(57)【要約】【課題】  リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置において、反応性ガスが存在し高温（例えば１０００℃以上）の環境となる気相成長中においても、ベアリングボールの脱落を抑制できる気相成長装置を提供する。【解決手段】  前述のような気相成長装置において、リング状のベアリングボール保持具の内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えた構成とする。【選択図】  図５
2014003251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置であって、前記リング状のベアリングボール保持具が、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えてなることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
ベアリングボール保持具に設けられた凹部の突起の長さがベアリングボールの径より小さく設定されている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
回転部材が、反応炉の中心部に設けられ外周に歯車を有する基板ホルダー回転板であり、前記基板ホルダー回転板を介して、基板ホルダー回転駆動器から、前記基板ホルダー回転板の周囲に設けられ外周に歯車を有する複数の基板ホルダーに回転駆動力を伝達することにより、前記基板ホルダーを回転させる構成を備えた請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
ベアリングボール保持具が、カーボン、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、及びそれらの組み合わせから選択される材質からなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
ベアリングボール保持具が窒化ホウ素からなる請求項４に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関し、詳細には、基板回転機構を有する気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶膜を基板上に成長する方法には、化学的気相成長（ＣＶＤ）法等があり、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、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を製作するためのIII族窒化物半導体の気相成長もその一つである。例えば、III族窒化物半導体結晶膜の成長は、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、また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℃以上の高温に加熱されたシリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等の基板上に結晶膜を気相成長する熱ＣＶＤ法により行われることがある。
【０００３】
気相成長装置には、基板の結晶成長面を上向きに配置するもの（フェイスアップ型）、基板の結晶成長面を下向きに配置するもの（フェイスダウン型）がある。また、１バッチあたり１枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置があるが、生産性を向上するために１バッチあたり複数枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置も知られている。これらの気相成長装置においては、基板を自転させることにより、基板面内で均一な膜厚及び膜質の結晶膜を成長させることができる。また、基板を自公転させることにより、同一基板面内だけでなく各基板間においても均一な膜厚及び膜質を得ることができる。このような気相成長装置において、成膜条件を最適化するために、基板の自転速度と公転速度の比率を適宜変化させられるように、基板の自転機構と公転機構は別々に設けられることが望ましく、例えば特許文献１に記載されている気相成長装置において、基板自転機構と基板公転機構は別々に設けられている。
【０００４】
基板回転機構が備えられた気相成長装置において、基板は回転自在に保持されることが望ましく、例えば特許文献２に記載されている気相成長装置において、基板を保持する複数の基板ホルダーは、サセプタにより回転自在に保持され、このサセプタは、サセプタ保持板により回転自在に保持されている。このような基板回転機構において、回転部材（基板ホルダー及びサセプタ）を基台（サセプタ及びサセプタ保持板）により回転自在に保持するための手段として、ベアリングを用いることが多く、例えば特許文献２に記載されている気相成長装置のように、回転部材の下面と基台の上面のそれぞれに設けられた溝によりベアリングボールを挟持して各回転部材を回転自在に保持する構成が多く用いられる。
【特許文献１】特開２００４−２４１４６０号公報
【特許文献２】特開２００９−９９７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、このような基板回転機構を有する気相成長装置において、溝に配置されたベアリングボールは、回転部材と基台で挟持することにより保持されているだけなので、回転の偏心、反応性ガスによるベアリングの劣化、急な温度上昇による構成材料の寸法変化、あるいは振動や摩擦等によりボールが溝から脱落しやすいという問題があった。そのため、反応性ガスが存在し高温の環境となる気相成長中においても、ベアリングボールの脱落が抑制される気相成長装置が求められてきた。
すなわち、本発明が解決しようとする課題は、反応性ガスが存在し高温（例えば１０００℃以上）の環境となる気相成長中においても、ベアリングボールの脱落を抑制できる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置において、前記リング状のベアリングボール保持具の内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備え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。
【０００７】
すなわち本発明は、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置であって、前記リング状のベアリングボール保持具が、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えてなることを特徴とする気相成長装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の気相成長装置において、回転部材は、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持されるため、回転部材の回転中におけるベアリングボールの脱落が抑制される。さらに、リング状のベアリングボール保持具は、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えているので、回転の偏心等により生じる水平方向の力によるベアリングボールの脱落が効果的に抑制される。
また、本発明の気相成長装置において、凹部の突起の長さをベアリングボールの径より小さく設定することにより、回転部材の回転中に、突起が回転部材または基台の側面と接触しなくなるので、回転部材を小さい回転駆動力で回転させることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置に適用される。以下、本発明を、図１〜図６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。
尚、図１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２は、図１のＡ部拡大図であり。図３は、図１のＢ−Ｂ断面構成図であり、図４は、図１のＣ−Ｃ断面構成図である。図５は、図１の気相成長装置において基板ホルダー回転板を回転自在に保持するために用いられる複数のベアリングボールを保持できるベアリングボール保持具を示す上方からの斜視図であり、図６は、図５のＤ部拡大図である。
【００１０】
本発明の気相成長装置が有する基板回転機構に備えられる回転部材の少なくとも１つは、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持され、前記リング状のベアリングボール保持具は、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えている。本発明に用いられる前述の回転部材は、基板を保持する基板ホルダー、基板ホルダー回転駆動器からの回転駆動力を基板ホルダーに伝達する基板ホルダー回転板、及び複数の基板ホルダーを保持するサセプタから選ばれる回転部材である。
【００１１】
本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板は、例えば基板ホルダー回転駆動軸から伝達される回転駆動力により回転される際に、基板ホルダー回転駆動軸にわずかでも偏心があると、偏心により生じる水平方向の力によってベアリングボールが溝から脱落し易くなるため、基板ホルダー回転板は、他の回転部材よりも優先してベアリングボール保持具を用いることが特に好ましい。
本発明に用いられる回転部材は、円盤状またはリング状の形状であることが好ましいが、そのような形状に限定されることはない。また、本発明に用いられる回転部材は、回転駆動力を伝達するため、または回転駆動力の伝達を受けるために、その外周または内周等に歯車が備えられていることが好ましいが、伝達の手段として歯車が備えられている構成に限定されることはない。
【００１２】
本発明の基板回転機構は、基板自転機構と基板公転機構を含む機構からなり、例えば図１〜４の気相成長装置に備えられる機構を挙げることができる。この基板回転機構には、回転部材として基板ホルダー３、基板ホルダー回転板６及びサセプタ９が設けられ、サセプタ９及びサセプタ保持板１８が基台として機能を発揮するように設けられ、基板ホルダー３及び基板ホルダー回転板６はサセプタ９に対し、サセプタ９はサセプタ保持板１８に対し、各々、リング状のベアリングボール保持具１により保持された複数のベアリングボール２を介して回転自在に保持されている。基板自転機構は、反応炉１２の中心部に設けられ外周に歯車６ｂを有する基板ホルダー回転板６を介して、基板ホルダー回転駆動器８から、基板ホルダー回転板６の周囲に設けられ外周に歯車３ａを有する複数の基板ホルダー３に回転駆動力を伝達することにより、基板ホルダー３を回転させる構成を有している。また、基板公転機構は、外周に歯車１７ａを有するサセプタ回転板１７を介して、外周に歯車９ａａを有するサセプタ９に回転駆動力を伝達することにより、サセプタ９を回転させる構成を有している。
【００１３】
本発明の気相成長装置において、基板ホルダーは、通常は直径２インチ以上、好ましくは直径３インチ以上、より好ましくは直径４インチ以上の基板を１枚保持できるように設定されていることが好ましいが、このような設定に限定されることはない。また、基板ホルダーは、円盤状、リング状、または円筒状の形状を有することが好ましいが、このような形状に限定されることはない。
【００１４】
図１〜４の気相成長装置において、各基板ホルダー３は、基板ホルダー３の下面及びサセプタ９の上面のそれぞれに刻まれたベアリング溝（３ｂ、９ａｂ）により挟持され、図５と同様のベアリングボール保持具に保持されている複数のベアリングボール２を介して、サセプタ９に対し回転自在に保持されている。このベアリングボール保持具は、図５と同様のベアリングボール保持具であるが、ベアリングボール及び凹部の個数、並びに寸法等が適宜変化されている。各基板ホルダー３はリング状、または円筒状の形状を有し、基板５の結晶成長面が下向きとなるように基板５を保持しているが、本発明に用いられる基板ホルダーは、このような基板を下向きに保持する基板ホルダー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する基板ホルダーでもよい。
【００１５】
本発明の気相成長装置において、複数の基板ホルダーを自転させる際には、例えば、外周に歯車を有する基板ホルダー回転板を反応炉の中心部に設け、基板ホルダー回転板を介して、基板ホルダー回転駆動器から、基板ホルダー回転板の周囲に設けられ外周に歯車を有する複数の基板ホルダーに回転駆動力を伝達することにより、基板及び基板ホルダーを自転させることができる。
【００１６】
本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板は、円盤状、リング状、または円筒状の形状を有することが好ましいが、このような形状に限定されることはない。また、基板ホルダー回転板は、直径１００〜５００ｍｍ、厚さ３〜２０ｍｍの円盤状であることが特に好ましいが、このような大きさ及び形状に限定されることはない。図１〜４の気相成長装置において、円盤状の基板ホルダー回転板６は、基板ホルダー回転板６の下面及びサセプタ９の上面にそれぞれ刻まれたベアリング溝（６ｃ、９ｂａ）により挟持され、図５のベアリングボール保持具１に保持されている複数のベアリングボール２を介して、サセプタ９に対し回転自在に保持されている。
【００１７】
本発明において回転部材を保持する基台は、円盤状、リング状、または円筒状の形状であることが好ましいが、このような形状に限定されることはない。例えば図１〜４の気相成長装置において、基板ホルダー３及び基板ホルダー回転板６を保持する基台として円盤状のサセプタ９が設けられており、サセプタ９を保持する基台としてリング状のサセプタ保持板１８が設けられている。また、本発明に用いられる回転部材は、図１〜４の気相成長装置におけるサセプタ９のように、他の回転部材を保持する基台としての機能も有することもできる。
【００１８】
本発明の気相成長装置において、サセプタは、円盤状、リング状、または円筒状の形状であることが好ましいが、このような形状に限定されることはない。また、サセプタは、外径３００〜１０００ｍｍ、厚さ５〜３０ｍｍの円盤状であり、６〜１５個の基板ホルダーを保持できることが特に好ましいが、このような大きさ、形状、及び基板ホルダー数に限定されることはない。
【００１９】
図１〜４の気相成長装置において、サセプタ９は、円盤状のサセプタ９の下面及びリング状のサセプタ保持板１８の上面にそれぞれ刻まれたベアリング溝（９ａｂ’、１８ａ）により挟持され、図５と同様のベアリングボール保持具に保持されている複数のベアリングボール２を介して、サセプタ保持板１８に対し回転自在に保持されている。このベアリングボール保持具は、図５と同様のベアリングボール保持具であるが、ベアリングボール及び凹部の個数、並びに寸法等が適宜変化されている。
【００２０】
また、本発明の気相成長装置において、サセプタは、メンテナンスを容易にする等の目的で、分離可能な複数の部材から構成されてもよく、例えば、円盤状のサセプタを円盤状部材とリング状部材から構成することができる。この場合、円盤状部材をリング状部材の空間部に設置することによりサセプタを形成することができる。また、円盤状部材により基板ホルダー回転板を保持し、リング状部材により複数の基板ホルダーを保持する構成が特に好ましいが、このような構成に限定されることはない。サセプタを構成する円盤状部材は、直径１００〜５００ｍｍ、厚さ３〜２０ｍｍの円盤状であることが好ましいが、このような大きさに限定されることはない。サセプタを構成するリング状部材は、外径３００〜１０００ｍｍ、内径１００〜５００ｍｍ、厚さ５〜３０ｍｍのリング状であり、６〜１５個の基板ホルダーを保持できることが好ましいが、このような大きさ及び基板ホルダー数に限定されることはない。
【００２１】
図１〜４の気相成長装置において、サセプタ９を構成するリング状部材９ａと円盤状部材９ｂは分離可能な別々の部材として設けられ、円盤状部材９ｂの外周上部に周辺部に向かって設けられた突出部と、リング状部材９ａの内周下部に中心部に向かって設けられた突出部を重ね合せることにより、円盤状部材９ｂがリング状部材９ａにより保持されてサセプタ９が形成されている。本発明に用いられるベアリングボール保持具は、図５に示すように、リング状の形状を有している。このようなベアリングボール保持具は、分割できない一体の部材として構成されてもよく、分割可能な複数の部材から構成されてもよい。尚、本発明に用いられるベアリングボールの径は１〜１０ｍｍであることが好ましいが、そのような大きさに限定されることはない。
【００２２】
本発明に用いられるベアリングボール保持具の内周側には、ベアリングボールを収納する複数の凹部が備えられている。例えば、図５、６に示すように、ベアリングボール保持具の内周側に設けられた隣り合う突起により、ベアリングボールを収納する凹部が形成される。このように、各凹部は、ベアリングボール保持具の上面から下面にかけて、ベアリングボール保持具の内周に半径方向に形成された切欠からなることができる。各凹部は、ベアリングボールを１個ずつ収納できる凹部であることが好ましい。また、各凹部は、回転部材をより安定して保持できるように、ベアリングボール保持具を構成するリングの円周方向に等間隔で設けられることが好ましいが、等間隔に限定されることはない。
【００２３】
本発明に用いられるベアリングボール保持具において、凹部は、ベアリングボールを挿入できる挿入口をベアリングボール保持具の内周側に有し、凹部の挿入口の径は、ベアリングボールの径より大きく設定される。凹部の挿入口の径を、ベアリングボールの径より大きく設定することにより、図２、５、６に示すように、ベアリングボール２を凹部１ａに深く収納でき、ベアリングボール２の脱落を効果的に抑制することができる。尚、凹部の挿入口の径は、ベアリングボールの径より０．１〜１ｍｍ大きいことが好ましいが、そのような径に限定されることはない。
【００２４】
また、本発明に用いられるベアリングボール保持具において、凹部が前述のような切欠から構成されることにより、ベアリングボールが凹部の切欠を通して回転部材及び基台に接し、回転部材がベアリングボールを介して基台に対し回転自在に保持されることが可能になる。ベアリングボールの脱落を効果的に抑制するために、少なくともベアリングボール保持具の上面における切欠の幅が、ベアリングボールの径より小さいことが好ましく、ベアリングボール保持具の上面及び下面における切欠の幅が、ベアリングボールの径より小さいことが特に好ましい。例えば図５、６のベアリングボール保持具１においては、ベアリングボール保持具の上面及び下面における切欠の幅はベアリングボールの径より小さく設定され、図２に示すように、凹部１ａに挿入されたベアリングボール２がベアリングボール保持具１により保持され、ベアリングボール２が凹部１ａの切欠１ｃを通して回転部材（基板ホルダー回転板６）及び基台（サセプタ９）に接している。尚、ベアリングボール保持具の上面及び下面における切欠の幅は、ベアリングボールの径より０．５〜３ｍｍ小さいことが好ましいが、そのような幅に限定されることはない。
【００２５】
本発明に用いられるベアリングボール保持具に設けられる凹部の側面は、保持されるベアリングボールの形状及び大きさに対応した形状に設定されることが好ましいが、このような形状に限定されることはない。例えば、図５のベアリングボール保持具１に設けられている凹部１ａの側面は、保持されるベアリングボールの形状及び大きさに対応して湾曲した形状に設定されている。本発明に用いられるベアリングボール保持具の厚さは、ベアリングボールの径より小さく設定され、このような設定により、各ベアリングボールが各凹部の切欠を通して回転部材及び基台に接し、ベアリングボールを介して回転部材が基台に対し回転自在に保持される。本発明に用いられるベアリングボール保持具の厚さは、保持されるベアリングボールの径の３０〜９０％であることが好ましいが、このような厚さに限定されることはない。
【００２６】
本発明に用いられるベアリングボール保持具に設けられる凹部の突起の長さは、ベアリングボールの径より小さく設定されることが好ましいが、そのような設定に限定されることはない。このような突起の長さは、ベアリングボールの径の５０〜９０％であることが好ましいが、このような長さに限定されることはない。
本発明において、複数のベアリングボールを保持したベアリングボール保持具は、ベアリングボール保持具の外周がベアリング溝の側壁等に接するように設置されることが好ましい。このような構成により、ベアリングボール保持具及びそれに保持されたベアリングボールの脱落が効果的に抑制される。例えば図２において、複数のベアリングボール２を保持したベアリングボール保持具１は、ベアリングボール保持具１の外周がベアリング溝（６ｃ、９ｂａ）の側壁に接するように設置されている。
【００２７】
本発明に用いられるベアリングボール保持具は、カーボン、窒化ホウ素（ＢＮ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）及びそれらの組み合わせから選択される材質からなることが好ましいが、このような材質に限定されることはない。これらの材質は、潤滑性、耐腐食性及び耐熱性に優れているため、ベアリングボール保持具とベアリングボールの摩擦を低減してベアリングボール保持具からのベアリングボールの脱落をさらに抑制でき、気相成長装置内部のような環境下での使用にも耐久性がある。尚、ＢＮは耐腐食性及び耐熱性に特に優れているため、本発明に用いられるベアリングボール保持具は、ＢＮからなることが特に好ましい。
【００２８】
本発明に用いられるベアリングボールは、カーボン、ＢＮ、ＭｏＳ２、ＷＳ２及びそれらの組み合わせから選択される材質であることが好ましいが、これらの材質に限定されることはなく、ベアリングボール保持具を前述のような潤滑性に優れた材質に設定することにより、カーボン、ＢＮ、ＭｏＳ２、ＷＳ２、アルミナ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）及びそれらの組み合わせから選択される材質であることも好ましい。尚、アルミナは強度、耐腐食性及び耐熱性に特に優れ、ＢＮは潤滑性、耐腐食性及び耐熱性に特に優れているため、本発明に用いられるベアリングボールは、アルミナまたはＢＮであることが特に好ましい。
【００２９】
次に、図１〜４の気相成長装置をさらに詳細に説明する。図１〜４の気相成長装置には、前述のようなベアリングボール保持具１、ベアリングボール２、基板ホルダー３、基板ホルダー回転板６、サセプタ９、サセプタ保持板１８の他に、サセプタの対面１０、基板ホルダー３に載置され基板５を加熱する均熱板４、均熱板４を加熱するヒータ１１、サセプタ９とサセプタの対面１０の間隙からなる反応炉１２、反応炉１２へ原料ガスを供給する原料ガス導入部１３、反応炉１２から反応ガスを排出する反応ガス排出部１４も備えられており、基板ホルダー３の回転により基板５が自転し、サセプタ９の回転により基板５が公転する。
【００３０】
基板ホルダー回転駆動器８からの回転駆動力は、まず、磁性流体シール等の手段により反応容器１９の密封性を損なわないように回転自在にシールされた基板ホルダー回転駆動軸７に伝達される。基板ホルダー回転駆動軸７の基板ホルダー回転板６側の先端には複数本のツメ７ａが設けられており、ツメ７ａが、基板ホルダー回転板６の上面に設けられた穴６ａに差し込まれることにより着脱可能に噛み合わさり、回転駆動力が基板ホルダー回転板６に伝達される。複数の基板ホルダー３が、原料ガス導入部１３の周囲に設けられており、基板ホルダー回転板６の外周に設けられた歯車６ｂと各基板ホルダー３の歯車３ａが噛み合わさることにより各基板ホルダー３に回転駆動力が伝達され、各基板５は自転し、各基板面内において均一な膜質及び膜厚の結晶膜を得ることができる。
【００３１】
また、サセプタ回転駆動器１５からの回転駆動力は、まず、磁性流体シール等の手段により反応容器１９の密封性を損なわないように回転自在にシールされたサセプタ回転駆動軸１６を介して、サセプタ回転駆動軸１６のサセプタ側先端に固定されたサセプタ回転板１７に伝達される。サセプタ９の周縁部（リング状部材９ａの外周）には歯車９ａａが設けられ、サセプタ回転板１７の周縁部には歯車１７ａが設けられており、それらが互いに噛み合わさることによりサセプタ回転駆動器１５からの回転駆動力はサセプタ９に伝達されて、サセプタ９は回転する。このようにしてサセプタ９を回転させることにより基板５は公転し、各基板面間において均一な膜質及び膜厚の結晶膜を得ることができる。
【００３２】
各ベアリング溝（６ｃ、９ａｂ、９ａｂ’、９ｂａ、１８ａ）の鉛直方向の断面は、半円形、三角形又は四角形であることが好ましいが、このような断面に限定されることはない。また、各歯車（３ａ、６ｂ、９ａａ、１７ａ）は、平歯車構造を有することが好ましいが、平歯車構造に限定されることはない。各ベアリング溝には、各ベアリングボール２の少なくとも一部分が収納される。ベアリングボール保持具を用いる際には、ベアリングボール保持具の少なくとも一部分もベアリング溝に収納されることが好ましいが、収納されることに限定されることはない。
【００３３】
結晶膜を生成するための気相成長反応は反応容器１９内部の反応炉１２において行われる。反応炉１２の中心部には原料ガス導入部１３が設けられ、原料ガスは原料ガス導入部１３から放射状に吹き出し、基板５の結晶成長面に対して水平に供給されるが、このような構成に限定されることはない。気相成長反応は、反応炉１２において、ヒータ１１により均熱板４を介して基板５を加熱しながら、原料ガス導入部１３から原料ガスを供給することにより行われ、基板５の結晶成長面には結晶膜が形成される。気相成長反応に用いられた原料ガスは、そのまま反応ガスとして反応ガス排出部１４から排出される。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。
【００３４】
気相成長中、基板５は、基板ホルダー３の回転により常時自転することが好ましく、基板ホルダー３及びサセプタ９の回転により常時自転及び公転することがより好ましい。基板ホルダー３及びサセプタ９の回転方向及び回転速度は、それぞれ、基板ホルダー回転駆動器８及びサセプタ回転駆動器１５の回転方向及び回転速度を変化させることにより、任意に設定することができる。各基板間において均一な膜厚及び膜質を得るために、各基板ホルダー３は、原料ガス導入部１３を中心とする同一円周上に配置され、原料ガス導入部１３からの距離を等しくすることが好ましいが、そのような構成に限定されることはない。
【００３５】
ベアリングボール保持具１及びベアリングボール２に用いられる好ましい材質は前述のとおりである。反応容器１９を構成する材質には、金属又は合金が挙げられるが、これらの材質に限定されることはない。基板ホルダー３、基板ホルダー回転板６、サセプタ９（リング状部材９ａ、円盤状部材９ｂ）、サセプタの対面１０及びサセプタ回転板１７は、カーボン系材料又はカーボン系材料をセラミック系材料でコーティングしたものが好ましいが、そのような材質に限定されることはない。ヒータ１１はカーボンヒータ又はセラミックヒータが好ましいが、これらのヒータに限定されることはない。基板ホルダー回転駆動軸７及びサセプタ回転駆動軸１６は、金属、合金、金属酸化物、カーボン系材料、セラミック系材料、カーボン系材料をセラミック系材料でコーティングしたもの、またはこれらの組み合わせが好ましいが、そのような材質に限定されることはない。
【００３６】
ここで、金属の例には、アルミニウム等があるが、アルミニウムに限定されることはなく、合金の例には、ステンレスまたはインコネル等があるが、これらに限定されることはない。カーボン系材料の例には、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）等があるが、これらに限定されることはない。セラミックス系材料の例には、アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ等があるが、これらに限定されることはない。
【００３７】
反応容器１９を構成する材質はステンレスが特に好ましい。基板ホルダー３、基板ホルダー回転板６、サセプタ９（リング状部材９ａ、円盤状部材９ｂ）、サセプタの対面１０及びサセプタ回転板１７は、ＳｉＣコートカーボン、ヒータ１１はカーボンヒータ、サセプタ回転駆動軸１６はステンレスであることが特に好ましい。基板ホルダー回転駆動軸７は、強度を確保するために基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製とし、基板ホルダー回転板６との噛み合わせを取る際の破損等を防止するために基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製とし、ネジ等で両者を固定することにより一体化したものが好ましく、ツメ７ａは、ＳｉＣコートカーボン製で、基板ホルダー回転駆動軸７の基板ホルダー回転板側部分の端面にあらかじめ一体として形成されていることが好ましい。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
（ベアリングボール保持具の製作）
図５に示すリング状のベアリングボール保持具１（ＢＮ製、内径２０２ｍｍ（突起を含む）、外径２２１ｍｍ、厚さ３ｍｍのリング状）を製作した。ベアリングボール保持具１の内周側のみに設けた隣り合う突起１ｄ（長さ３．５ｍｍ）により、各凹部１ａを形成した。各凹部１ａは、直径４．４ｍｍの円形の挿入口をベアリングボール保持具の内周側に有し、水平方向に３．５ｍｍの深さを有し、３．２ｍｍの幅の切欠をベアリングボール保持具の上面及び下面に有していた。各凹部１ａの側面は、後述するベアリングボール２の形状及び大きさに対応するように湾曲した形状とした。このような凹部をベアリングボール保持具１の円周方向に等間隔で７５個設けた。
【００４０】
（気相成長装置の製作）
次に、図１〜４に示す気相成長装置を製作した。まず、前述のようなベアリングボール保持具１の各凹部１ａにベアリングボール２（アルミナ製、直径４ｍｍの球状）を１個ずつ収納し、ベアリングボール保持具１により保持した複数のベアリングボール２を用いて、基板ホルダー回転板６（ＳｉＣコートカーボン製、直径２５５ｍｍ（歯車６ｂを含む）、厚さ８．５ｍｍ）を円盤状部材９ｂ（ＳｉＣコートカーボン製、直径２４０ｍｍ（突出部を含む）、厚さ５ｍｍ）により回転自在に保持した。さらに、基板ホルダー回転板６を保持した円盤状部材９ｂをリング状部材９ａ（ＳｉＣコートカーボン製、外径７２０ｍｍ（歯車９ａを含む）、内径２１０ｍｍ（突出部を含む）、厚さ１１ｍｍのリング状、基板ホルダー６個を保持可能）により保持してサセプタ９を形成した。ベアリングボール及び凹部の個数、並びに寸法等が適宜変化された同様のベアリングボール保持具を製作し、同じ大きさ及び材質のベアリングボールを用いて各基板ホルダー３及びサセプタ９を回転自在に保持した。
【００４１】
（気相成長実験）
このような気相成長装置を用いて、基板の結晶成長面に窒化ガリウム（ＧａＮ）の成長を行った。まず、基板ホルダー３に基板５（直径６インチ、サファイア）を１枚ずつセットし、基板５の自転（１０ｒｐｍ）及び公転（１ｒｐｍ）を開始した。尚、すべての成長が終了し、内部の温度が室温付近に下がるまで、基板５の自転及び公転をこれらの速度で継続し、反応容器１９の中を大気圧に保った。
【００４２】
その後、原料ガス導入部１３から水素を流しながら基板５の温度を１０５０℃まで昇温させ、基板５のアニールを行った。続いて、ヒータ１１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５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、ヒータ１１の温度を１０５０℃まで上昇させた。その後、原料ガス導入部１３から、ＴＭＧとアンモニアの他に、キャリアガスとして水素と窒素を供給して、アンドープＧａＮの成長を１時間行った。
【００４３】
以上のようにＧａＮを成長させた後、ヒータ１１の温度を下げて内部を室温付近まで冷却してから基板５の自公転を停止した。基板５の自公転の開始から終了まで、基板ホルダー回転駆動器８及びサセプタ回転駆動器１５は正常に作動した。その後に、反応容器１９を開放し、基板５を取り出したところ、基板５の上にはＧａＮの形成が確認された。また、反応容器１９の中の各部品を目視で点検したところ、腐食、破損等の異常はなく、ベアリングボール２の脱落も確認されず、すべてのベアリングボール２がベアリングボール保持具に保持されたまま状態であった。
【００４４】
［比較例１］
（気相成長装置の製作）
図７のように、基板ホルダー回転板６の下面に設けられたベアリング溝６ｃとサセプタ９（円盤状部材９ｂ）の上面に設けられたベアリング溝９ｂａにより１００個のベアリングボール２を直接挟持して、ベアリングボール保持具１を用いずに基板ホルダー回転板６を回転自在に保持した以外は、実施例と同様にして気相成長装置を製作した。
【００４５】
（気相成長実験）
このような気相成長装置を用いて、実施例１と同様に気相成長実験を行った。しかし、アンドープＧａＮの成長中に、基板ホルダー回転駆動器８の警報装置が異常を検出したため、気相成長実験を中断した。ヒータ１１の温度を下げて内部を室温付近まで冷却してから反応容器１９を開放し、反応容器１９の中の各部品を目視で点検したところ、腐食、破損等の異常はなかったが、基板ホルダー回転板６を回転自在に保持するために用いた１００個のベアリングボール２の内１個が脱落し、基板ホルダー回転板６と基板ホルダー３の噛み合わせ（３ａ、６ｂ）の間に挟まっていた。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の気相成長装置は、例えば、青色又は紫外の発光ダイオード又はレーザーダイオード等の製造に用いられるIII族窒化物半導体の気相成長装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】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る。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面構成図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面構成図である。
【図５】図１の気相成長装置において基板ホルダー回転板を回転自在に保持するために用いられる複数のベアリングボールを保持できるベアリングボール保持具を示す上方からの斜視図である。
【図６】図５のＤ部拡大図である。
【図７】比較例１の気相成長装置における図１のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ベアリングボール保持具
１ａ  凹部
１ｂ  挿入口
１ｃ  切欠
１ｄ  突起
２  ベアリングボール
３  基板ホルダー
３ａ  歯車
３ｂ  ベアリング溝
４  均熱板
５  基板
６  基板ホルダー回転板
６ａ  穴
６ｂ  歯車
６ｃ  ベアリング溝
７  基板ホルダー回転駆動軸
７ａ  ツメ
８  基板ホルダー回転駆動器
９  サセプタ
９ａ  リング状部材
９ａａ  歯車
９ａｂ、９ａｂ’  ベアリング溝
９ｂ  円盤状部材
９ｂａ  ベアリング溝
１０  サセプタの対面
１１  ヒータ
１２  反応炉
１３  原料ガス導入部
１４  反応ガス排出部
１５  サセプタ回転駆動器
１６  サセプタ回転駆動軸
１７  サセプタ回転板
１７ａ  歯車
１８  サセプタ保持板
１８ａ  ベアリング溝
１９  反応容器
２０  蛇腹
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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