンネルの底壁に形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部に着脱可能に装着されるリング状のカバー部材を備え、該カバー部材は、前記開口部内に挿入可能な外径を有する筒状部と、該筒状部の上端部から外周に突設したフランジ部とを有し、前記開口部の周縁上面には、前記フランジ部の厚さと同じ深さで、フランジ部の外径に対応した内径を有する凹面部を設けたことを特徴とする気相成長装置。