(57)【要約】【課題】気相エピタキシャル成長させた後も、清浄で鏡面のオリエンテーションフラットを維持することを可能とする。【解決手段】管軸を略水平に設けた反応管内に、又は管軸を略水平に設けた反応管の上部壁の一部にサセプタ５を設け、サセプタ５にオリエンテーションフラット付きの基板３を嵌める開口部６を設け、開口部６の下部周辺部に基板３を支持しつつ、反応管内に管軸に平行に流すガスの層流を維持する基板支持部７を形成し、基板支持部７に結晶成長面を下向きにして開口部６に嵌められる基板３を支持し、ガスを流して基板３の結晶成長面に気相エピタキシャル成長させる化合物半導体製造装置において、サセプタ５の開口部６に設けられ基板３のオリエンテーションフラット１を当接させる当接用部材４と、当接用部材４に設けられガス流に対して抵抗を与える突起部４ａとを備える。【選択図】図１
2007109864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸を略水平に設けた反応管内に、又は管軸を略水平に設けた反応管の上部壁の一部にサセプタを設け、前記サセプタにオリエンテーションフラット付きの基板を嵌める開口部を設け、前記開口部の下部周辺部に前記基板を支持する基板支持部を形成し、前記基板支持部に結晶成長面を下向きにして前記開口部に嵌められる前記基板を支持し、前記ガスを流して該基板の結晶成長面に気相エピタキシャル成長させる化合物半導体製造装置において、
前記サセプタの開口部に設けられ前記基板のオリエンテーションフラットを当接させる当接用部材と、
前記当接用部材に設けられ前記ガス流に抵抗を与える突起部と
を備えたことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体製造装置において、
前記突起部は、前記当接用部材の下端を前記サセプタの下面より下方に突出させて構成したことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の化合物半導体製造装置において、
前記サセプタの周方向に前記開口部が複数個設けられていることを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の化合物半導体製造装置において、
前記当接用部材が前記サセプタと同じ材料から成ることを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の化合物半導体製造装置において、
前記当接用部材がカーボンから成ることを特徴とする化合物半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体製造装置に係り、特に基板を支持するサセプタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー素子を作成するには、一般的に、まずＧａＡｓなどの半導体基板に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの気相成長法を用いて、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。
【０００３】
この半導体レーザー素子のエピタキシャル結晶成長に用いる基板は、一般に、基板の結晶方位を示すために、オリエンテーションフラット（ＯＦ）と呼ばれる短い線分を有している。図５に、オリエンテーションフラット１を有するＧａＡｓの基板３を示す。
【０００４】
このオリエンテーションフラット１は、円形の基板３の周辺の一部を特定の結晶面で自然劈開して一定長さの弦とし、その自然劈開に沿った面を露出させることで形成される。結晶の劈開面をオリエンテーションフラットとする理由は、半導体レーザー素子などでは、共振面が良好な平坦度を有する必要があり、結晶方位の判別や位置合わせ、焦点合わせ等の理由から、その基準面として劈開面が必要となる。そこで、半導体レーザー素子を製作する場合、基板３上にエピタキシャル層等を形成した後、正確に劈開面に沿ってチップに切り出す必要があり、劈開面で形成されたオリエンテーションフラット１を基準とし、マスク合わせ又は角度合わせを行うことが重要となるからである。
【０００５】
ところで、前記半導体レーザー素子の形成プロセスにおいて結晶方位を厳密に定めるためには、基板上に気相成長法によりIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル結晶を成長した後においても、オリエンテーションフラット（ＯＦ）が清浄で鏡面の劈開面を保っている必要がある。
【０００６】
しかし、従来では、エピタキシャル成長時に原料がオリエンテーションフラット（ＯＦ）にも到達して結晶が形成されてしまい、エピタキシャル成長後にも完全に清浄で鏡面のオリエンテーションフラットを維持することが困難であった。
【０００７】
これを説明する。従来の化合物半導体製造装置は、図３に示すように、サセプタ５にオリエンテーションフラット付きの基板３を嵌める開口部６を有する。開口部６には、オリエンテーションフラット１を設置するための直線状の基板ＯＦ設置部２が設けられる。開口部６の下部周辺部に基板を支持する基板支持部７を形成し、基板支持部７に結晶成長面を下向きにして開口部６に嵌められる基板３を支持し、原料ガスを流して基板３の結晶成長面に気相エピタキシャル成長させるようになっている。
【０００８】
しかし、基板ＯＦ設置部２はサセプタ５の下面とほぼ同一の平面であるため、原料ガスは基板３に対して水平方向に流れていく。この時、サセプタ５と基板３と隙間に原料ガスが入り込み、オリエンテーションフラット１部分にも結晶が形成されてしまった。このため、エピタキシャル成長後にもおいても完全に清浄で鏡面のオリフラ部を得ることが困難であった。
【０００９】
そこで、この問題を解決する手段として、基板（ウェハ）のオリエンテーションフラットの周辺部分に保護膜を形成した状態で、エピタキシャル層を成長する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
すなわち、この特許文献１では、まず、図６（ａ）の平面図、及び図６（ｂ）の側面図に示すベアウェハ状態の円形のウェハ２０を揃えて複数枚重ね合わせ、垂直もしくは斜めにした状態で、電子ビーム蒸着により、図６（ｃ）に示すように、オリエンテーションフラット２１部分にＳｉＯ2膜から成る保護膜２３を形成する。
【００１１】
次に図６（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いてウェハ２０上にｎ型半導体層、ｐ型半導体層からなるエピタキシャル結晶成長層２２を形成してｐｎ接合を作る。そして結晶成長後、フッ酸を用いてＳｉＯ2の保護膜２３を除去する（図６（ｅ））。
【００１２】
この特許文献１の方法によれば、ＭＯＣＶＤ法を用いてウェハ２０上にエピタキシャル結晶成長層２２を形成する際に、ウェハ上にはＳｉＯ2の保護膜２３があるので、その部分には結晶が成長しない。よって、オリエンテーションフラット２１の周辺部が結晶成長前と同じ状態に維持された結晶成長ウェハが得られる。
【特許文献１】特開平５−５５１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１の方法では、オリエンテーションフラット部に保護膜を形成しなければならず、また所望のエピタキシャル結晶を成長した結晶成長後にあっては、この保護膜をエッチングにより除去しなければならない。このため従来の製造方法とは別に、新たな保護膜の形成、除去を実現するための処理設備が必要であり、新たな設備投資が必要で、工程負荷も増える。
【００１４】
また、エッチングにより保護膜を除去する工程があるので、この保護膜の除去工程において基板の表面が汚れてしまう虞がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、前記課題を解決し、保護膜の形成、除去の工程を必要とすることなく、清浄で鏡面のオリエンテーションフラットを維持することが可能な化合物半導体の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前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。
【００１７】
第１の発明の化合物半導体製造装置は、管軸を略水平に設けた反応管内に、又は管軸を略水平に設けた反応管の上部壁の一部にサセプタを設け、前記サセプタにオリエンテーションフラット付きの基板を嵌める開口部を設け、前記開口部の下部周辺部に前記基板を支持する基板支持部を形成し、前記基板支持部に結晶成長面を下向きにして前記開口部に嵌められる前記基板を支持し、前記ガスを流して該基板の結晶成長面に気相エピタキシャル成長させる化合物半導体製造装置において、前記サセプタの開口部に設けられ前記基板のオリエンテーションフラットを当接させる当接用部材と、前記当接用部材に設けられ前記ガス流に抵抗を与える突起部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、前記突起部は、前記当接用部材の下端を前記サセプタの下面より下方に突出させて構成したことを特徴とする。
【００１９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記サセプタの周方向に前記開口部が複数個設けられていることを特徴とする。
【００２０】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記当接用部材が前記サセプタと同じ材料から成ることを特徴とする。
【００２１】
第５の発明は、第１乃至第４の発明において、前記当接用部材がカーボンから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、保護膜の形成、除去の工程を必要とすることなく、清浄で鏡面なオリエンテーションフラットを維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２４】
図４に実施の形態の横型気相エピタキシャル成長装置の反応炉の構成を示す。この反応炉は、反応管１０と基板加熱用のヒータ９とを主に備える。
【００２５】
反応管１０は、管軸を略水平に設けて設置され、原料ガスを水平方向に流して排気するようになっている。反応管の上部壁から反応管１０の中央部近くまで垂下する鉛直回転軸８が設けられる。この鉛直回転軸８の下端に、鉛直回転軸８を中心として水平面内で回転する円板状のサセプタ５が設けられる。このサセプタ５には、サセプタ５の中心から少し離れた位置にて、結晶成長面を下向きにして、半導体ウェハとしての基板３が、周方向に複数枚支持される。各基板３は、サセプタ５下面と面一に支持される。反応管は例えば石英、サセプタは例えばカーボンで形成される。
【００２６】
基板加熱用のヒータ９は、その基板３の裏面側のサセプタ５の上方に配置され、サセプタ５を加熱するようになっている。
【００２７】
反応管１０内にサセプタ５中心に向かって下方から原料ガス１２を供給し、サセプタ５の下面中心に当て、サセプタ５中心からサセプタ５に沿って放射状に原料ガス１２を流す。サセプタ５が水平面内で回転するから、原料ガス１２はサセプタ５中心部から径方向外方に向かい層流となって流れる。これにより加熱された基板３上に化合物半導体結晶がエピタキシャル成長する。
【００２８】
円板状のサセプタ５は、原料ガスが流通する反応管１０内に又は反応管の上部壁の一部として設けられ、このサセプタ５には、図２に示すように、周方向に等間隔で複数個の開口部６が設けられる。各開口部６は、気相エピタキシャル成長の対象であるオリエンテーションフラット１付の基板３とほぼ同じ形状に開けられている。各開口部６に嵌められる基板のオリエンテーションフラット１は、開口部６の一部に設けた直線部から成る基板オリエンテーションフラット設置部（基板ＯＦ設置部と略す）２に当接して位置決めされるようになっている。この基板ＯＦ設置部２の各開口部６における設置箇所は、いずれもサセプタ５の径方向外方側に設けられる。すなわち、サセプタ中心部Ａ１から径方向外方Ａ２（Ａ１−Ａ２ライン）に向かって流れるガスの下流側に基板ＯＦ設置部２が設けられる。
【００２９】
図１は上述した反応炉の要部拡大図を示し、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図を示す。
原料ガス１２が流通する反応管１０内に、又は反応管１０の上部壁の一部に円板状のサセプタ５を設ける。このサセプタ５に気相エピタキシャル成長の対象であるオリエンテーションフラット付の基板３を嵌めるために、基板３とほぼ同じ形状の開口部６を設ける。
【００３０】
この開口部６の下部周辺部には、開口部６外から開口部６内に突出する３つの内向爪から成る基板支持部７が設けられている。この基板支持部７により開口部６内に嵌められる基板３が支持される。基板３は、結晶成長面３ａを下向きにして、その結晶成長面３ａがサセプタ５の下面と面一となるように支持される。基板支持部７は、結晶成長面３ａに沿って流れる原料ガスが層流となるように、できるだけ薄く構成され、且つ水平に設けられる。
【００３１】
サセプタ５に設けた開口部６の一部である基板ＯＦ設置部２に、基板３のオリエンテーションフラット１の面（劈開面）を当接させる板状の当接用部材４が設けられる。この当接用部材４には、この当接用部材４部分で、原料ガスに抵抗を与える突起部４ａが設けられている。この当接用部材４の突起部４ａは、サセプタ５の下面より下方に突出するように設けられ、突起部４ａ部分で、サセプタ５の中心から径方向外方に流れるガス流に乱流を形成するようになっている。当接用部材４は、例えばサセプタ５と同じ材料であるカーボンから成る。
【００３２】
図４に示すような気相成長装置を用いてオリエンテーションフラット１付の基板３に、例えばIII−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル結晶を気相成長する。オリエンテーションフラット１付の基板３としては、例えば長さＬ＝１５ｍｍのオリエンテーションフラット１を有する直径約５０ｍｍ（２インチ）のＧａＡｓ基板を用いる。
基板３を、結晶成長面３ａを下側にしてサセプタ５の開口部６内に嵌め、基板支持部７上に支持させる。このときオリエンテーションフラット１は基板ＯＦ設置部２の当接用部材４に当接させる。そして、ヒータ９でこのサセプタ５を加熱し、サセプタ５を回転した状態で、サセプタ５中心部分から放射状に原料ガス１２を流し、加熱された基板３上で化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる。
【００３３】
ここで、気相成長法によりIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル層を成長させるＶ族原料として、例えば、ＡｓＨ3、Ａｓ（ＣＨ3）3、ＰＨ3のいずれかを用い、III族原料として、例えばＡｌ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3のいずれかを用いる。
【００３４】
反応管１０内に下から供給されて上に向かった原料ガス１２は、サセプタ５の下面に沿って、そのサセプタ中心部Ａ１から径方向外方Ａ２に向かって流れる。このとき、原料ガスの流れは層流となるが、オリエンテーションフラット１部分では矢印１３で示すように乱流となる。エピタキシャル結晶膜は、白抜き矢印で示したように、このＡ１からＡ２方向の流れに対して垂直下方向に成長して行く。
【００３５】
エピタキシャル成長後、劈開面に沿ってチップを切り出し、エッチング、電極形成などの素子形成プロセスを経て、例えば半導体レーザー素子を得る。
【００３６】
上述した実施の形態によれば、基板３のオリエンテーションフラット１が設置される開口部６の基板ＯＦ設置部２に、オリエンテーションフラット１を当接させる当接用部材４を設けて、オリエンテーションフラット１と基板ＯＦ設置部２との隙間を塞ぐようにしたので、オリエンテーションフラット１への原料ガスの入り込みを抑制できる。
【００３７】
また、当接用部材４で基板と当接している箇所は、オリエンテーションフラット面だけなので、従来のように保護膜でオリエンテーションフラットの周辺の基板表面までを保護して、その保護された表面領域にエピタキシャル層が成長されない従来のものと比べて、基板からペレットを得る素子採取面積が低減することがない。
【００３８】
また、当接用部材４の突起部４ａをサセプタ５の下面から下方に突出させて、この突起部４ａを原料ガスの流れに対して障壁となるようにしたので、原料ガスの流れを、この突起部４ａ部分で、矢印１３で示すように、突起部４ａを避けるような乱流とすることができる。従って、基板ＯＦ設置部２の付近への原料ガスの供給を少なくすることができ、基板ＯＦ設置部２とオリエンテーションフラット１との微小な隙間への原料ガスの入り込みを更に抑制できる。その結果、従来の単純に水平方向に流れる図３の場合よりも、原料ガスの入り込みを少なくすることが可能であり、オリエンテーションフラット１への結晶形成を大幅に低減することができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、既存の設備において、サセプタ５の開口部６に当接用部材４を設けるだけという簡単な構造で、オリエンテーションフラット部分でのエピタキシャル成長を抑止して、清浄で鏡面のオリエンテーションフラットを維持することができるので、従来のように保護膜の形成、除去の工程を導入するための新たな設備投資が必要なく、保護膜除去工程で基板の表面が汚れてしまうこともない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態における化合物半導体製造装置の要部構造を示したもので、（ａ）は図２のＡ１−Ａ２ラインに沿ったサセプタによる基板保持部の断面図、（ｂ）は基板の平面図である。
【図２】図１のサセプタの上面図である。
【図３】従来例の化合物半導体製造装置の要部構造を示したもので、（ａ）はサセプタによる基板保持部の断面図、（ｂ）は基板の平面図である。
【図４】実施の形態における化合物半導体製造装置の反応炉の構造を示した図である。
【図５】オリエンテーションフラット付の基板の平面図である。
【図６】従来例のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  オリエンテーションフラット
２  基板ＯＦ設置部
３  オリエンテーションフラット付きの基板
３ａ  結晶成長面
４  当接用部材
４ａ  突起部
５  サセプタ
６  開口部
７  基板支持部
【図１】
2007109864.tif 000003
【図２】
2007109864.tif 000004
【図３】
2007109864.tif 000005
【図４】
2007109864.tif 000006
【図５】
2007109864.tif 000007
【図６】
2007109864.tif 000008