(57)【要約】【課題】サセプタに結晶が堆積することにより発生する基板の成膜面下における原料ガスの流れの不均一性を抑止し、基板に形成される膜厚の均一性を向上させることができる化合物半導体気相成長装置を提供すること。【解決手段】反応炉９内に少なくとも２種類以上の原料ガスを供給して化合物半導体結晶膜２７を基板２１上に形成する化合物半導体気相成長装置７において、基板２１を挿通可能な貫通穴１９ａが形成されたサセプタ１９と、基板２１の下面２１ｂが、基板２１の下面２１ｂと並行なサセプタ１９の下面１９ｂに対して、サセプタ１９から離隔する方向へ段差Ｌが形成されるように基板２１を保持する爪部材２３とを有することを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に少なくとも２種類以上の原料ガスを供給して化合物半導体結晶膜を基板上に形成する化合物半導体気相成長装置において、
前記基板を挿通可能な貫通穴が形成されたサセプタと、
前記基板の成膜面が、前記基板の成膜面と並行な前記サセプタの一面に対して、前記サセプタから離隔する方向へ段差が形成されるように前記基板を保持する保持部材とを有することを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物半導体気相成長装置において、
前記基板の成膜面と反対側の面は、前記サセプタの表面と裏面との間に位置することを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の化合物半導体気相成長装置において、
前記原料ガスには、有機金属とアルシンガスとが含まれることを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体気相成長装置に係り、特にＧａＡｓ化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の化合物半導体気相成長装置では、ＧａＡｓ化合物半導体の薄膜結晶をエピタキシャル成長させる有機金属化学気相堆積法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：以下、ＭＯＣＶＤ法という）が良く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６及び図７は、従来の化合物半導体気相成長装置における基板の保持方法を示している。図に示すように、基板１はサセプタ３に形成された貫通穴３ａに挿入され、サセプタ３の下面３ｂと当接して配置された爪部材５により保持されている。貫通穴３ａは、サセプタ３の中心軸を中心に４５度間隔で８箇所に形成されており、各々の貫通穴３ａには、爪部材５が貫通穴３ａの中心軸を中心に４５度間隔で８箇所に配置されている。また、基板１の上面１ａには、基板１の温度を一定に保つための均熱部材６が載置されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２１４３１４号公報（第４頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の化合物半導体気相成長装置によるＭＯＣＶＤ法では、基板１の表面だけで原料ガスを熱分解させ、化合物半導体結晶を成長させることができれば理想的であるが、実際には基板１以外の場所も副次的に加熱され、不必要な場所にも結晶が堆積してしまうという問題があった。そのため、成膜処理回数が多くなる程、サセプタ３の下面３ｂにも結晶が堆積して行くが、基板１は成膜処理毎に交換するので、基板１の下面１ｂとサセプタ３に堆積した結晶の表面との間の段差が大きくなり、この段差が３００μｍを超えると基板１下方の原料ガスが基板１に均一にあたらなくなり、基板１に形成される膜厚の均一性が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、サセプタに結晶が堆積することにより発生する基板の成膜面下における原料ガスの流れの不均一性を抑止し、基板に形成される膜厚の均一性を向上させることができる化合物半導体気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の化合物半導体気相成長装置は、反応炉内に少なくとも２種類以上の原料ガスを供給して化合物半導体結晶膜を基板上に形成する化合物半導体気相成長装置において、前記基板を挿通可能な貫通穴が形成されたサセプタと、前記基板の成膜面が、前記基板の成膜面と並行な前記サセプタの一面に対して、前記サセプタから離隔する方向へ段差が形成されるように前記基板を保持する保持部材とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、基板を挿通可能な貫通穴が形成されたサセプタと、基板の成膜面が、基板の成膜面と並行なサセプタの一面に対して、サセプタから離隔する方向へ段差が形成されるように基板を保持する保持部材とが設けられるが、基板に化合物半導体結晶膜を形成するときに、サセプタに化合物半導体結晶が堆積しても、その表面が基板の成膜面よりも原料ガスの主流側に突出しなければ、基板成膜面付近の原料ガスの流れには然程影響を与えないので、基板に形成される膜厚の均一性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の化合物半導体気相成長装置は、請求項１に記載の化合物半導体気相成長装置において、前記基板の成膜面と反対側の面は、前記サセプタの表面と裏面との間に位置することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、基板の成膜面と反対側の面は、サセプタの表面と裏面との間に位置するので、サセプタに形成された貫通穴により基板の基板成膜面方向の移動は拘束されるため、サセプタの貫通穴の径と基板の径とを同程度にすれば、基板の基板成膜面方向の位置合わせを正確に行うことができる。ひいては、多数行われる成膜処理間における膜厚のバラツキを抑止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の化合物半導体気相成長装置は、請求項１又は請求項２に記載の化合物半導体気相成長装置において、前記原料ガスには、有機金属とアルシンガスとが含まれることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、原料ガスには、有機金属とアルシンガスとが含まれるが、例えば、有機金属にＩＩＩ族原料のトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）を用い、Ｖ族原料のアルシン（ＡｓＨ３）と熱化学反応をさせれば、基板成膜面にＧａＡｓ結晶を成長させることができる。また、例えば、有機金属にＩＩＩ族原料のトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）を用い、Ｖ族原料のアルシン（ＡｓＨ３）と熱化学反応をさせれば、基板成膜面にＡｌＧａＡｓを成長させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の化合物半導体気相成長装置の一実施形態を示す説明図である。この一実施形態の化合物半導体気相成長装置７は、反応炉９を有しており、この反応炉９内には、石英ガラス製の反応管１１が設けられている。また、反応炉９には、ガス流入口１３とガス流出口１５とが設けられ、原料ガスが反応管１１内を流通するようにされている。原料ガスは反応管１１内のサセプタ部１７に接触する。なお、原料ガスには、有機金属とアルシンガスとが含まれている。例えば、ＧａＡｓ結晶を成長させる場合には、原料ガスとしてＩＩＩ族原料のトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）と、Ｖ族原料のアルシン（ＡｓＨ３）とを用いる。また、ＡｌＧａＡｓ結晶を成長させる場合には、原料ガスとしてＩＩＩ族原料のトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）と、Ｖ族原料のアルシン（ＡｓＨ３）とを用いる。
【００１５】
図２は、サセプタ部１７の下面側を示している。図に示すように、サセプタ１９に形成された８箇所の貫通穴１９ａの各々には、基板２１が収容されている。各々の基板２１は、モリブデン鋼製の爪部材２３により保持されている。この爪部材２３は、サセプタ１９と基板２１との境界に貫通穴１９ａの中心軸を中心に４５度間隔で８箇所に配置されている。なお、サセプタ１９には、高純度の等方性黒鉛の表面に炭化珪素（ＳｉＣ）を被覆したものが用いられている。
【００１６】
図３は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面を示している。図に示すように、サセプタ１９の貫通穴１９ａより下方には、Ｌ字状の爪部材２３が配置されており、Ｌ字の内側面２３ａには基板２１が載置されている。さらに、基板２１の成膜面と反対側の面である上面２１ａには、均熱部材２５が載置されており、この均熱部材２５により基板２１の温度は一定に保たれる。また、均熱部材２５の上端側には、基板２１の取付け及び取外しが容易にできるように円板状の取手部２５ａが形成されている。なお、均熱部材２５は、少なくとも８００℃以上の高温に耐えることができる材質で形成する必要がある。そのため、均熱部材２５の材料には、カーボン板にＰＢＮ、ＡｌＮ、又はＡｌ２Ｏ３をコーティングしたもの等が用いられる。
【００１７】
また、基板２１の上面２１ａ側は、サセプタ１９の表面及び裏面である下面１９ｂ及び上面１９ｃとの間に位置しており、基板２１の下面２１ｂはサセプタ１９の下面１９ｂに対してサセプタ１９から離隔する方向へ段差が形成されている。また、基板２１は貫通穴１９ａにより水平方向の移動が拘束されている。
【００１８】
そして、基板２１への成膜にあたっては、先ず、基板２１が収容されたサセプタ部１７を反応管１１内に設置する。次いで、反応管１１内に原料ガスを供給する。すると、基板２１は均熱部材２５により加熱されているため、原料ガスが熱分解し、基板２１の下面２１ｂに結晶が形成され、化合物半導体結晶膜２７（図４記載）が形成される。このとき、サセプタ１９も加熱されるので、サセプタ１９の下面１９ｂには堆積層２９が形成される。
【００１９】
次いで、基板２１の下面２１ｂに所定量の成膜が行われたら、基板２１を取り出し、再び成膜前の基板２１をサセプタ部１７に設置する。そして、上述した操作を繰り返し、多数の基板２１に成膜を行う。
【００２０】
ところで、基板２１に所定量の成膜が行われると基板２１のみを交換し、サセプタ１９を大気に曝すことなく、次の基板２１の成膜を行うので、図４に示すようにサセプタ１９の下面１９ｂに形成される堆積層２９の厚みが増加し、堆積層２９の下面２９ａと、基板２１の下面２１ｂとの段差Ｌが小さくなる。この段差Ｌが堆積層２９の下面２９ａの方が基板２１の下面２１ｂよりも原料ガスの主流側へ突出すると、基板２１の下面２１ｂ側には、原料ガスが均一に接触しなくなり、化合物半導体結晶膜２７の膜厚の均一性が低下する。しかしながら、基板２１の厚みは、例えばシリコン基板の場合は、一般的に０．５ｍｍ程であるのに対して、１回の基板２１への成膜でサセプタ１９に堆積する堆積層２９の厚みは１０μｍ程であるため、５０枚程の基板２１に成膜を行っても、基板２１へ成膜される化合物半導体結晶２７の膜厚の均一性は維持される。
【００２１】
次に、図５を用いて従来技術による膜厚分布と本発明の技術による膜厚分布とを比較する。先ず、化合物半導体結晶膜２７の成長条件を以下に示す。
【００２２】
基板温度：１０００（Ｋ）
狙いの膜厚：１０（μｍ）
トリメチルガリウムの流量：６．４×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ．）
トリメチルアルミニウムの流量：２．０×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ．）
アルシンの流量：８．９×１０−３（ｍｏｌ／ｍｉｎ．）
図に示すように、縦軸は基板２１の面内バラツキを示しており、横軸はサセプタ１９の下面１９ｂにおける堆積層２９の成長回数を示している。狙いの膜厚が１０μｍであるので、１０回成長させると、サセプタ１９の下面１９ｂにおける堆積層２９は１００μｍ程の厚みを有するようになる。なお、測定箇所は、サセプタ１９の内周側から外周側にかけて等間隔で５点、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により測定している。
【００２３】
図から解るように、従来技術では、成長回数が３０回を超える付近から、すなわち堆積層２９の厚みが３００μｍを超える付近から面内バラツキが４％を超えるようになるとともに、急に面内バラツキが大きくなっている。一方、本発明の技術では、成長回数が４５回を超える付近から面内バラツキが４％を超えるようになるとともに、急に面内バラツキが大きくなっている。すなわち、従来技術は成長回数が３０回程まで、基板２１の下面２１ｂに形成される化合物半導体結晶膜２７の膜厚均一性は良好であるが、本発明の技術では４５回程まで良好である。
【００２４】
以上述べたように本発明の一実施形態によれば、基板２１を挿通可能な貫通穴１９ａが形成されたサセプタ１９と、基板２１の下面２１ｂが、基板２１の下面２１ｂと並行なサセプタ１９の下面１９ｂに対して、サセプタ１９から離隔する方向へ段差が形成されるように基板２１を保持する爪部材２３と、が設けられたが、基板２１に化合物半導体結晶膜２７を形成するときに、サセプタ１９に堆積層２９が形成されても、化合物半導体結晶膜２７の下面２７ａが堆積層２９の下面２９ａよりも原料ガスの主流側に突出しなければ、堆積層２９は基板２１の成膜面付近の原料ガスの流れには然程影響を与えないので、基板２１に形成される化合物半導体結晶２７の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の一実施形態によれば、基板２１の上面２１ｃは、サセプタ１９の上面１９ｃと下面１９ｂとの間に位置し、サセプタ１９の貫通穴１９ａの径と基板２１の径とは同程度であるため、サセプタ１９に形成された貫通穴１９ａにより基板２１の基板成膜面方向の移動は拘束される。そのため、基板２１の基板成膜面方向の位置合わせを正確に行うことができる。ひいては、多数行われる成膜処理間における膜厚のバラツキを抑止することができる。
【００２６】
さらに、本発明の一実施形態によれば、原料ガスには、有機金属とアルシンガスとが含まれるが、例えば、有機金属にＩＩＩ族原料のトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）を用い、Ｖ族原料のアルシン（ＡｓＨ３）と熱化学反応をさせれば、基板成膜面にＧａＡｓ結晶を成長させることができる。また、例えば、有機金属にＩＩＩ族原料のトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）を用い、Ｖ族原料のアルシン（ＡｓＨ３）と熱化学反応をさせれば、基板成膜面にＡｌＧａＡｓを成長させることができる。
【００２７】
なお、上述した一実施形態では、基板２１の下面側に爪部材２３を設けた例について説明したが、爪部材は、サセプタ１９と一体に形成するようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板を挿通可能な貫通穴が形成されたサセプタと、基板の成膜面が、基板の成膜面と並行なサセプタの一面に対して、サセプタから離隔する方向へ段差が形成されるように基板を保持する保持部材と、を設けるようにしたので、サセプタに結晶が堆積することにより発生する基板の成膜面下における原料ガスの流れの不均一性を抑止し、基板に形成される膜厚の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化合物半導体気相成長装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１のサセプタ部の下面側を示す説明図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図３のサセプタに堆積層が形成された状態を示す説明図である。
【図５】従来技術による膜厚分布と本発明の技術による膜厚分布とを比較した説明図である。
【図６】従来の化合物半導体気相成長装置のサセプタ部を示す説明図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
７  化合物半導体気相成長装置
９  反応炉
１９  サセプタ
１９ａ  貫通穴
１９ｂ  下面
１９ｃ  上面
２１  基板
２１ａ  上面
２１ｂ  下面
２３  爪部材
２７  化合物半導体結晶膜
Ｌ  段差
【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】
2004253413.tif 000007
【図６】
2004253413.tif 000008
【図７】
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