(57)【要約】【課題】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。【解決手段】成長チャンバー１内に一枚以上の基板２を取付けることのできる回転自在のサセプター３と、サセプター３を加熱するためのヒーター４と、成長チャンバー１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１０とを備え、基板２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１のガス吹き出し部１０とサセプター３の間に、冷却配管２９をサセプター３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２９の間にガスが通過する隙間を設けた冷却配管系３０、３１を配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
2004319850.tif 000003
【図２】
2004319850.tif 000004
【図３】
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【図４】
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