(57)【要約】【課題】フェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ装置において、基板裏面の曇りを抑制し、またＩｎＧａＰ層のＡｓ不純物濃度を低減し、それによるデバイス加工プロセスの高効率化を図ること。【解決手段】原料ガスが流通する反応管２の上部壁の一部として板状のサセプタ３を設け、このサセプタ３に気相エピタキシャル成長の対象である基板４とほぼ同じ形状に開口部５を開け、この開口部５内の下部に基板支持部６を形成し、これに上記開口部５内の基板４をその結晶成長面を下向きにして支持する構成とした気相エピタキシャル成長装置において、上記開口部５内の下部の基板支持部６として、基板４の外周形状とほぼ同一形状のリング状の器具であって、その外径が上記開口より大きく、内径が上記基板の外径より小さいリング状の器具２０を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが流通する反応管内に又は反応管の上部壁の一部として板状のサセプタを設け、このサセプタに気相エピタキシャル成長の対象である基板とほぼ同じ形状に開口部を開け、この開口部の下部に基板支持部を形成し、これに上記開口部内の基板をその結晶成長面を下向きにして支持する構成とした気相エピタキシャル成長装置において、
上記開口部内の下部の基板支持部として、基板の外周形状とほぼ同一形状のリング状の器具であって、その外径が上記開口部より大きく、内径が上記基板の外径より小さいリング状の器具を設けたことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置において、
上記基板支持部としてのリング状の器具は、そのリングの内径が支持しようとする基板の外径より１mm小さいことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の気相エピタキシャル成長装置において、
上記サセプタを縦軸線を中心に回転可能に構成し、前記サセプタの開口部を該縦軸線のまわりに複数個設けたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の気相エピタキシャル成長装置において、
Ｖ族原料としてＡｓＨ3、Ａｓ（ＣＨ3）、ＰＨ3を用い、ＭＯＶＰＥ法によりIII−Ｖ族化合物半導体を成長することを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【請求項５】
請求項４記載の気相エピタキシャル成長装置において、
Ａｓ／Ｐ界面を有する化合物半導体を成長することを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長装置、特にフェイスダウン形式でＭＯＶＰＥ法を用いて、Ａｓ／Ｐ界面を有する化合物半導体エピタキシャルウェハを作製するのに適した気相エピタキシャル成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体エピタキシャル結晶の積層構造は、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）やＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）等の電子デバイスや、ＬＥＤ、半導体レーザといった発光デバイスとして広く使用されている。これらの化合物半導体の電子・発光デバイスは、一般的にまずＧａＡｓなどの基板上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）などの結晶成長法を用いて所望の組成、厚さの化合物半導体結晶を順次エピタキシャル成長させる（以下、このようにして作成された化合物半導体エピタキシャル結晶の積層構造を有する半導体ウェハのことを化合物半導体エピタキシャルウェハと呼ぶ）。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法では基板を結晶成長炉内に固定する方式がいくつかあり、そのうち結晶成長面が下向きになるように基板を固定する方式はフェイスダウンタイプと呼ばれている。フェイスダウンタイプは原料ガスを基板に供給する際に余分な対流が生じにくいため微細な積層構造の作成に優れ、また炉内に蓄積した堆積物が基板表面に舞い降りる事が少ないため、表面不良も生じにくいという利点を有している。
【０００４】
図３は、従来のフェイスダウンタイプの気相エピタキシャル成長装置（例えば、特許文献１参照）を示した縦断面図である。
【０００５】
気相エピタキシャル成長装置１の上下方向の中間部には、片側に原料ガス供給口２ａ、反対側に原料ガス排気口２ｂを備えた横型反応管２が配置されており、その横型反応管２の中心部には、複数の半導体基板４を保持するサセプタ３が回転可能に配設されている。
【０００６】
サセプタ３は図５に示すように円板形をしており、その円板面内には同一円上に均等に複数の円形の開口部５が設けられ、各々の開口部５内には、エピタキシャル成長の対象である結晶成長用基板としての半導体基板４がその表面を下にして収納配置され、さらにその上に均熱板７が重ねて収納配置される。この半導体基板４を開口部５内に載置し支持する構造を得るため、開口部５の下面周縁部には、図４に示すように開口部５の中心方向に一部が張り出した金属製のツメ１１から成る基板支持部６が設けられており、半導体基板４は、この基板支持部６に外周部が支えられて開口部５の下面に保持される。なお、開口部５内において、半導体基板４の上には図３に示す如く均熱板７が設けられる。
【０００７】
この金属製のツメ１１は、開口部５の底部における端面にサセプタ３とは別体に取り付けた厚さの薄い基板支持片から成る。ツメ１１の本数は、開口部５の底部における端面の周方向に沿って等間隔に例えば３本設けられる。これらのツメ１１には、図４に示すように、予めねじを切ったロッド１２をツメ１１の面に対して垂直に固着しておき、ツメ１１の取り付け箇所の容器壁に軸方向にロッド挿通穴を明け、その挿通穴にツメのロッド１２を通し、ナット１３で締め付けることにより、サセプタ３の開口部５の底部における端面にツメ１１を固定する。サセプタ３内に納めた半導体基板４は、その底部のツメ１１に基板外周部を支えられてサセプタ３に保持される。このときエピタキシャル成長させる表面を下にして、基板表面（結晶成長面）がサセプタ３の開口部５の底部より下方を臨むようにするのが好ましい。半導体基板４を支えるツメ１１は原料ガスと反応しない金属、例えばモリブデンで製作される。
【０００８】
上記のように、フェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長において、半導体基板４はサセプタと呼ばれる基板保持具にセットされる。一般的にサセプタ３内に半導体基板４を乗せるための３mm程度の金具（以下「ツメ」と呼ぶ）があり、半導体基板４は外周３〜５点でこのツメ１１に支えられる（図５）。
【０００９】
そして、半導体基板４を支持するサセプタ３を、その回転軸８を磁気シールドユニット９を介してモータ１０で回転しつつ、ヒータ１３、１４によりサセプタ３を介してウェハ４を加熱し、サセプタ３と平行に原料ガスを流して半導体基板４上に薄膜を形成する。
【００１０】
このようにして作成された化合物半導体エピタキシャルウェハは、表面から所望の結晶層まで層を除去して電極をつけるなどのプロセスを行うことでデバイスとして使用できるようになる。
【特許文献１】特開平１１−２１４３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の図５のような半導体基板のサセプタ支持構造において、ＭＯＶＰＥ法で原料ガスとしてＰＨ3を大量に使用する成長を行うと、図５に実線矢印で示すように、ツメとツメとの間の隙間から半導体基板４の裏面にＰＨ3が回り込み、半導体基板４の裏面を汚染する問題がしばしば生じる。
【００１２】
また、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰのようにＡｓを含む層の結晶成長の後にＰを含む層の成長を行う際に、図５に点線矢印で示すように、基板裏面付近に残留しているＡｓが成長面側に回り込み、ＧａＩｎＰ成長中に成長面に混入してくる。ＩｎＧａＰ中のＡｓ不純物濃度が高いと、ＨＣｌ系エッチング溶液を用いたＩｎＧａＰのエッチング速度が極端に劣化する。よって、デバイスプロセスにおいて表面から所望の結晶層まで層をエッチングで除去する際、ＩｎＧａＰ層のエッチングができない場合があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、フェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ装置において、III−Ｖ族化合物半導体の成長時における基板裏面の曇りを抑制し、またＩｎＧａＰ層のＡｓ不純物濃度を低減し、それによるデバイス加工プロセスの高効率化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る気相エピタキシャル成長装置は、原料ガスが流通する反応管内に又は反応管の上部壁の一部として板状のサセプタを設け、このサセプタに気相エピタキシャル成長の対象である基板とほぼ同じ形状に開口部を開け、この開口部の下部に基板支持部を形成し、これに上記開口部内の基板をその結晶成長面を下向きにして支持する構成とした気相エピタキシャル成長装置において、上記開口部内の下部の基板支持部として、基板の外周形状とほぼ同一形状のリング状の器具であって、その外径が上記開口部より大きく、内径が上記基板の外径より小さいリング状の器具を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置において、上記基板支持部としてのリング状の器具は、そのリングの内径が支持しようとする基板の外径より１mm小さいことを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の気相エピタキシャル成長装置において、上記サセプタを縦軸線を中心に回転可能に構成し、前記サセプタの開口部を該縦軸線のまわりに複数個設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の気相エピタキシャル成長装置において、Ｖ族原料としてＡｓＨ3、Ａｓ（ＣＨ3）、ＰＨ3を用い、ＭＯＶＰＥ法によりIII−Ｖ族化合物半導体を成長することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４記載の気相エピタキシャル成長装置において、Ａｓ／Ｐ界面を有する化合物半導体を成長することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、基板とほぼ同じ形状にサセプタに開けた開口部の下部に、基板支持部として、基板の外周形状とほぼ同一形状であって、外径が上記開口部より大きく、内径が上記基板の外径より小さいリング状の器具を設ける。具体的には、基板を支持する器具をリング（例えば円環板）とし、そのリングの内径を保持しようとする基板の外径より１mm小さいものとする。この構成によれば、リング状の器具により従来のツメによる場合と同様に基板が支持されるだけでなく、従来生じていた開口部の内周面と基板との間の隙間がリングにより塞がれ、上記隙間を通して成長面から裏面へＰＨ3が回り込み、あるいは裏面から成長面へＡｓが進入することが阻止される。
【００２１】
従って、本発明によれば、基板裏面へのガス流れ込みが低減され、基板の裏面が曇るという外観不良が無くなる。さらに裏面からエピタキシャル成長表面へのＡｓ流れ込みも抑制され、ＩｎＧａＰ層を成長する場合に、その純度が向上し、ＩｎＧａＰ層のエッチング性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態における気相エピタキシャル成長装置の要部の構造を示したものである。この気相エピタキシャル成長装置は、基本的には図３と同じ構成であり、成長炉内に、原料ガスが流通する反応管２の上部壁の一部として機能するように板状のサセプタ３を設け、このサセプタ３に、気相エピタキシャル成長の対象である半導体基板４とほぼ同じ形状に開口部５を開け、この開口部５内の下部に基板支持部６を形成し、これに上記開口部５内の半導体基板４をその結晶成長面を下向きにして支持する構成としている。
【００２４】
しかし、従来と異なり、この気相エピタキシャル成長装置の場合、開口部５の下部の基板支持部６は、半導体基板４の外周形状とほぼ同一形状のリング状の器具により形成されている。すなわち、開口部５の下部には、外径が上記開口より大きく、内径が上記基板の外径より小さい円環板２０からなるリング状の器具が設けてある。
【００２５】
図５において説明したところの、半導体基板４の結晶成長面から裏面への原料ガス回り込み経路と、および裏面からの残留Ａｓの成長面への進入経路は同一であり、サセプタ基板の間の隙間である。この隙間は、図２に示すように、基板保持のツメをリング状つまり円環板２０とすることで、この経路を遮断することができる。
【００２６】
基板を保持するリング状の器具の寸法は、そのリングの内径が保持しようとする基板の外径より１mm小さい値とした。このサイズなら基板を固定する作用が十分であり、搬送動作や成長ガスの流れなどによる振動に耐えられるためである。
【００２７】
なお、本発明の基板支持構造の気相エピタキシャル成長装置を用いても、エピタキシャル膜の特性に影響はない。
【実施例】
【００２８】
本発明のリング状の基板固定器具として上記円環板２０を備えた気相エピタキシャル成長装置を用いて、ＨＢＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハを作製した。成長時の基板温度は６５０℃、成長炉内圧力は５０Ｔｏｒｒである。基板４にはＧａＡｓ基板を用いた。ＨＢＴの構造設計に基づいて順次所望の結晶を成長させるため、昇温、降温、インターバル、原料流量変更を行っていく。
【００２９】
ＨＢＴのＧａＡｓベース層／ＩｎＧａＰエミッタ層の部分の形成を例に成長方法を述べる。
【００３０】
ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3に加えてＣＢｒ4を用い、それぞれの流量は４７０cm3／分、３０cm3／分及び２０cm3／分である。その後、成長させたＩｎＧａＰ層はＩｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＰＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それぞれの流量は２９０cm3／分、９８cm3／分、１．０cm3／分及び６cm3／分とした。
【００３１】
このようにして作製した化合物半導体エピタキシャルウェハと、基板固定方法を従来どおりで作製した化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、裏面の曇りおよびＩｎＧａＰ層のエッチング速度を比較した結果を表１に示す。
【表１】
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表１は、従来方式、及び本発明の方式のそれぞれで作製されたＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ界面を有する化合物半導体エピタキシャルウェハを、裏面の曇り及びＩｎＧａＰ層のエッチング速度に関して評価した結果を示す表である。
【００３２】
本発明の実施例による化合物半導体エピタキシャルウェハは裏面の曇りが発生せず、また、ＩｎＧａＰ層のエッチング速度も約１５％増大し、本発明の効果が確認された。
【００３３】
上記実施例では、リング状の器具を円環板として説明したが、基板及び開口部の形状に合わせて適宜変更することができる。
【００３４】
また上の説明はＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ界面を有する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造に関するものであったが、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ界面を有する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造に関しも同様に適用することができる。
【００３５】
本発明は、フェイスダウンＭＯＶＰＥ法を用いたＡｓ／Ｐ界面を有する化合物半導体エピタキシャルウェハの作製で効力を発揮する。ＨＢＴ、半導体レーザなど品種は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるフェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ装置を示した図である。
【図２】本発明による基板固定方法で基板をセットしたサセプタを成長面側から見た図である。
【図３】従来のＭＯＶＰＥ装置を示した図である。
【図４】従来の気相エピタキシャル成長装置におけるサセプタの開口部分の断面図である。
【図５】従来の基板固定方法で基板セットしたサセプタを成長面側から見た図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  気相エピタキシャル成長装置
２  反応管
３  サセプタ
４  半導体基板
５  開口部
６  基板支持部
７  均熱板
２０  円環板
【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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