JP2007258516A - Vapor phase epitaxy device - Google Patents
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本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、基板を載置したサセプタをフローチャンネルに形成した開口部に挿入して気相成長を行う気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus, and more particularly to a vapor phase growth apparatus that performs vapor phase growth by inserting a susceptor on which a substrate is placed into an opening formed in a flow channel.
発光ダイオードやレーザダイオードの発光デバイスに用いられる化合物半導体等の薄膜を製造するための気相成長装置として、上面に基板を載置したサセプタの上部をフローチャンネルの底壁に形成した開口部に挿入し、前記サセプタを回転させながら該サセプタの下部外周を覆うリフレクター内に配置したヒーターにより前記サセプタを加熱し、該サセプタを介して基板を加熱するとともに、前記フローチャンネル内に気相原料を供給して前記基板上に薄膜を堆積させる気相成長装置が知られている。前記サセプタは、一般に、平面視が円形に形成されており、フローチャンネル底壁の開口部は、前記サセプタを挿入可能で、かつ、サセプタが回転可能な円形に形成されている。 As a vapor phase growth apparatus for manufacturing thin films such as compound semiconductors used in light emitting diode and laser diode light emitting devices, the upper part of the susceptor with the substrate placed on the top is inserted into the opening formed in the bottom wall of the flow channel Then, while rotating the susceptor, the susceptor is heated by a heater disposed in a reflector that covers a lower outer periphery of the susceptor, the substrate is heated through the susceptor, and a vapor phase raw material is supplied into the flow channel. There is known a vapor phase growth apparatus for depositing a thin film on the substrate. The susceptor is generally formed in a circular shape in plan view, and the opening of the flow channel bottom wall is formed in a circular shape into which the susceptor can be inserted and the susceptor can rotate.
気相成長中のサセプタは、基板上の薄膜の膜厚を平均化する目的で回転させるため、フローチャンネル底壁の円形開口部の内周面とサセプタの外周面との間には、回転するサセプタがフローチャンネルに接触することがないように、ある程度余裕を持った隙間が設けられている(例えば、特許文献1参照。)。
前述のような気相成長装置を使用してGaN系化合物半導体薄膜の成長を行うと、サセプタと開口部との隙間で原料のトリメチルガリウム(TMG)とアンモニアとが反応してGaやGaNが生成し、これらの反応生成物が開口部に付着してしまう。特に、開口部の内周面はサセプタによって高温に加熱されているために反応生成物が付着し易く、更に、開口部の内周面と周縁上面との角部に多くの反応生成物が付着する。 When a GaN-based compound semiconductor thin film is grown using the vapor phase growth apparatus as described above, trimethylgallium (TMG), which is a raw material, reacts with ammonia in the gap between the susceptor and the opening to generate Ga and GaN. And these reaction products adhere to an opening part. In particular, since the inner peripheral surface of the opening is heated to a high temperature by the susceptor, reaction products easily adhere to it, and many reaction products adhere to the corners between the inner peripheral surface of the opening and the peripheral upper surface. To do.
還元力が強いGaやGaNが付着したままの状態で気相成長を繰り返し行うと、フローチャンネルを形成する石英ガラスが侵食され、開口部の角部や内側部分から欠け始め、欠けた部分からフローチャンネル内のガスが外部に漏れてしまう。このため、フローチャンネルの底板(プレート)を定期的に交換しなければならなかった。 If vapor phase growth is repeated with Ga or GaN with strong reducing power attached, the quartz glass forming the flow channel is eroded and begins to chip at the corners and inside of the opening, and flows from the chipped portion. Gas in the channel leaks to the outside. For this reason, the bottom plate (plate) of the flow channel had to be replaced periodically.
そこで本発明は、侵食力の強い付着物によってフローチャンネルが侵食されることを防止し、フローチャンネルの交換頻度を大幅に減少させることができる気相成長装置を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of preventing the flow channel from being eroded by deposits having a strong erosive force and greatly reducing the frequency of replacement of the flow channel.
上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、基板を載置したサセプタをフローチャンネルに形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部の周囲に凹面部を形成するとともに、該凹面部にカバー部材を着脱可能に装着したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the vapor phase growth apparatus of the present invention inserts a susceptor on which a substrate is placed into an opening formed in the flow channel, and supplies the vapor phase raw material into the flow channel in a state where the substrate is heated. In the vapor phase growth apparatus for vapor-depositing a thin film on the substrate surface by supplying, a concave surface portion is formed around the opening, and a cover member is detachably attached to the concave surface portion. Yes.
さらに、本発明の気相成長装置は、基板を載置したサセプタをフローチャンネルの底壁に形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記開口部に着脱可能に装着されるリング状のカバー部材を備え、該カバー部材は、前記開口部内に挿入可能な外径を有する筒状部と、該筒状部の上端部から外周に突設したフランジ部とを有し、前記開口部の周縁上面には、前記フランジ部の厚さと同じ深さで、フランジ部の外径に対応した内径を有する凹面部を設けたことを特徴としている。 Furthermore, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, a susceptor on which a substrate is placed is inserted into an opening formed in the bottom wall of the flow channel, and the vapor phase material is supplied into the flow channel while the substrate is heated. Thus, the vapor phase growth apparatus for vapor-depositing a thin film on the substrate surface includes a ring-shaped cover member that is detachably attached to the opening, and the cover member can be inserted into the opening. A cylindrical portion having a diameter, and a flange portion projecting from the upper end of the cylindrical portion to the outer periphery, and on the upper peripheral edge of the opening portion, the flange portion has the same depth as the thickness of the flange portion. A concave surface portion having an inner diameter corresponding to the outer diameter is provided.
本発明の気相成長装置によれば、気相成長時に生成するGaやGaNがカバー部材に付着することになるため、カバー部材のみを交換すればよく、フローチャンネルのプレート交換に比べてコストの削減が図れる。また、複数のカバー部材を用意し、定期的に交換して付着物を除去する清掃作業を行うことにより、侵食の進行を遅らせることができ、カバー部材の耐用期間の延長も図れる。 According to the vapor phase growth apparatus of the present invention, Ga or GaN generated during vapor phase growth adheres to the cover member. Therefore, it is only necessary to replace the cover member, which is less expensive than the plate replacement of the flow channel. Reduction can be achieved. In addition, by preparing a plurality of cover members and performing a cleaning operation for periodically removing them to remove deposits, the progress of erosion can be delayed and the life of the cover members can be extended.
図1は本発明の一形態例を示す気相成長装置の断面正面図、図2は同じくフローチャンネルのプレート部分の平面図である。 FIG. 1 is a sectional front view of a vapor phase growth apparatus showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a plate portion of the flow channel.
この気相成長装置は、上面に複数の基板11を載置したサセプタ12をフローチャンネル13の底壁(プレート)13aに形成した開口部14に挿入し、前記サセプタ12を回転させながら該サセプタ12の裏面側外周を覆うリフレクター15内に配置したヒーター16により前記サセプタ12を加熱し、該サセプタ12を介して基板11を加熱するとともに、フローチャンネル13内に気相原料を供給して基板11の上面に薄膜を気相成長させる。
In this vapor phase growth apparatus, a
前記開口部14には、該開口部14の内周面及び周縁上面を覆うカバー部材17が着脱可能な状態で装着されている。このカバー部材17は、開口部14内に挿入可能な外径を有し、サセプタ12の外径よりも大きな内径を有する筒状部17aと、該筒状部17aの上端部から外周に突設したフランジ部17bとを有しており、これが装着される開口部14の周縁上面には、前記フランジ部17bの厚さと同じ深さで、フランジ部17bの外径に対応した内径を有する凹面部14aが設けられている。
A
このカバー部材17は、フランジ部17bを凹面部14aに嵌合させて開口部14に装着したときに、フランジ部17b及び筒状部17aの上面がプレート13aの上面と面一になり、筒状部17aの内周面とサセプタ12の外周面との間に、サセプタ12の回転に支障を来さない程度の隙間ができる状態になる。
The
また、筒状部17aの軸方向の長さは、プレート13aの厚さより長く形成されており、カバー部材17を開口部14に装着したときに、筒状部17aの下端がプレート13aの下面より下方に突出して前記リフレクター15の上面と近接するように設定されている。
The axial length of the
カバー部材17は、アンモニア、水素、有機金属及びその分解物に強い材料を使用するのが好ましく、具体的には、石英ガラス、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、耐腐食コートしたカーボン、窒化アルミニウム、窒化珪素窒化ホウ素等からなる混合物等が望ましい。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属も使用可能である。
The
この気相成長装置を使用してGaN化合物半導体薄膜を気相成長させる場合、基板11にはサファイア基板が用いられ、前記ヒーター16によって1000℃以上の高温状態に加熱される。また、気相原料としては、有機金属であるトリメチルガリウム(TMG)とアンモニアとが所定割合で用いられ、所定流量に調整された原料ガスは、所定流量の水素や窒素をキャリアガスとしてフローチャンネル13内に導入される。
When the GaN compound semiconductor thin film is vapor-phase grown using this vapor phase growth apparatus, a sapphire substrate is used as the substrate 11 and is heated to a high temperature state of 1000 ° C. or higher by the
フローチャンネル13内に導入された前記原料ガスは、高温の基板11から加熱されることによって反応し、この反応によって基板面にGaN結晶膜が気相成長する。気相成長に寄与しなかった原料ガスは、キャリアガスに伴われてフローチャンネル13内から排出されるが、反応生成物(GaN)の一部は、石英ガラス部品であるフローチャンネル13の内面やカバー部材17等に付着する。このとき、カバー部材17には、筒状部17aの内周面から上面にかけての角部近傍に多くの反応生成物が付着する状態になる。
The source gas introduced into the
カバー部材17に反応生成物が付着したままでGaN化合物半導体薄膜の気相成長を繰り返すと、カバー部材17の内側部分がGaの還元力によって侵食され、次第に欠け始めることになる。この場合、カバー部材17のみを交換すれば、そのまま気相成長を継続して行うことができ、従来のようにフローチャンネル13を交換する必要はない。
When the vapor phase growth of the GaN compound semiconductor thin film is repeated with the reaction product attached to the
また、複数のカバー部材17を用意しておき、定期的に、例えば1回の気相成長毎、あるいは、複数回の気相成長毎にカバー部材17を交換し、使用後のカバー部材17に付着している反応生成物を除去する清掃作業を行うことにより、カバー部材17を再生して再利用することができる。このような清掃作業を定期的に行うことにより、反応生成物の付着による侵食作用を抑制してカバー部材の耐用期間の延長が図れる。
Also, a plurality of
例えば、反応生成物が付着したままの状態でGaN化合物半導体薄膜の気相成長を繰り返していくと、数十回程度でカバー部材17の内側が侵食され始めるが、1回乃至複数回程度で清掃作業を行うことにより、百回以上の気相成長にも耐えることが可能となる。また、フローチャンネル13のプレート13aは、反応生成物による侵食がほとんど生じなくなるので、気相成長を数百回行っても交換の必要がなくなる。
For example, if the vapor phase growth of the GaN compound semiconductor thin film is repeated with the reaction product attached, the inside of the
図3は、前記カバー部材17の他の形状例を示す要部の断面正面図であって、図3(A)はカバー部材17をプレート13aと同じ厚さとしたもの、図3(B)はカバー部材17の筒状部を無くしたもの、図3(C)及び図3(D)はカバー材17を異なる材料で分割形成したものをそれぞれ示している。例えば、侵食が進みやすい部分に価格の安い材料を使用することによってコスト削減が可能となり、また、カバー部材内でも汚れの付き方が異なるため、仮にカバー部材の一部が欠けて交換が必要となっても、予めダメージを受けやすい箇所に安い材料を選択しておけばコストの削減が可能となる。さらに、材料の違いで温度制御を行い、例えばガスの通過する部分は侵食が進行しやすいので、このような部分の材料を変えて温度環境を変えることにより、汚れの付き方を抑えることができる。
FIG. 3 is a cross-sectional front view of the main part showing another example of the shape of the
図4は、前記カバー部材17の他の形状例を示す要部の平面図であって、図4(A)〜(G)にそれぞれ示すように、カバー部材17の上面形状は様々な形状にすることができる。
FIG. 4 is a plan view of the main part showing another example of the shape of the
図5は、前記カバー部材17の更に他の形状例を示す要部の平面図であって、図5(A)〜(F)にそれぞれ示すように、上流側と下流側とを非対称に形成することもできる。
FIG. 5 is a plan view of a main part showing still another example of the shape of the
このような各上面形状を適宜選択することにより、基板面の温度分布やガス温度を調整することが可能である。 By appropriately selecting such top surface shapes, it is possible to adjust the temperature distribution on the substrate surface and the gas temperature.
11…基板、12…サセプタ、13…フローチャンネル、13a…底壁(プレート)、14…開口部、14a…凹面部、15…リフレクター、16…ヒーター、17…カバー部材、17a…筒状部、17b…フランジ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 12 ... Susceptor, 13 ... Flow channel, 13a ... Bottom wall (plate), 14 ... Opening part, 14a ... Concave part, 15 ... Reflector, 16 ... Heater, 17 ... Cover member, 17a ... Cylindrical part, 17b ... Flange
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