JP4874743B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents
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従って、本発明が解決しようとする課題は、窒化ガリウム系化合物半導体のような高温で腐食性の高いガスを用いた気相成長反応を行なう場合であっても、半導体膜の品質に悪影響を与えることなく、長期間にわたり安定した成膜が可能な気相成長装置を提供することである。
尚、図1、図2は、本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面図である。図3は、本発明の気相成長装置において、環状の光透過性セラミックス板の外周端または中心孔の周端を支持部材により保持した部分の例を示す拡大断面図である。図4は、本発明の気相成長装置において、環状または円板状の光透過性セラミックス板の中心部を支持部材により保持した部分の例を示す拡大断面図である。図5は、本発明の気相成長装置における光透過性セラミックス板の例を示す構成図である。図6、図7は、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を下から保持または補強する支持部材の例を示す構成図である。
特に、支持部材6Cには、800〜1300℃における機械的強度が光透過性セラミックス板7より優れた耐熱性部材が用いられる。このような耐熱性の支持部材の構成材料としては、モリブデン、タングステン等の金属、インコネル等の耐熱合金、アルミナ、アルミニウムオキシナイトライド、マグネシア、ジルコニア等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タングステン、窒化アルミニウム等の窒化物系セラミックス、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タングステン、炭化タンタル等の炭化物系セラミックス、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化チタン等のホウ化物系セラミックス、及び炭素材料を挙げることができる。
支持部材6Cの構成材料としては、大きく分けて、光透過性の良好な材料と光透過性の小さい材料とに分けられる。前者の例としては、サファイア、アルミナ、アルミニウムオキシナイトライド、窒化アルミニウム等が、後者の例としては耐熱性金属等が挙げられる。耐熱性金属は、熱的衝撃、機械的衝撃に強く、その点で本発明の支持部材として好適に用いることができる。さらに、これらの支持部材と光透過性セラミックスとの間に、前記の光透過性の良好な補強材を設置することで、熱線の透過をほとんど損なうことなく、補強の効果を向上させることができる点で、本発明に好適に用いることができる。さらにこのような構造とした場合、光透過性の補強材の熱膨張係数が小さくない場合でも、分割した補強材をいくつも組み合わせ、これを光透過性の小さい材質の補強材でさらに支持することができる点でも好ましい。
ステンレス製の反応容器の内部に、円板状サセプタ(直径560mm、厚さ11mm)、ヒータ、原料ガスの導入部、ガス案内部材、反応ガス排出部を設け、さらに、外周端支持部材6A(窒化ホウ素)により外周端が、中心部支持部材6B(窒化ホウ素)により中心孔の周端が保持された環状の光透過性セラミックス板(石英板)を設けて、図1に示すような気相成長装置を製作した。尚、光透過性セラミックス板は、直径650mm、厚さ3mm、中心孔の直径が32mmであった。また、炭素材料からなる外周部材(外径650mm、幅30mm、厚さ3mm)、中心部材(外径62mm、幅30mm、厚さ3mm)、及びモリブデンからなる網目構造(間隔10mm)の結合部材により構成された図6(3)に示すような支持部材6Cを用いて、光透過性セラミックス板を下から支えて補強した。また、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。
この気相成長装置を用いて、以下の加熱実験を行なった。すなわち反応室内を窒素ガスで置換した後、ヒータ近傍に設置した熱電対の温度が1200℃になるように加熱し、この温度を合計で18時間保持した。
温度を室温まで低下させた後、光透過性セラミックス板の垂れ下がり状態を測定した。その結果、光透過性セラミックス板の垂れ下がりはほとんど見られず最大値でも1mm以下であった。
次に、ヒータ近傍に設置した熱電対の温度が1200℃になるように加熱した後、反応室内にアンモニアガス(20vol%)と水素ガス(80vol%)の混合ガスを200時間流通した。
温度を室温まで低下させた後、ヒータの表面状態を測定した。その結果、窒化ホウ素膜により被覆されたヒータの表面には、腐食性ガス(アンモニアガス)による損傷は確認できなかった。
さらに、前記の窒化ホウ素膜により被覆されたヒータを、表面に何も耐アンモニア被覆していないグラファイト製のヒータに替えて、気相成長装置を製作し、前記と同様な耐腐食性実験を行なったが、同様にヒータの表面には、腐食性ガス(アンモニアガス)による損傷は確認できなかった。
実施例1の気相成長装置の製作において、光透過性セラミックス板の外周端及び中心孔の周端を保持する支持部材6A、6Bの構成材料を、各々ステンレスとアルミナ、ステンレスとインコネル、ステンレスと炭素材に替えたほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。
これらの気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして各々加熱実験を行なった。その結果、いずれも光透過性セラミックス板の垂れ下がりはほとんど見られず最大値でも1mm以下であった。
実施例1の気相成長装置の製作において、光透過性セラミックス板を下から支える支持部材6Cの構成を、各々図6(2)(モリブデン線の径3mm)、図6(4)(網目の間隔10mm)、図7(1)(モリブデン線の径3mm)、図7(2)(モリブデン線の径3mm)に示すようなものに替えたほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。
これらの気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして各々加熱実験を行なった。その結果、いずれも光透過性セラミックス板の垂れ下がりはほとんど見られず最大値でも1mm以下であった。
実施例1の気相成長装置の製作において、光透過性セラミックス板を下から支える支持部材6Cの結合部材16の構成材料を、各々タングステン、インコネル、窒化ホウ素に替えたほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。
これらの気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして各々加熱実験を行なった。その結果、いずれも光透過性セラミックス板の垂れ下がりはほとんど見られず最大値でも1mm以下であった。
実施例1の気相成長装置の製作において、光透過性セラミックス板を、各々サファイア、アルミナ、アルミニウムオキシナイトライドに替えたほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。
これらの気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして各々加熱実験を行なった。その結果、いずれも光透過性セラミックス板の垂れ下がりはほとんど見られず最大値でも1mm以下であった。
ステンレス製の反応容器の内部に、環状サセプタ(直径560mm、厚さ11mm)、ヒータ、原料ガスの導入部、ガス案内部材、反応ガス排出部を設け、さらに、外周端支持部材6Aにより外周端が、中心部支持部材6Bにより中心孔の周端が保持された環状の光透過性セラミックス板を設けて、図2に示すような気相成長装置を製作した。また、光透過性セラミックス板を、石英とサファイアを重ね合わせたもの(厚さは各々1.5mm)にして、サファイアを下側にセットした。そのほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。
この気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして各々加熱実験を行なった。その結果、いずれも光透過性セラミックス板の垂れ下がりはほとんど見られず最大値でも1mm以下であった。
ステンレス製の反応容器の内部に、環状サセプタ(直径280mm、厚さ11mm)、ヒータ、原料ガスの導入部、ガス案内部材、反応ガス排出部を設け、さらに、支持部材6A、6B(窒化ホウ素)により外周端及び中心部が保持された中心部に孔がない円板状の光透過性セラミックス板(石英板)を設けて、図1に示すような気相成長装置を製作した。尚、光透過性セラミックス板は、直径300mm、厚さ5mmであった。また、耐熱性の支持部材6Cは用いなかった。また、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。この気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして加熱実験を行なった。その結果、光透過性セラミックス板の垂れ下がりは最大値で1〜2mm程度であった。
比較例1の気相成長装置の製作において、光透過性セラミックス板を、各々サファイア、アルミナ、アルミニウムオキシナイトライドに替えたほかは比較例1と同様にして気相成長装置を製作した。これらの気相成長装置を用いたほかは実施例1と同様にして各々加熱実験を行なった。その結果、いずれも光透過性セラミックス板の垂れ下がりは最大値で1〜2mm程度であった。
実施例1の気相成長装置の製作において、光透過性セラミックス板を設けなかったほかは実施例1と同様にして気相成長装置を製作した。 この気相成長装置を用いて、以下の耐腐食性実験を行なった。すなわちヒータ近傍に設置した熱電対の温度が1200℃になるように加熱した後、反応室内にアンモニアガス(20vol%)と水素ガス(80vol%)の混合ガスを20時間流通した。温度を室温まで低下させた後、ヒータの表面状態を測定した。その結果、窒化ホウ素膜により被覆されたヒータの表面には、腐食性ガス(アンモニアガス)により微小な孔(直径1mm程度)が多数発生していることが確認できた。
2 サセプタ
3 ヒータ
4 原料ガス導入部
5 反応ガス排出部
6A 外周端支持部材
6B 中心部支持部材
6C 下からの支持部材
7 光透過性セラミックス板
8 ギア部
9 断熱板
10 ガス案内部材
11 サセプタ回転軸
12 外周端
13 中心孔の周端
14 外周部材
15 中心部材
16 結合部材
17 幾何学模様状の結合部材
Claims (6)
- 基板を載置するためのサセプタ、該基板を加熱するヒータ、該基板に原料ガスを供給する原料ガス導入部、及び反応ガス排出部を有し、該ヒータと基板の載置位置の間に、ヒータと空間を隔てて、外周部材、中心部材、及びこれらを結合する部材からなる支持部材により、下から保持または補強された光透過性セラミックス板であって、光透過性セラミックス板の中央に中心孔を形成している環状の光透過性セラミックスを備え、
光透過性セラミックス板は、扇形状の複数の光透過性セラミックス板片で構成されていること特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長装置。 - 前記光透過性セラミックス板は、前記光透過性セラミックス板が熱変形によって中心孔から離れる半径方向の伸び縮みすることができる隙間が前記光透過性セラミックス板の外周端と支持部材との間に形成されるように、支持部材により、下から保持または補強されている請求項1に記載の気相成長装置。
- 光透過性セラミックス板の構成材料が、サファイア、アルミナ、またはアルミニウムオキシナイトライドである請求項1又は2に記載の気相成長装置。
- 支持部材の構成材料が、金属、合金、金属酸化物、セラミックス、及び炭素材料から選ばれる1種以上である請求項1又は2に記載の気相成長装置。
- サセプタが複数枚の基板を載置する構成である請求項1又は2に記載の気相成長装置。
- 光透過性セラミックス板とヒータの空間に、不活性ガスを導入する手段が設けられた請求項1又は2に記載の気相成長装置。
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