(57)【要約】      （修正有）【課題】基板ホルダー回転駆動器から、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を介して、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気相成長装置において、基板ホルダーを保持したサセプタを気相成長装置に容易に取り付けることが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、基板ホルダー回転板を、ベアリングボール保持具１に保持されているベアリングボールを介して中心部の基台に対し回転自在に保持することにより、基板ホルダーを保持したサセプタを気相成長装置に容易に取り付けることができる気相成長装置とする。【選択図】図４
2013239579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ホルダー回転駆動器から、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を介して、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気相成長装置であって、前記基板ホルダー回転板が、ベアリングボール保持具に保持されているベアリングボールを介して中心部の基台に対し回転自在に保持された構成を有す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がリングの形状を有し、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケットと、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケットを備えている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
ベアリングボール保持具が、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケットと、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケットを交互に備えている請求項２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、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケットを同一円周上に備え、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケットを前記円周と異なる同一円周上に備えている請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項５】
ポケットがさらに、ボールの径より大きい開口部の反対側にボールの径より小さい開口部を有する貫通孔からなる請求項２から請求項４のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項６】
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に記載の気相成長装置。
【請求項７】
ベアリングボール保持具が窒化ホウ素からなる請求項６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、基板ホルダー回転駆動器から、反応炉の中心部に設けられた基板ホルダー回転板を介して、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、基板ホルダーを回転させる構成を備えた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、又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。
【０００４】
基板を自公転させながら気相成長を行える気相成長装置の構成としては、例えば、基板を保持する複数の基板ホルダーがサセプタにより回転自在に保持され、サセプタが架台により回転自在に保持されている構成が挙げられる。例えば特許文献１、２に記載されている気相成長装置はそのような構成を有し、同一又は別々の回転駆動器から基板ホルダー及びサセプタに回転駆動力が伝達されて、基板ホルダー及び基板は自公転する。基板を自公転できる気相成長装置には、特許文献１に記載されている気相成長装置のように、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が別々に設けられることが望ましい。
【０００５】
このような自転機構としては、基板ホルダー回転駆動器から、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を介して、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が知られている。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は、基板ホルダー回転駆動軸（基板回転軸）が基板ホルダー回転板（中心ギア）に結合され、基板ホルダー回転駆動器（第二モータ）からの回転駆動力が基板ホルダー回転板（中心ギア）を介して基板ホルダーに伝達される。
【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】
【０００６】
気相成長装置において、原料ガスと接触する部材には原料ガスの分解による付着物が生じやすく、特に、基板に近接する基板ホルダー及びサセプタは頻繁にクリーニングを要するという問題がある。クリーニングは、基板ホルダーを保持したサセプタを反応容器の外に取り出して行う場合が多く、基板ホルダーを保持したサセプタの脱着が容易な構造とすることによりメンテナンス性を向上させた気相成長装置であることが望ましい。
【０００７】
しかし、特許文献１のように基板ホルダー回転板が基板ホルダー回転駆動軸から分離できない気相成長装置では、基板ホルダーを保持したままサセプタを取り出すことはできても、基板ホルダーを保持したサセプタを気相成長装置に取り付けようとすると、基板ホルダーと基板ホルダー回転板の歯車の噛み合わせを行なわなくてはならないため、煩雑な作業が必要であった。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、基板ホルダーを保持したサセプタの取り付けを容易に行うことが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】
【０００８】
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、前述のような気相成長装置において、基板ホルダー回転板を、ベアリングボール保持具に保持されているベアリングボールを介して中心部の基台に対し回転自在に保持することにより、基板ホルダー回転板と基板ホルダー回転駆動軸が分離可能になり、気相成長中だけでなく、基板ホルダー回転板と基板ホルダー回転駆動軸の接続時においてもベアリングボールの脱落を抑制できるので、基板ホルダー（及び基台）を保持したサセプタの気相成長装置への取り付けが容易になることを見出した。
【０００９】
すなわち本発明は、基板ホルダー回転駆動器から、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を介して、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気相成長装置であって、前記基板ホルダー回転板が、ベアリングボール保持具に保持されているベアリングボールを介して中心部の基台に対し回転自在に保持された構成を有することを特徴とする気相成長装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明において、基板ホルダー回転板は、中心部の基台により保持されるので、基板ホルダー回転板と基板ホルダー回転駆動軸が分離可能になり、基板ホルダー（及び基台）を保持したサセプタを気相成長装置に容易に取り付けることができる。また、ベアリングボールがベアリングボール保持具に保持されていることにより、気相成長中において、反応性ガスによるベアリングボールの劣化、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、気相成長中にベアリングボールが溝から脱落することを抑制できるだけでなく、基板ホルダー回転板と基板ホルダー回転駆動軸の分離時及び接続時においても振動等によるベアリングボールの脱落を抑制できる。さらに、複数の基板ホルダーに回転駆動力を伝達する基板ホルダー回転板は、ベアリングボールを介して中心部の基台に対し回転自在に保持されるので、ベアリングボールを介しない場合に比べて小さい回転駆動力でも基板ホルダー及び基板を自転させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、基板ホルダー回転駆動器から、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を介して、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気相成長装置に適用される。以下、本発明を、図１〜図７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。
【００１２】
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Ｂ−Ｂ断面構成図であり、図３は、図１のＣ−Ｃ断面構成図である。図４は、本発明の第１の実施形態に用いられ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５は、本発明の第２の実施形態に用いられ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４のベアリングボール保持具を用いたときの図１のＡ部拡大図であり、図７は、図５のベアリングボール保持具を用いたときの図１のＡ部拡大図である。
【００１３】
本発明の気相成長装置は、図１〜３に示されるように、基板ホルダー回転駆動器８から、反応炉１３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、前記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、前記基板ホルダー３を回転させる構成を備えた気相成長装置であって、前記基板ホルダー回転板６が、ベアリングボール保持具１に保持されているベアリングボール２を介して中心部の基台１０に対し回転自在に保持された構成を有することを特徴とする気相成長装置である。
【００１４】
図１〜３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、基台１０の他に、ベアリングボール２を介して複数の基板ホルダー３を回転自在に保持するサセプタ９、ベアリングボール２を介してサセプタ９を回転自在に保持する架台１９、サセプタの対面１１、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１２、サセプタ９とサセプタの対面１１の間隙からなる反応炉１３、反応炉１３へ原料ガスを供給する原料ガス導入部１４、反応炉１３から反応ガスを排出する反応ガス排出部１５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。
【００１５】
本発明の気相成長装置に用いられる基板ホルダーは、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、そのような設定に限定されることはない。本発明の気相成長装置に基板ホルダーは複数設けられ、各基板ホルダーの外周には歯車が設けられている。例えば図１〜３の気相成長装置において、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。
【００１６】
本発明の気相成長装置に用いられる基板ホルダーは、ベアリングボール等の手段により回転自在に保持されていることが好ましい。例えば図１〜３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、９ｂ）により挟持されたベアリングボール２を介して、サセプタ９により回転自在に保持されている。本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板と同様に、各基板ホルダーを回転自在に保持するベアリングボールもベアリングボール保持具により保持されてもよい。
【００１７】
本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板は反応炉の中心部に設けられ、基板ホルダー回転板の周囲に複数の基板ホルダーが配置され、基板ホルダー回転板の外周には歯車が設けられており、各基板ホルダーの歯車と基板ホルダー回転板の歯車が噛み合わさることにより基板ホルダー回転板から各基板ホルダーに回転駆動力が伝達される。本発明の気相成長装置に用いられる基板ホルダー回転板は、ベアリングボール保持具に保持されているベアリングボールを介して回転自在に保持されている。
【００１８】
例えば図１〜３の気相成長装置において、基板ホルダー回転板６は、基板ホルダー回転板６の下面及び基台１０の上面にそれぞれ刻まれたベアリング溝（６ｃ、１０ａ）により挟持されベアリングボール保持具１に保持されているベアリングボール２を介して、反応炉１３の中心部に設けられた基台１０により回転自在に保持されている。尚、基板ホルダー回転板６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。
【００１９】
本発明の気相成長装置に用いられる基台は、ベアリングボール保持具に保持されているベアリングボールを介して基板ホルダー回転板を回転自在に保持可能な部材であればよく、図１〜３の気相成長装置のように円盤状であることが好ましいが、円盤状に限定されることはない。基台１０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。本発明の気相成長装置に用いられるサセプタは、複数の基板ホルダーを保持可能な部材であればよく、図１〜３の気相成長装置のように円環状であることが好ましいが、円環状に限定されることはない。図１〜３の気相成長装置のように、サセプタが円環状である場合には、基台はサセプタの円環の空間部に設置されることが好ましい。サセプタは、外径３００〜１０００ｍｍ、内径１００〜５００ｍｍ、厚さ５〜３０ｍｍの円環状であり、６〜１５個の基板ホルダーを保持できることが好ましいが、このような大きさに限定されることはない。
【００２０】
本発明の気相成長装置において、基台及びサセプタは一体として一部材を形成してもよく、その場合、基台及びサセプタが一体として形成する一部材は円盤状であることが好ましいが、円盤状に限定されることはない。また、本発明の気相成長装置において、メンテナンスを容易にする等の目的で、基台とサセプタは、分離可能となるように別々の部材として設けられることが好ましいが、分離可能であることに限定されることはない。例えば図１〜３の気相成長装置は、基台１０とサセプタ９が分離可能な別々の部材として設けられているが、基台１０の外周上部に周辺部に向かって設けられた突出部と、サセプタ９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、基台１０がサセプタ９により保持される構成を有している。
【００２１】
本発明において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。本発明において用いられるベアリングボールは、ベアリングボール保持具により保持されており、本発明に用いられるベアリングボール保持具は、図４、図５に示すように、リング状であることが好ましいがリング状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に備えられるポケットは、ベアリングボールを収納できるポケットであり、各ポケットにベアリングボールを１個ずつ収納できるポケットであることが好ましい。このようなポケットは複数設けられ、複数設けられたポケットは、貫通孔及び／または貫通しない凹形状のポケットからなり、少なくとも一部に貫通孔のポケットを含むことが好ましく、貫通孔のポケットのみからなることがより好ましいが、そのような形態に限定されることはない。貫通孔のポケットに保持されるベアリングボールは、基板ホルダー回転板と基台の両方に接することが可能になるため、基板ホルダー回転板を安定して保持することができる。例えば、図４、図５のベアリングボール保持具１に設けられているポケット（１ａ、１ａ’）は、すべて貫通孔である。
【００２３】
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ポケットの形状は、ベアリングボールを安定して保持できるように、円柱、半球、またはこれらの組み合わせ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４、図５のベアリングボール保持具１に設けられているポケット（１ａ、１ａ’）は、円柱と半球の組み合わせからなる形状であり、ポケットを構成する円柱の端面と半球の頂点周辺に開口部を有する貫通孔である。
【００２４】
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ポケットは、前記ポケットに収納されるベアリングボールの径より大きい開口部を有することが好ましい。ポケットの開口部を、保持されるベアリングボールの径より大きくすることにより、図４、５に示すように、ベアリングボール２をポケット（１ａ、１ａ’）に深く収納できるので、ベアリングボールの脱落を抑制することができる。このような開口部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。
【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ポケットの深さは、ポケットに保持されるベアリングボールの径より小さく設定される。ポケットが凹形状である場合に、ポケットの深さはポケットに保持されるベアリングボールの径の５０〜９０％であることが好ましく、ポケットが貫通孔である場合に、ポケットの深さ（貫通孔の長さ）はポケットに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、このような深さに限定されることはない。
【００２６】
図４、図５のように、ポケットが貫通孔であるときは、ポケットはベアリングボールの径より大きい開口部の反対側にベアリングボールの径より小さい開口部を有することが好ましい。ベアリングボールの径より大きい開口部の反対側にベアリングボールの径より小さい開口部を設けることにより、ベアリングボールを安定して保持できるようになる。ベアリングボールの径より小さい開口部の径はベアリングボールの径より０．５〜５ｍｍ小さ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。
【００２７】
本発明において、前述のようなポケットは複数設けられる。本発明に用いられるベアリングボール保持具は、図４、５に示すように、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケットと、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケットを備えていることが好ましく、そのような構成によりベアリングボール保持具の上面及び下面の基板ホルダー回転板及び基台への接触を防止できるので、ベアリングボール保持具と基板ホルダー回転板及び／または基台との摩擦が低減され、小さい回転駆動力で基板ホルダー回転板を回転できるが、そのような構成に限定されることはない。
【００２８】
本発明に用いられるベアリングボール保持具のより好ましい第１の形態として、例えば、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケットと、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケットが交互に備えられている形態がある。例えば図４のベアリングボール保持具１においては、すべてのポケットは同一円周上に設けられ、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケット１ａ’と、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケット１ａが交互に備えられている。このような交互の配置により、ベアリングボール保持具と基板ホルダー回転板及び／または基台との摩擦が低減され、小さい回転駆動力で基板ホルダー回転板を回転できるだけでなく、基板ホルダー回転板を基台により安定して保持することができる。
【００２９】
また、本発明に用いられるベアリングボール保持具のより好ましい第２の形態として、例えば、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケットが同一円周上に備えられ、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケットが前記円周と異なる同一円周上に備えられている形態がある。例えば図５のベアリングボール保持具においては、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケット１ａ’と、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケット１ａが円周方向において交互に備えられているだけでなく、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの下面に有するポケット１ａ’が同一円周上に備えられ、保持されるベアリングボールの径より大きい開口部をリングの上面に有するポケット１ａが前記円周と異なる同一円周上に備えられている。このような配置によっても、ベアリングボール保持具と基板ホルダー回転板及び／または基台との摩擦が低減され、小さい回転駆動力で基板ホルダー回転板を回転できるだけでなく、基板ホルダー回転板を基台により安定して保持することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、図１〜図７の気相成長装置をさらに詳細に説明する。図１〜７の気相成長装置には、基板５を自公転させる基板回転機構が設けられている。すなわち、基板ホルダー３及び基板ホルダー回転板６が、前述のように回転自在に保持され、同様に、サセプタ９もベアリングボール２を用いてリング状の架台１９により回転自在に保持されている。本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板と同様に、サセプタを回転自在に保持するベアリングボールもベアリングボール保持具により保持されてもよい。
【００３３】
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２０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突起７ａが設けられており、突起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１４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。
【００３４】
また、サセプタ回転駆動器１６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２０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１７を介して、サセプタ回転駆動軸１７のサセプタ側先端に固定されたサセプタ回転板１８に伝達される。サセプタ９の周縁部には歯車９ａが設けられ、サセプタ回転板１８の周縁部には歯車１８ａ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１６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。
【００３５】
各ベアリング溝（６ｃ、９ｂ、９ｂ’、１０ａ、１９ａ）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、９ａ、１８ａ）は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
結晶膜を生成するための気相成長反応は反応容器２０内部の反応炉１３において行われる。反応炉１３の中心部には原料ガス導入部１４が設けられ、原料ガスは原料ガス導入部１４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１３において、ヒータ１２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１４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１５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。
【００３６】
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１６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１４を中心とする同一円周上に配置され、原料ガス導入部１４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。
【００３７】
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２０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、基台１０、サセプタの対面１１及びサセプタ回転板１８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１２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１７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
【００３８】
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、ステンレス又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。
【００３９】
反応容器２０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、基台１０、サセプタの対面１１及びサセプタ回転板１８は、ＳｉＣコートカーボン、ヒータ１２はカーボンヒータ、サセプタ回転駆動軸１７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、突起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】
【００４０】
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。
【００４１】
［実施例１］        
（ベアリングボール保持具の製作）
図４に示すリング状のベアリングボール保持具１（ＢＮ製、内径１７５ｍｍ、外径１９５ｍｍ、厚さ３ｍｍ）を製作した。各ポケット（１ａ、１ａ’）は、厚さ方向の貫通孔からなり、一方の開口部が直径４．５ｍｍの円形、他方の開口部が直径３ｍｍの円形を有し、このようなポケットを６０個設けた。すべてのポケットをベアリングボール保持具１の内周及び外周と同心円の直径１８５ｍｍの円周に配置し、直径４．５ｍｍの円形の開口部をリングの下面に有するポケット１ａ’と、直径４．５ｍｍの円形の開口部をリングの上面に有するポケット１ａを、円周方向において交互に設けた。
【００４２】
（気相成長装置の製作）
次に、図１〜図３に示す気相成長装置を製作した。前述のようなベアリングボール保持具１の各ポケット（１ａ、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）を基台１０（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を保持した基台１０をサセプタ９（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の円環状、基板ホルダー６個を保持可能）により保持した。ベアリングボール及びポケットの個数、並びに寸法等を適宜変化させた同様のベアリングボール保持具１を製作し、同じ大きさ及び材質のベアリングボール２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。
【００４３】
（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てから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２０の中を大気圧に保った。その後、原料ガス導入部１４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１２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１２の温度を１０５０℃まで上昇させた。その後、原料ガス導入部１４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。
【００４４】
以上のようにＧａＮを成長させた後、ヒータ１２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１６は正常に作動した。その後に、反応容器２０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２０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１に保持されたまま状態であった。
【００４５】
（サセプタの脱着）
次に、基板ホルダー回転駆動軸７を上方に移動させ、突起７ａを基板ホルダー回転板６の穴６ａから引き抜いた。その後、サセプタ９を人手により取り出したところ、ベアリング保持具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及び基台１０を保持させたままのサセプタ９を反応容器２０の外に容易に取り出すことができた。そして、反応容器２０の外で基板ホルダー３及びサセプタ９等のクリーニングを行った後に、ベアリング保持具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及び基台１０を保持したサセプタ９を人手により反応容器２０の中に設置し、基板ホルダー回転駆動軸７を当初の位置に戻し、突起７ａを基板ホルダー回転板６の穴６ａに挿入したところ、基板ホルダー回転駆動軸７を基板ホルダー回転板６に容易に接続できた。
【００４６】
そして、基板ホルダー３に基板５をセットして上記の気相成長実験を再度行ったところ、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１６は正常に作動した。その後に、反応容器２０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２０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１に保持されたまま状態であった。
【００４７】
［実施例２］
（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１６８ｍｍ、外径２０４ｍｍ、厚さ３ｍｍ）を製作した。各ポケット（１ａ、１ａ’）は、厚さ方向の貫通孔からなり、一方の開口部が直径４．５ｍｍの円形、他方の開口部が直径３ｍｍの円形を有し、このようなポケットを６０個設けた。すなわち、直径４．５ｍｍの円形の開口部をリングの下面に有するポケット（１ａ’）３０個を直径１７６ｍｍの同一円周上に設け、直径４．５ｍｍの円形の開口部をリングの上面に有するポケット（１ａ）３０個を前記円周と異なる直径１９６ｍｍの同一円周上に設けた。これら２つの異なる円周は、保持具１の内周円及び外周円と同心円となるように設定した。同時に、直径４．５ｍｍの円形の開口部をリングの下面に有するポケット１ａ’と直径４．５ｍｍの円形の開口部をリングの上面に有するポケット１ａを、円周方向において交互となるようにも配置した。
【００４８】
（気相成長装置の製作）
以上のように製作した図５のベアリングボール保持具１を用いた他は、実施例１と同様にして図１〜図３に示す気相成長装置を製作した。
【００４９】
（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。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１６は正常に作動した。その後に、反応容器２０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２０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１に保持されたまま状態であった。
【００５０】
（サセプタの脱着）
次に、実施例１と同様にしてサセプタ９を人手により取り出したところ、ベアリング保持具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及び基台１０を保持させたままのサセプタ９を反応容器２０の外に容易に取り出すことができた。そして、実施例１と同様のクリーニングとサセプタ設置作業を行ってから、突起７ａを基板ホルダー回転板６の穴６ａに挿入したところ、基板ホルダー回転駆動軸７を基板ホルダー回転板６に容易に接続できた。
【００５１】
そして、基板ホルダー３に基板５をセットして上記の気相成長実験を再度行ったところ、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１６は正常に作動した。その後に、反応容器２０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２０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１に保持されたまま状態であった。
【００５２】
［比較例１］    
（気相成長装置の製作）
図８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と基台１０の上面に設けられたベアリング溝１０ａ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１と同様にして図１〜図３に示す気相成長装置を製作した。
【００５３】
（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１２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２０を開放し、反応容器２０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】
【００５４】
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】
【００５５】
【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Ｂ−Ｂ断面構成図である。
【図３】図１のＣ−Ｃ断面構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられ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５】本発明の第２の実施形態に用いられ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４のベアリングボール保持具を用いたときの図１のＡ部拡大図である。
【図７】図５のベアリングボール保持具を用いたときの図１のＡ部拡大図である。
【図８】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】
【００５６】
１  ベアリングボール保持具
１ａ、１ａ’  ポケット
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  突起
８  基板ホルダー回転駆動器
９  サセプタ
９ａ  歯車
９ｂ、９ｂ’  ベアリング溝
１０  基台
１０ａ  ベアリング溝
１１  サセプタの対面
１２  ヒータ
１３  反応炉
１４  原料ガス導入部
１５  反応ガス排出部
１６  サセプタ回転駆動器
１７  サセプタ回転駆動軸
１８  サセプタ回転板
１８ａ  歯車
１９  架台
１９ａ  ベアリング溝
２０  反応容器
２１  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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【図８】
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