JP2004055672A

JP2004055672A - 化学気相成長装置および化学気相成長方法

Info

Publication number: JP2004055672A
Application number: JP2002208518A
Authority: JP
Inventors: Hajime Momoi; 桃井　元
Original assignee: Nikko Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】シート抵抗またはキャリア濃度について優れた均一性を有する（レンジで１０％以下）ＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造を再現性良く作製できるＭＯＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】反応炉と、該反応炉内に設置された回転式サセプタからなる基板保持部（４０）と、前記基板保持部の所定の位置に基板を配置するために該基板を収容する基板収容部（５１）と、前記基板に向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段（２０）と、前記基板を加熱するための加熱手段（７０）と、前記基板収容部に収容された基板に前記加熱手段からの熱を伝導する熱伝導部（５４）と、を備えた化学気相成長装置において、前記熱伝導部を前記基板と全面で接触する平面を有する部材で構成し、さらに前記基板との実効接触面積が９０％以上となるようにして、基板全面からの熱伝導により基板を加熱するようにした。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜を気相成長させるための化学気相成長装置に関し、特に、ＩｎＰ等の化合物半導体膜を成長させる有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置に適用して好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＩｎＰ基板を用いた電子デバイス（ＨＥＭＴやＨＢＴ）は、その最大の特徴である高速応答性と低雑音特性を活かして、次世代高速光通信（４０ＧＨｚまたはそれ以降）、ミリ波応用デバイス（ＩＴＳや軍需用途）や超高速計測用に利用されている。このＩｎＰ系電子デバイスのエピタキシャル基板は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて製造されるのが一般的である。
また現在では、一度で多数枚の基板上にエピタキシャル成長を行うことのできるＭＯＣＶＤ装置が市販されており、この多数枚基板対応のＭＯＣＶＤ装置の要素技術においても様々な方式が提案されている。
【０００３】
その一つとして、原料ガスの濃度や流れが複数の基板表面で均一となるように、反応炉内に回転機構を有する回転式サセプタを設け、このサセプタ上に複数の基板を載置して、回転させながら均質なエピタキシャル膜を成長させるようにしたＭＯＣＶＤ装置が広く使用されている。特に、サセプタの内側に基板の成長面をガスに露出させるための開口部を設け、その開口部に成長面を下側に向けて基板を載置し、基板をガス流の上に配置する、いわゆるフェースダウン方式のＭＯＣＶＤ装置が熱対流によるガス流の不均一性を防ぐのに有効である。
【０００４】
従来のフェースダウン方式のＭＯＣＶＤ装置について、図１および図４を参照して説明する。
図１はフェースダウン方式のＭＯＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、フェースダウン方式のＭＯＣＶＤ装置１００は、全体として高さの低い円筒形をなしており、下側壁体（対向板）１０、ガス供給手段２０、回転軸（回転駆動系）３０、基板保持部（サセプタ）４０、基板載置部５０（基板トレイ５１，熱伝導部５２）、天板６０、加熱手段（加熱ヒータ）７０、ガス排気口８０等で構成される。
【０００５】
このＭＯＣＶＤ装置１００の各壁体は例えばステンレスで構成され、下側壁体１０は反応生成物が析出しにくいように厚さ３ｍｍ程度のステンレス製または石英製の内壁部材１１でカバーされている。
また、ガス導入管２０は下側壁体中央部に設置され、例えば、第１３（３Ｂ）族元素や第１５（５Ｂ）族元素などの原料ガスおよび不活性ガスなどのキャリアガスを反応炉内に供給する。
【０００６】
基板保持部４０は、円盤状に成型されたカーボンディスクからなり、回転軸３０により回転可能に吊設されている。また、該基板保持部４０の内側には、複数の基板を載置できるように、同一円周上に円形の開口部４１が複数（例えば５個）設けられている。
また、反応炉の外側には天板６０を介して基板を加熱するための加熱ヒータ７０が同心円状に配設されている。
【０００７】
次に、図４を参照して基板の載置状態について詳細に説明する。図４は、図１における基板載置部５０の拡大図である。
基板載置部５０は、基板トレイ（基板収容部）５１上に、基板９０、裏面保護板５２、均熱板５３が順次載置されてなる。なお、裏面保護板５２および均熱板５３を合わせて熱伝導部と称する。
【０００８】
基板トレイ５１は、基板保持部４０に設けられた開口部４１とほぼ同径の円盤状トレイで、底面には載置される基板９０の内径より若干大きい径の円形開口部５１ｃが設けられている。また、基板トレイ５１の下部には、開口部５１ｃにはみ出たフック５１ａが例えば円周を５分割する位置５カ所に設けられており、これらのフック５１ａによって開口部５１ｃの位置に基板９０を露出可能に保持することができる。また、基板トレイ５１の上部円周には外側に向けて鍔５１ｂが設けられており、鍔５１ｂを基板保持部４０に引っかけることによって、基板トレイ５１をサセプタ４０の開口部４１に設置する。
【０００９】
裏面保護板５２は、基板９０の裏面を保護するために挿入される円盤状の板で、基板裏面と全面で密着する。この裏面保護板５２には、例えば、グラファイト等の材質が用いられる。
均熱板５３は、加熱ヒータ７０の熱が均一に伝わる板で、底面に凹部が形成されており、裏面保護板５２と周縁部で接触する。この均熱板には、例えば、グラファイト等の材質が用いられる。
【００１０】
上述した構成により、均熱板５３および裏面保護板５２からの熱伝導を利用して基板９０を加熱する。すなわち、加熱ヒータ７０からの熱が、均熱板５３を介して裏面保護板５２の周縁部に伝導され、裏面保護板５２の周縁部から中心に向かって熱が伝導されるとともに、基板９０が加熱される。
【００１１】
本発明者等は、上述した構成のフェイスダウン方式のＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＨＥＭＴ用エピタキシャル基板の研究開発を行っている。開発の対象としては、例えば、Ｆｅを添加した半絶縁性ＩｎＰ基板上に、ＩｎＡｌＡｓバッファ層、ＩｎＧａＡｓチャネル層、ＩｎＡｌＡｓスペーサ層、ＩｎＡｌＡｓ電子供給層、ＩｎＡｌＡｓショットキー層、ＩｎＧａＡｓコンタクト層、を順次積層したＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造等がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高速ＩＣを設計する上では、ＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造において、ドレイン電流や閾値電圧等の電気的特性を満足するために、電子供給層のキャリア濃度またはシート抵抗の均一性に関して、レンジで５％以下であることが要求されている。ここで、レンジとは（最大値−最小値）／平均値×１００から求められるパーセンテージである。
【００１３】
しかし、本発明者等が上述したＭＯＣＶＤ装置を用いて作製したＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造についてその特性を調査したところ、ＩｎＡｌＡｓ単層および３インチ径のＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造のＩｎＡｌＡｓ電子供給層ではレンジで１５％以上となった。また、４インチ径のＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造のＩｎＡｌＡｓ電子供給層に関してはレンジで２０％以上となり、要求されている値に大きく及ばなかった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するために、シート抵抗またはキャリア濃度について均一な特性を有する（レンジで５％以下）ＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造を再現性良く作製できる化学気相成長装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、反応炉と、該反応炉内に設置された回転式サセプタからなる基板保持部と、前記基板保持部の所定の位置に基板を配置するための基板収容部と、前記基板に向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記基板を加熱するための加熱手段と、前記基板収容部に収容された基板に前記加熱手段からの熱を伝導する熱伝導部と、を備えた有機金属原料を用いる化学気相成長装置において、前記熱伝導部は、前記基板と全面で接触する平面を有する部材で構成され、前記基板との実効接触面積が９０％以上であるようにしたものである。ここで、実効接触面積とは、見かけ上の接触面積（例えば平面で接触する場合は基板面積）に対して、実質的に接触している面積のことを意味する（基板及び熱伝導部の互いに接触する面の表面粗さが全接触部分にわたって０のときに１００％となる）。
【００１６】
本発明に係る化学気相成長装置では、熱伝導部の底面で基板裏面を保護するとともに、基板を全面から加熱できるので、基板の面内温度分布のばらつきを抑えることができる。具体的には、基板の面内温度分布を１℃以内とすることができる。したがって、例えばＳｉを添加するＩｎＡｌＡｓ層のように温度依存性が大きい半導体層を成長させる場合でも、シート抵抗またはキャリア濃度の均一性をレンジで５％以下にすることができるので、優れた特性を有するＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造の作製が可能となる。
【００１７】
ただし、前記熱伝導部が基板裏面全面と接触しても、基板及び熱伝導部の表面粗さ及び平坦度によっては、部分的に点接触となる場合がある。そこで、適切な平坦度を決定するため、熱伝導部の基板と接触する部分の平坦度を１，５，１０，３０μｍとした気相成長装置を用いてＨＥＭＴ構造を作製した。その結果、熱伝導部の平坦度を５μｍ以下としたときにシート抵抗またはキャリア濃度の均一性はレンジで１０％以下となり、その他の場合はレンジで１５％以上となった。なお、このときの熱伝導部の表面粗さは、平坦度とほぼ同じ程度であった。
これにより、前記熱伝導部の前記基板と接触する部分の表面粗さおよび平坦度を５μｍ以下とすれば、基板と熱伝導部との実効接触面積は確実に９０％以上とすることができる。
【００１８】
実際に、基板温度をパイロメータ（熱輻射温度計）で観察したところ、熱伝導部の平坦度が５μｍ以下のときには基板表面温度は６４０℃であったのに対し、平坦度が１０μｍ以上のときには６３０℃以下に低下したことからも、熱伝導部の基板裏面と接触する面の表面状態（表面粗さ、平坦度）が基板表面温度に大きく影響していたことがわかった。
【００１９】
また、前記熱伝導部を、前記基板収容部に収容された基板に裏面側で接触して保護する板状部材からなる裏面保護部と、前記裏面保護部と略全面で接触する平面部を有し前記加熱手段からの熱を均一に伝導する均熱部と、で構成し、前記裏面保護部と前記基板との実効接触面積が９０％以上となるようにしてもよい。
この場合、前記均熱部の前記裏面保護部と接触する面の表面粗さおよび平坦度は５μｍ以下とし、前記裏面保護部の基板に接する面の表面粗さは１μｍ以上５μｍ以下とするのが望ましい。
【００２０】
裏面保護部の表面粗さが１μｍ未満では、成長したエピタキシャル膜の均一性が悪くなったり、基板温度をパイロメータで測定しようとするとノイズがのった状況になり測定できなくなったりするという現象が生じてしまい、また５μｍを超えるとエピタキシャル膜の均一性が悪くなってしまうために、裏面保護部の表面粗さを上記範囲とした。なお、裏面保護部は均熱部に押さえられるため、その平坦性は特に制限されず、例えば反りが１００μｍ以下であればよい。
【００２１】
また、前記熱伝導部を熱伝導率が５０〜２００Ｗ／ｃｍＫである材質、例えば、グラファイトやモリブデンとすることにより、基板に効率よく熱を伝導できるので、基板の面内温度分布のばらつきを効果的に抑えることができる。
また、上述した気相成長装置を用いて、基板の面内温度分布を１℃以下として半導体層、特に砒化インジウムアルミニウム層を含む半導体層を気相成長させることで、シート抵抗またはキャリア濃度について均一な特性を有する半導体層を作製することができる。
【００２２】
以下に本発明を完成するに至った経緯について簡単に説明する。
まず、本発明者等は、ＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造の各層について、キャリア濃度およびシート抵抗の均一性を調査した。図１および図４に示したＭＯＣＶＤ装置を用いて、Ｓｉを添加しながらＩｎＡｌＡｓ層を成長させる実験を行った。その結果、ＩｎＡｌＡｓ層では１℃の違いで添加効率が約３．５％変化することが分かった。これより、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスを用いてＩｎＡｌＡｓ中にＳｉを添加する場合、温度依存性が比較的大きいために、基板の面内温度分布のばらつきが小さくなければ均一性が悪くなりやすいことが予想できた。
【００２３】
したがって、基板の面内温度分布のばらつきが小さくなるようにＭＯＣＶＤ装置を改善することにより、ＩｎＡｌＡｓ層のシート抵抗またはキャリア濃度の均一性を向上できると考えた。つまり、現状で得られているＩｎＡｌＡｓ層の均一性はレンジで約１５％であることから成長面では約４℃の面内温度分布がある計算になるが、基板の面内温度分布を２℃以内にすれば均一性をレンジで７％以下にできると考えた。
【００２４】
次に、本発明者等は、従来のＭＯＣＶＤ装置では基板の面内温度分布が均一にならない原因について検討を行った。そして、図１および図４に示したＭＯＣＶＤ装置に、異なる径のＩｎＰ基板を載置して、該基板上にＩｎＡｌＡｓ層を気相成長させる実験を行ったところ、２インチ径の基板を利用した時のＩｎＡｌＡｓ層のキャリア濃度は高めに出て、４インチ径の基板を利用したときのＩｎＡｌＡｓ層のキャリア濃度は低めに出る傾向が得られた。これより、キャリア濃度は基板の直径に強く依存することが確認できた。
【００２５】
さらに、このときの各基板の面内温度分布を調査したところ、２インチの基板では周辺部より中心部の方がやや高めとなるのに対して、３〜４インチの基板では中心部が低くなる傾向にあることが分かった。つまり、基板径が大きくなるに伴い基板表面からの輻射による熱流出が多くなるために、基板中心部と周辺部の温度に差が生じたと考えられた。
そこで、上述したような基板中心部の温度が低下するという現象を定性的に解釈するために、本発明者等は簡単なモデル計算を行った（図５参照）。
【００２６】
図５は、図４の均熱板５３、裏面保護板５１、基板９０において、基板表面からの（縦方向の）熱の出入りを示したモデルである。このモデルでは、均熱板５３の温度をＴ_１（＝一定）とし、裏面保護板５２およびＩｎＰ基板９０の温度をＴ_２とした。また、裏面保護板５２とＩｎＰ基板９０には周辺部から熱伝導Ｑ_Ｌで熱が伝わるとともに、均熱板５３から空隙を通して輻射熱Ｑ_Ｒ１が流入するものとした。また、基板９０の表面から対向板（下側壁体１０）側へ輻射熱εＱ_Ｒ２が流出し、裏面保護板５２の表面から均熱板５３側へ輻射熱Ｑ_Ｒ２が流出するものとした。
【００２７】
ここで、対向板１０は１００〜２００℃と温度が低いので対向板から基板９０への熱流入は無視した。また、グラファイト上では輻射率は１．０に近いと予想されるので、簡便のため裏面保護板５２の輻射率は１．０とした。
【００２８】
基板周辺部の接触位置をｘ＝０として基板の直径方向の変位をｘとすると、このモデルにおける熱の収支は、
【数式１】

と表すことができる。これより、一次元での微分方程式は、
【００２９】
【数式２】

と与えられる。ここで、
ｓ：シュテファンボルツマン定数　（＝５．７×１０^−８Ｗ／ｍ^２Ｋ^４）
λ：熱伝導率（グラファイト＝６０（ａｔ６００Ｋ），ＩｎＰ基板＝３４（ａｔ６００Ｋ，推定値））
ｈ：部材の高さ（グラファイト１ｍｍ，ＩｎＰ基板６００μｍ）
ε：輻射率（基板９０上の輻射率ε（射出率や形状係数）は未知であるが、ポリッシュした金属表面からの射出率は、一般に０．１より小さい。）
である。
【００３０】
式（２）のままでは非線形となるので、温度の４次の項を二項展開し、１次項のみに近似して線形化した。また、基板内の温度降下は均熱板５３の温度よりも充分に小さいと仮定した。
そして、境界条件としてｘ＝ｒ_０でｄＴ／ｄｘ＝０（Ｔ_２＝Ｔ_１）とおいて、解析解Ｔ_２を求めた。
【００３１】
【数式３】

（３）式において、ｘ＝ｒ_０（基板半径）を代入することにより、基板中心部における温度低下の最大値Ｔ_ｍを計算することができる。
例えば、３インチ径のＩｎＰ基板（ｒ_０＝３．７ｃｍ）の場合は、ε＝０．０５のときＴ_ｍ＝６．６℃、ε＝０．１のときＴ_ｍ＝１３℃になり、４インチ径のＩｎＰ基板（ｒ_０＝５．０ｃｍ）の場合は、ε＝０．０５のときＴ_ｍ＝８．２℃、ε＝０．１のときＴ_ｍ＝１６℃になると推定される。
【００３２】
この結果から、均熱板５３により周辺部で裏面保護板５２を押さえ、内側に熱伝導させながら基板９０を加熱する従来の方式では、基板表面からの輻射により中心部の温度が低くなることが理論的に明らかになった。
【００３３】
そこで、本発明者等は、基板の面内温度分布を改善する方法について検討した。その結果、均熱板５３から基板９０に熱を一様に伝える構造とするため、周辺部から熱伝導させて基板９０を加熱する従来の方式から、基板９０の裏面全面から加熱する方式が有効であるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
具体的には、均熱板５３の底面を平坦にすることにより裏面保護板５２を全面から加熱できる、つまり基板９０を裏面全面から加熱できるようにしたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置（フェースダウン方式）の概略構成を示す断面図である。従来技術で示したＭＯＣＶＤ装置と概略構成は同じであるが、基板載置部５０の構成が異なっている（図２，図４参照）。
【００３５】
図１に示すように、フェースダウン方式のＭＯＣＶＤ装置１００は、全体として高さの低い円筒形をなしており、下側壁体１０、ガス供給手段（導入管）２０、回転軸（回転駆動系）３０、基板保持部（サセプタ）４０、基板載置部５０、天板６０、加熱手段（加熱ヒータ）７０、ガス排気口８０等で構成される。
【００３６】
このＭＯＣＶＤ装置１００の各壁体は例えばステンレスで構成され、下側壁体（対向板）１０は反応生成物が析出しにくいように厚さ３ｍｍ程度のステンレス製または石英製の内壁部材１１でカバーされている。
【００３７】
また、ガス導入管２０は下側壁体中央部に設置され、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の第１３（３Ｂ）族原料ガスと、アルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）等の第１５（５Ｂ）族原料ガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ_２）等の不活性ガスと、を反応炉内に導入する。
【００３８】
基板保持部４０は、円盤状に成型されたカーボンディスクからなり、回転軸３０により回転可能に吊設されている。また、該基板保持部４０の内側には、複数の基板を載置できるように、同一円周上に円形の開口部４１が複数（例えば５個）設けられている。
【００３９】
また、反応炉の側面には排気口８０が形成されている。ガス導入管２０を介して導入口より反応炉内に導入された原料ガスは、反応炉の上流側で分解され、下流側に流れて基板９０上に薄膜を形成し、残った原料ガスはキャリアガスと共に排気口８０から外部へ排出される。
また、反応炉の外側には天板６０を介して基板を加熱するための加熱ヒータ７０が同心円状に配設されている。
【００４０】
図２は、図１の基板載置部５０の拡大図であり、これを参照して、本実施形態における基板の載置状態について詳細に説明する。
基板載置部５０は、基板トレイ（基板収容部）５１上に、基板９０、裏面保護板５２、均熱板５３’が順次載置されて構成される。本実施形態では、均熱板５３’の底面で裏面保護板５２の全面を押さえるようにした点で従来の構成と異なる。
【００４１】
基板トレイ５１は、基板保持部４０の開口部４１とほぼ同径の円盤状トレイで、底面には載置される基板９０の内径より若干大きい径の円形開口部５１ｃが設けられている。また、基板トレイ５１の下部には、開口部にはみ出たフック５１ａが例えば５カ所に設けられており、これらのフック５１ａによって開口部の位置に基板９０を露出可能に保持する。また、基板トレイ５１の上部円周には外側に向けて鍔５１ｂが設けられており、鍔５１ｂを基板保持部４０に引っかけることによって、基板トレイ５１を基板保持部４０の開口部４１に設置する。
【００４２】
裏面保護板５２は、基板９０の裏面を保護するために挿入される円盤状の板で、基板裏面と全面で密着する。ここで、裏面保護板５２の両面は、平坦度が１０μｍ以下となるように表面加工され、さらに表面粗さが１μｍ以上５μｍ以下となるように研磨加工されている。このように表面加工することにより、裏面保護板５２と基板９０との実効接触面積は９０％以上になる。
【００４３】
均熱板５３’は、加熱ヒータ７０の熱が均一に伝わる板で、底面は平坦で裏面保護板５２の全面と接触する。この均熱板５３’の裏面保護板５２と接触する面は、平坦度が５μｍ以下となるように表面加工され、さらに表面粗さが５μｍ以下となるように研磨加工されている。このように表面加工することにより裏面保護板５２の全面に均等に熱を伝えることができる。
【００４４】
上述した構成により、加熱ヒータ７０からの熱が均熱板５３’および裏面保護板５２を介して基板全面にわたってほぼ一様に伝導されて、基板が加熱される。したがって、基板の面内温度分布のばらつきを小さくすることができる。
なお、回転駆動系３０により基板保持部４０が回転軸を中心に公転されるとともに、基板載置部５０が自転可能に構成することもできる。例えば、基板トレイ５１に自転用歯車等の自転機構を設け、回転駆動系に連動させることにより実現できる。
【００４５】
以上が本実施形態のＭＯＣＶＤ装置の概略構成である。
次に、図１および図２に示すＭＯＣＶＤ装置を用いて、例えば図３に示すＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造を作製する手順について説明する。図３のＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造は、直径４インチのＩｎＰ基板１０１上に、ＩｎＡｌＡｓバッファ層１０２、ＩｎＧａＡｓチャネル層１０３、ＩｎＡｌＡｓ電子供給層１０４、ＩｎＡｌＡｓショットキー層１０６、ＩｎＰストッパー層１０７、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８を順次エピタキシャル成長させて、作製される。
【００４６】
なお、本実施形態の気相成長において、反応炉内の圧力は３０〜７０ｔｏｒｒとなるように制御し、パージガスとして４５〜６０ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ　ｌｉｔｔｅｒ　ｐｅｒ　ｍｉｎｕｔｅ）の流量で水素（Ｈ_２）を導入した。また、基板保持部４０の公転回転数は３ｒｐｍとし、基板載置部５０の自転回転数は１０ｒｐｍとした。
【００４７】
まず、４インチ径で厚さ０．６ｍｍのＩｎＰ基板の裏面を基板トレイ５１に成長面を下側に向けて載置した。そして、基板９０の上から裏面保護板５２および均熱板５３’を載置して基板載置部５０を構成した。なお、基板トレイ５１は、基板保持部４０の所定の開口部４１に自転可能に設置されている。
【００４８】
基板９０、裏面保護板５２および均熱板５３’を所定の基板トレイ５１に配置した後、反応炉内の真空度が２×１０^−５Ｔｏｒｒ以上となるまで真空排気して成長準備を行った。
次に、反応炉の多段ヒータ７０に通電を開始すると共に、各水冷ジャケットにおける冷却水の循環を開始した。
【００４９】
そして、６７０℃〜７２０℃の設定温度で、ホスフィン（１００％ＰＨ_３）を０．４５ｓｌｍの流量で導入し、３００秒間サーマルエッチングを行った。このとき、基板温度は設定温度±１℃であり、面内温度分布は２℃以下であった。また、半導体層の成長工程においても、同様に基板の面内温度分布は２℃以下であった。なお、成長中においても自公転する基板の温度をモニターすることで、面内温度均一性を確認した。
成長終了後、加熱ヒータ７０による加熱を停止し、冷却して、図３に示すＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造を作製した。
【００５０】
本実施形態では、基板を成長温度で加熱するに当たり、基板裏面を裏面保護板５２で保護し、該裏面保護板５２の全面を均熱板５３’で押さえるようにしたので、裏面保護板５２を一様に加熱でき、基板全面を一様に加熱することができた。したがって、基板の面内温度分布のばらつきを１℃以下に抑えることができ、温度依存性の比較的大きいＳｉを添加したＩｎＡｌＡｓを成長させる場合でもシート抵抗またはキャリア濃度の均一性をレンジで５％以下とすることができた。
【００５１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
本実施形態では、裏面保護板５２と均熱板５３’の２つの部材で熱伝導部を構成するようにしたが、例えば、裏面保護板５２を省略して均熱板５３’だけで熱伝導部を構成することもできる。この場合、均熱板５３’に基板を保護する機能を持たせるようにするのが望ましい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、反応炉と、該反応炉内に設置された回転式サセプタからなる基板保持部と、前記基板保持部の所定の位置に基板を配置するための基板収容部と、前記基板に向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記基板を加熱するための加熱手段と、前記基板収容部に収容された基板に前記加熱手段からの熱を伝導する熱伝導部と、を備えた有機金属原料を用いる化学気相成長装置において、前記熱伝導部は、前記基板と全面で接触する平面を有する部材で構成され、前記基板との実効接触面積が９０％以上となるようにし、基板全面からの熱伝導により基板を加熱するようにしたので、基板の面内温度分布のばらつきを抑えることができる。したがって、Ｓｉを添加したＩｎＡｌＡｓ層を成長させる場合でも、シート抵抗またはキャリア濃度の均一性をレンジで５％以下にすることができるので、均一な特性を有するＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造を作製できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、フェースダウン方式のＭＯＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態のＭＯＣＶＤ装置の基板載置部５０の構成を示す説明図である。
【図３】本実施形態のＭＯＣＶＤ装置により作製したＩｎＰ系ＨＥＭＴ構造の説明図である。
【図４】従来のＭＯＣＶＤ装置の基板載置部５０の構成を示す説明図である。
【図５】基板載置部における熱輻射を説明するためのモデル図である。
【符号の説明】
１０　下側壁体（対向板）
２０　ガス導入口（ガス導入手段）
３０　回転軸（回転駆動系）
４０　基板保持部（サセプタ）
５０　基板載置部
５１　基板トレイ
５２　裏面保護板
５３　均熱板（従来例）
５３’　均熱板（実施例）
５４　熱伝導部
６０　天板
７０　加熱ヒータ（加熱手段）
８０　ガス排気口
９０　ＩｎＰ基板
１００　有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置

Claims

反応炉と、該反応炉内に設置された回転式サセプタからなる基板保持部と、前記基板保持部の所定の位置に基板を配置するための基板収容部と、前記基板に向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記基板を加熱するための加熱手段と、前記基板収容部に収容された基板に前記加熱手段からの熱を伝導する熱伝導部と、を備えた有機金属原料を用いる化学気相成長装置において、
前記熱伝導部は、前記基板と全面で接触する平面を有する部材で構成され、前記基板との実効接触面積が９０％以上であることを特徴とする化学気相成長装置。
前記熱伝導部の前記基板と接触する面の表面粗さおよび平坦度は、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の化学気相成長装置。
前記熱伝導部は、前記基板収容部に収容された基板に裏面側で接触して保護する板状部材からなる裏面保護部と、前記裏面保護部と略全面で接触する平面部を有し前記加熱手段からの熱を均一に伝導する均熱部と、で構成され、
前記裏面保護部は、前記基板との実行接触面積が９０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の化学気相成長装置。
前記均熱部の前記裏面保護部と接触する面の表面粗さおよび平坦度は５μｍ以下であり、
前記裏面保護部の前記基板と接触する面の表面粗さは１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の化学気相成長装置。
前記熱伝導部は、熱伝導率が５０Ｗ／ｃｍＫから２００Ｗ／ｃｍＫである材質からなることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の化学気相成長装置。
請求項１から請求項５の何れかに記載の気相成長装置を用いて、基板の面内温度分布を１℃以下として半導体層を気相成長させることを特徴とする化学気相成長方法。
前記半導体層として砒化インジウムアルミニウム層を含む半導体層を気相成長させることを特徴とする請求項６に記載の化学気相成長方法。