JP2013115281A - Vapor phase growth apparatus - Google Patents

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Yuzuru Takahashi
譲 高橋
Yuji Mori
勇次 森
Kenkichi Nakaoka
健吉 中岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor phase growth apparatus including a heater for heating a substrate and a current introduction terminal for electrifying the heater, in which thermal diffusion from the current introduction terminal to the outside of the vapor phase growth apparatus can be suppressed effectively.SOLUTION: The vapor phase growth apparatus is configured so that a flow path of refrigerant is provided in a current introduction terminal, and the refrigerant can come into contact with the current introduction terminal body. In addition to the flow path of refrigerant, a cooling container through which the refrigerant flows is provided preferably between the sidewall and the current introduction terminal and/or between the current introduction terminals.

Description

本発明は気相成長装置に関し、より詳細には、基板加熱用のヒータに通電するために設けられた電流導入端子から外部への熱拡散を効果的に防止できる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 capable of effectively preventing thermal diffusion from a current introduction terminal provided to energize a heater for heating a substrate.

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法には熱CVD法等が知られている。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工程が増加しており、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工程もその一つである。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(Al)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。このような気相成長工程においては基板が高温で加熱されるため、加熱を要しない部分まで熱伝達により加熱されることがある。そのため、例えば特許文献1に記載のように、気相成長装置の少なくとも一部を冷媒により冷却することがある。 A method for growing a crystal film on a substrate includes a chemical vapor deposition (CVD) method and the like, and a thermal CVD method or the like is known as a CVD method involving substrate heating. In recent years, there has been an increase in the vapor phase growth process performed by heating the substrate under high temperature conditions (for example, 1000 ° C. or higher), and the vapor phase of a group III nitride semiconductor for producing a blue or ultraviolet LED or a blue or ultraviolet laser diode. The growth process is one of them. For example, the growth of a group III nitride semiconductor crystal film was heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher using an organometallic gas such as trimethylgallium, trimethylindium, or trimethylaluminum as a group III metal source and ammonia as a nitrogen source. In some cases, the thermal CVD method is used in which a crystal film is vapor-phase grown on a substrate such as silicon (Si), sapphire (Al 2 O 3 ), or gallium nitride (GaN). In such a vapor phase growth process, since the substrate is heated at a high temperature, a portion not requiring heating may be heated by heat transfer. Therefore, for example, as described in Patent Document 1, at least a part of the vapor phase growth apparatus may be cooled by a refrigerant.

基板はヒータを用いて結晶膜の成長に必要な温度に加熱され、このような基板を保持するサセプタ及びサセプタの対面から形成される反応炉に原料ガスを流通することにより気相成長反応が行われる。通常、反応炉は反応容器の中に収められ、外部から遮断されて密閉されている。基板を加熱するヒータは反応容器の内部に設置されることが多く、反応容器の内部に設置されたヒータに通電するためには、反応容器の外部から供給される電流を反応容器の内部に導かなければならず、例えば、反応容器の壁面を貫通して挿着された電流導入端子等によりヒータに電流が供給される。この場合、反応容器の内部には反応性又は腐食性の原料ガスが流通されるため、ヒータの電流導入端子は、反応容器の密閉性を損なわずに電気絶縁されなければならない。   The substrate is heated to a temperature necessary for the growth of the crystal film using a heater, and the vapor phase growth reaction is performed by circulating the raw material gas through a reaction furnace formed from the susceptor holding the substrate and the facing of the susceptor. Is called. Usually, the reactor is housed in a reaction vessel and is sealed off from the outside. The heater for heating the substrate is often installed inside the reaction vessel. In order to energize the heater installed inside the reaction vessel, a current supplied from the outside of the reaction vessel is introduced into the reaction vessel. For example, a current is supplied to the heater by a current introduction terminal inserted through the wall of the reaction vessel. In this case, since a reactive or corrosive source gas is circulated inside the reaction vessel, the current introduction terminal of the heater must be electrically insulated without impairing the hermeticity of the reaction vessel.

特許3198956号公報Japanese Patent No. 3198956 特許4540830号公報Japanese Patent No. 4540830 特許3049927号公報Japanese Patent No. 3049927 特許3000080号公報Japanese Patent No. 3000080

このような電流導入端子は、反応容器の密閉性を損なわずに、周囲の環境から電気絶縁されるが、電流導入端子を介して熱が外部に拡散し、外部の器具や装置に悪影響を及ぼす虞がある。特に、外部からの電流をヒータに導く電流導入端子本体は金属又は合金等の導電性の材質で構成されるが、このような材質は高い熱伝導性を有することが多いため、電流導入端子本体を介した熱伝達により、外部の器具や装置に悪影響を及ぼす虞は特に大きい。   Such a current introduction terminal is electrically insulated from the surrounding environment without impairing the hermeticity of the reaction vessel, but heat diffuses to the outside through the current introduction terminal and adversely affects external instruments and devices. There is a fear. In particular, the current introduction terminal body for guiding the current from the outside to the heater is made of a conductive material such as a metal or an alloy, but since such a material often has high thermal conductivity, the current introduction terminal body The risk of adversely affecting external instruments and devices due to heat transfer via the is particularly great.

そのため、電流導入端子は冷却されることが好ましく、例えば特許文献2及び3には、電流導入端子を冷却可能な構造が示されている。しかし、このような構造は、冷媒の流路と導電性の電流導入端子本体の間に隔壁、絶縁材等の介在物や間隙が存在し、電流導入端子本体の効率的な冷却の妨げになっていた。また、冷媒の流路と導電性の電流導入端子本体の間に間隙がない例としては、特許文献4に記載の水冷電極が挙げられるが、電流導入端子と冷媒の流路の間には水冷管及び電気絶縁物のような介在物が設けられていた。   Therefore, the current introduction terminal is preferably cooled. For example, Patent Documents 2 and 3 show structures that can cool the current introduction terminal. However, in such a structure, there are inclusions and gaps such as a partition wall and an insulating material between the refrigerant flow path and the conductive current introduction terminal body, which hinders efficient cooling of the current introduction terminal body. It was. Further, as an example in which there is no gap between the refrigerant flow path and the conductive current introduction terminal main body, there is a water-cooled electrode described in Patent Document 4, but there is no water cooling between the current introduction terminal and the refrigerant flow path. Inclusions such as tubes and electrical insulation were provided.

このように、特許文献2〜4に記載のような従来の技術では、電流導入端子、特に導電性の電流導入端子本体を効率的に冷却できないという問題があった。特に、このような従来の技術では、III族窒化物半導体の気相成長のように、例えば1000℃以上の高温で気相成長が行われる際に、冷却が不十分となることが多かった。従って、本発明が解決しようとする課題は、電流導入端子本体を十分に冷却することができ、特にIII族窒化物半導体の気相成長が行われる際に電流導入端子を十分に冷却することができ、電流導入端子を介して外部へ熱が拡散することによる外部の器具や装置への悪影響を防止できる気相成長装置を提供することである。   As described above, the conventional techniques as described in Patent Documents 2 to 4 have a problem that the current introduction terminal, in particular, the conductive current introduction terminal main body cannot be efficiently cooled. In particular, in such a conventional technique, cooling is often insufficient when vapor phase growth is performed at a high temperature of, for example, 1000 ° C. or more, like vapor phase growth of a group III nitride semiconductor. Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the current introduction terminal main body can be sufficiently cooled, particularly when the current introduction terminal is sufficiently cooled when the vapor phase growth of the group III nitride semiconductor is performed. Another object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus that can prevent adverse effects on external instruments and devices due to the diffusion of heat to the outside through a current introduction terminal.

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、基板を加熱するためのヒータ、及び該ヒータに通電する電流導入端子を備えた気相成長装置において、該電流導入端子の内部に冷媒の流路を設け、導電性の電流導入端子本体に該冷媒が接触可能となるように構成することにより、前述の課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、基板を加熱するためのヒータ、及び該ヒータに通電する電流導入端子を備えた気相成長装置であって、該電流導入端子の内部に冷媒の流路が設けられ、導電性の電流導入端子本体に該冷媒が接触可能となるように構成されてなることを特徴とする気相成長装置である。
The inventors of the present invention, as a result of diligent studies to solve such problems, found that the current introduction in the vapor phase growth apparatus provided with a heater for heating the substrate and a current introduction terminal for energizing the heater. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by providing a flow path for the refrigerant inside the terminal so that the refrigerant can come into contact with the conductive current introduction terminal main body, and the present invention has been achieved.
That is, the present invention is a vapor phase growth apparatus provided with a heater for heating a substrate and a current introduction terminal for energizing the heater, wherein a flow path for the refrigerant is provided inside the current introduction terminal, and the conductivity is improved. The vapor phase growth apparatus is configured so that the refrigerant can come into contact with the current introduction terminal main body.

本発明の気相成長装置は、電流導入端子の内部に冷媒の流路が設けられ、導電性の電流導入端子本体に該冷媒が接触可能となるように構成されているため、電流導入端子本体を十分に冷却することができ、特にIII族窒化物半導体の気相成長のように、例えば1000℃以上の高温で気相成長が行われる際に、電流導入端子を十分に冷却することができる。そのため、電流導入端子を介して外部へ熱が拡散し、外部の器具や装置に悪影響を及ぼすことを防止できる。また、本発明の気相成長装置においては水を冷媒として用いることもでき、そのときの電流導入端子の絶縁抵抗を0.2MΩ以上にすることができる。
また、本発明の気相成長装置は、電流導入端子の内部に設けた冷媒の流路のほか、側壁部と電流導入端子の間及び/または電流導入端子と電流導入端子の間に、冷媒が流通する冷却容器を設けることにより、電流導入端子周辺も効率的に冷却されるため、ヒータからの熱伝達も抑制され、電流導入端子をさらに効率よく冷却することができる。
In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the flow path of the refrigerant is provided inside the current introduction terminal, and the current introduction terminal main body is configured so that the refrigerant can come into contact with the conductive current introduction terminal main body. The current introduction terminal can be sufficiently cooled, for example, when vapor phase growth is performed at a high temperature of, for example, 1000 ° C. or higher, such as vapor phase growth of a group III nitride semiconductor. . Therefore, it is possible to prevent heat from diffusing to the outside through the current introduction terminal and adversely affecting external instruments and devices. In the vapor phase growth apparatus of the present invention, water can also be used as a refrigerant, and the insulation resistance of the current introduction terminal at that time can be 0.2 MΩ or more.
Further, the vapor phase growth apparatus of the present invention has a refrigerant flow path provided between the side wall portion and the current introduction terminal and / or between the current introduction terminal and the current introduction terminal, in addition to the refrigerant flow path provided inside the current introduction terminal. By providing a circulating cooling vessel, the current introduction terminal and its surroundings are also efficiently cooled, so that heat transfer from the heater is also suppressed and the current introduction terminal can be cooled more efficiently.

本発明は、基板を加熱するためのヒータ、及び該ヒータに通電する電流導入端子を備えた気相成長装置に適用される。以下、本発明の気相成長装置を、図1〜図10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。
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、本発明の気相成長装置の図1と別の一例を示す垂直断面構成図であり、図3は、図1に示すA部の部分拡大図であって電流導入端子及びその周辺の態様を示し、図4は、図1に示すA部の部分拡大図であって電流導入端子及びその周辺の図3と別の態様を示し、図5は、図1のB−B水平断面構成図、図6は、図1、図2のC−C水平断面構成図、図7は、図1、図2のD−D水平断面構成図であり、図8は、図2のB’−B’水平断面構成図である。また、図9は、図3のE−E水平断面構成図、図10は、図3のF−F水平断面構成図である。
The present invention is applied to a vapor phase growth apparatus including a heater for heating a substrate and a current introduction terminal for energizing the heater. Hereinafter, although the vapor phase growth apparatus of this invention is demonstrated in detail based on FIGS. 1-10, this invention is not limited by these.
FIG. 1 is a vertical sectional configuration diagram showing an example of the vapor phase growth apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a vertical sectional configuration diagram showing another example of the vapor phase growth apparatus of the present invention. 3 is a partially enlarged view of a portion A shown in FIG. 1 and shows a current introduction terminal and a peripheral aspect thereof, and FIG. 4 is a partially enlarged view of the portion A shown in FIG. FIG. 5 shows a configuration different from that of FIG. 3 in the vicinity thereof, FIG. 5 is a configuration diagram of a horizontal section taken along BB in FIG. 1, FIG. 1 is a DD horizontal sectional configuration diagram of FIG. 2, and FIG. 8 is a B′-B ′ horizontal sectional configuration diagram of FIG. 2. 9 is an EE horizontal sectional view of FIG. 3, and FIG. 10 is an FF horizontal sectional view of FIG.

本発明の気相成長装置は、図1、図2に示すように、基板5を加熱するためのヒータ11、及びヒータ11に通電する電流導入端子12が備えられ、図3、図4に示すように、電流導入端子12の内部に冷媒の流路21が設けられ、ヒータ11に通電する導電性の電流導入端子本体12aに該冷媒が接触可能となるように構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the vapor phase growth apparatus of the present invention includes a heater 11 for heating the substrate 5 and a current introduction terminal 12 for energizing the heater 11, as shown in FIGS. 3 and 4. As described above, the refrigerant flow path 21 is provided inside the current introduction terminal 12 so that the refrigerant can come into contact with the conductive current introduction terminal main body 12 a energizing the heater 11.

次に、電流導入端子12及びその周辺を図3により詳細に説明する。図3のような電流導入端子12は、外部の電源(図示しない)からの電流を受電する受電部12d、受電部12d及びヒータ11に接続されヒータ11に電流を導く導電性の電流導入端子本体12a、電流導入端子本体12aに設けられた凹形の空間部12b、凹形の空間部12bに挿入される管部12cを有する。電流導入端子本体12aは、棒状であることが好ましく、電流導入端子本体12aの長さ方向に垂直な断面は、円形、三角形、四角形又は多角形であることが好ましく、円形であることがより好ましいが、このような形状に限定されることはない。電流導入端子本体12aは、長さ方向に垂直な断面が直径5〜50mmであり、長さが30〜300mmであることが特に好ましいが、このような大きさ及び形状に限定されることはない。また、受電部12dは、電流導入端子本体12aに接続されており、電源(図示しない)からの電流を、受電部12dに接続された給電線26を介して電流導入端子本体12aに導く。さらに電流導入端子本体12aにはヒータ11が接続されており、電源(図示しない)からの電流は受電部12d及び電流導入端子本体12aを介してヒータ11に供給される。   Next, the current introduction terminal 12 and its periphery will be described in detail with reference to FIG. The current introduction terminal 12 as shown in FIG. 3 is a conductive current introduction terminal main body that is connected to the power receiving unit 12 d that receives current from an external power source (not shown), the power receiving unit 12 d, and the heater 11 and that conducts current to the heater 11. 12a, a concave space portion 12b provided in the current introduction terminal main body 12a, and a tube portion 12c inserted into the concave space portion 12b. The current introduction terminal main body 12a is preferably rod-shaped, and the cross section perpendicular to the length direction of the current introduction terminal main body 12a is preferably circular, triangular, quadrangular or polygonal, and more preferably circular. However, it is not limited to such a shape. The current introduction terminal body 12a has a cross section perpendicular to the length direction of 5 to 50 mm in diameter and particularly preferably 30 to 300 mm in length, but is not limited to such a size and shape. . The power receiving unit 12d is connected to the current introduction terminal main body 12a, and guides a current from a power source (not shown) to the current introduction terminal main body 12a via the feeder line 26 connected to the power reception unit 12d. Further, a heater 11 is connected to the current introduction terminal main body 12a, and current from a power source (not shown) is supplied to the heater 11 via the power receiving unit 12d and the current introduction terminal main body 12a.

凹形の空間部12bは電流導入端子本体12aの長さ方向に貫通しない孔を設けることにより形成され、凹形の空間部12bに挿入される管部12cとともに二重管構造を形成している。電流導入端子本体12aを均一に冷却するために、電流導入端子本体12aの断面形状と管部12cの断面形状は同心円となるように設けられることが好ましいが、このような形状及び配置に限定されることはない。凹形の空間部12bは、長さ方向に垂直な断面が直径3〜48mmの円形であり、長さが20〜299mmであることが好ましいが、このような大きさ及び形状に限定されることはない。管部12cは、長さ方向に垂直な断面が外径2〜47mm、肉厚0.5〜5mmの円環状であることが好ましいが、このような形状及び大きさに限定されることはない。管部12cは、凹形の空間部12bの側面と管部12cの間に間隙が生じ、管部12cのヒータ11側の一端と凹形の空間部12bの底面の間に間隙が生じるように設けられ、間隙の大きさは0.5〜10mm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。凹形の空間部12bの開口部を冷媒の流路21の冷媒入口12fとして用いることができ、管部12cの別の一端を冷媒の流路21の冷媒出口12gとして用いることができるが、管部12cの別の一端を冷媒入口12fとして、凹形の空間部12bの開口部を冷媒出口12gとして用いることもできる。このような構造の冷媒の流路21により、電流導入端子本体12aの内部全体を通して冷媒を流通できるので、電流導入端子本体12aをより効率的に冷却することができる。   The concave space portion 12b is formed by providing a hole that does not penetrate in the length direction of the current introduction terminal main body 12a, and forms a double tube structure together with the tube portion 12c inserted into the concave space portion 12b. . In order to uniformly cool the current introduction terminal main body 12a, the cross-sectional shape of the current introduction terminal main body 12a and the cross-sectional shape of the tube portion 12c are preferably provided so as to be concentric, but the shape and arrangement are limited to such a shape. Never happen. The concave space portion 12b is circular with a cross section perpendicular to the length direction having a diameter of 3 to 48 mm and preferably having a length of 20 to 299 mm, but is limited to such a size and shape. There is no. The tube portion 12c is preferably an annular shape with a cross section perpendicular to the length direction having an outer diameter of 2 to 47 mm and a thickness of 0.5 to 5 mm, but is not limited to such a shape and size. . The tube portion 12c has a gap between the side surface of the concave space portion 12b and the tube portion 12c, and a gap is formed between one end of the tube portion 12c on the heater 11 side and the bottom surface of the concave space portion 12b. However, the size of the gap is preferably 0.5 to 10 mm, but is not limited to such a size. The opening of the concave space 12b can be used as the refrigerant inlet 12f of the refrigerant flow path 21 and the other end of the pipe part 12c can be used as the refrigerant outlet 12g of the refrigerant flow path 21. Another end of the portion 12c can be used as the refrigerant inlet 12f, and the opening of the concave space 12b can be used as the refrigerant outlet 12g. Since the refrigerant flow path 21 having such a structure allows the refrigerant to flow through the entire inside of the current introduction terminal body 12a, the current introduction terminal body 12a can be cooled more efficiently.

一方、本発明の気相成長装置の全体的な構成に限定はなく、その一例を図1、図2に示す。図1、図2の気相成長装置において、結晶膜を生成するための気相成長反応は反応容器3の内部で行われる。天井部1及び/又は側壁部2は、反応容器3の一部により構成され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。尚、天井部1は、気相成長装置の上部を覆い、内部の部品を保護することができれば特に設置位置等に制限されることはない。反応容器3の内部には、結晶膜を気相成長させるための基板5、基板5を加熱するためのヒータ11、基板5を保持するリング状の基板ホルダー6、基板ホルダー6を保持する円盤状のサセプタ8、ベアリング15によりサセプタ8を回転自在に保持するリング状の架台20が備えられており、これらの部材は外形が円盤状の反応容器3の中に収められている。サセプタ8は、サセプタの対面9とともに反応炉10を形成し、気相成長反応は反応炉10において行われる。基板5は結晶膜の成長が行われる成長面を下向きにして配置されているが、本発明は下向きの配置に限定されることはなく、例えば、基板5は上向き又は横向きに配置されてもよい。また、本発明は、反応炉10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10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。   On the other hand, the overall configuration of the vapor phase growth apparatus of the present invention is not limited, and an example thereof is shown in FIGS. In the vapor phase growth apparatus of FIGS. 1 and 2, the vapor phase growth reaction for generating a crystal film is performed inside the reaction vessel 3. The ceiling part 1 and / or the side wall part 2 are preferably constituted by a part of the reaction vessel 3, but are not limited to such a structure. The ceiling 1 is not particularly limited to the installation position or the like as long as it can cover the upper part of the vapor phase growth apparatus and protect the internal components. Inside the reaction vessel 3, a substrate 5 for vapor-phase growth of a crystal film, a heater 11 for heating the substrate 5, a ring-shaped substrate holder 6 for holding the substrate 5, and a disk shape for holding the substrate holder 6 The susceptor 8 and the bearing 15 are provided with a ring-shaped pedestal 20 that rotatably holds the susceptor 8, and these members are housed in a reaction vessel 3 whose outer shape is a disk. The susceptor 8 forms a reaction furnace 10 together with the susceptor facing 9, and the vapor phase growth reaction is performed in the reaction furnace 10. The substrate 5 is disposed with the growth surface on which the crystal film is grown facing downward. However, the present invention is not limited to the downward orientation. For example, the substrate 5 may be disposed upward or laterally. . Further, the present invention is not limited to the vapor phase growth apparatus that supplies the source gas from the central part of the reaction furnace 10 and discharges it from the peripheral part to the outside. For example, the source gas is supplied from one end of the reaction furnace 10. Also, the present invention can be applied to a vapor phase growth apparatus that discharges the reacted gas from the other end to the outside.

次に、電流導入端子12の天井部1への設置状態を図3、図4により詳細に説明する。図3の態様において、電流導入端子12は各ヒータ11に対して2個1組ずつ接続されている。電流導入端子12は、電流導入端子本体12aの外側側面に設けられた絶縁材12eを有し、天井部1に設けられた貫通孔に絶縁材12eを介して挿着されるため、電流導入端子12は天井部1から電気絶縁されている。電流導入端子12は、電流導入端子本体12aの外側側面に絶縁材12eを介してフランジ部12hを有してもよい。フランジ部12h及び天井部1の間にはシール材28が設けられ、固定ネジ(図示しない)等を用いてフランジ部12hを天井部1に固定することにより、天井部1の密閉性を損なわずに電流導入端子12を取り付けることができる。電流導入端子12が挿着される貫通孔は、天井部1の外側表面に設けられた突出部1aに設けられることが好ましく、突出部1aの突出方向に設けられることが好ましい。突出部1aは、天井部1の壁の肉厚を部分的に厚くすることにより形成することができる。貫通孔に電流導入端子12を挿着する際には、電流導入端子本体12aと貫通孔の側面の間に絶縁材12e及び/又は間隙を設けることにより電流導入端子を天井部1から電気絶縁することもでき、絶縁材12eを設ける場合には1〜10mmの肉厚の絶縁材、間隙を設ける場合には1〜10mmの間隙であ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。突出部1aの突出方向に垂直な断面は、円形、三角形、四角形又は多角形であることが好ましく、円形であることがより好ましいが、このような形状に限定されることはない。突出部1aは、天井部1の表面から20〜200mm突出してい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。尚、前記の内容は、基板の結晶成長面を下向きに配置する気相成長装置(フェイスダウン型)に適用されるが、「天井部」を「底部」と替えることにより、基板の結晶成長面を上向きに配置する気相成長装置(フェイスアップ型)に適用することができる。   Next, the installation state of the current introduction terminal 12 on the ceiling portion 1 will be described in detail with reference to FIGS. In the embodiment of FIG. 3, two current introduction terminals 12 are connected to each heater 11 in pairs. Since the current introduction terminal 12 has an insulating material 12e provided on the outer side surface of the current introduction terminal main body 12a and is inserted into the through hole provided in the ceiling portion 1 via the insulation material 12e, the current introduction terminal 12 12 is electrically insulated from the ceiling 1. The current introduction terminal 12 may have a flange portion 12h on the outer side surface of the current introduction terminal main body 12a via an insulating material 12e. A sealing material 28 is provided between the flange part 12h and the ceiling part 1, and the sealing part of the ceiling part 1 is not impaired by fixing the flange part 12h to the ceiling part 1 using a fixing screw (not shown) or the like. The current introduction terminal 12 can be attached to the. The through hole into which the current introduction terminal 12 is inserted is preferably provided in the protruding portion 1a provided on the outer surface of the ceiling portion 1, and is preferably provided in the protruding direction of the protruding portion 1a. The protruding portion 1a can be formed by partially increasing the wall thickness of the ceiling portion 1. When the current introduction terminal 12 is inserted into the through hole, the current introduction terminal is electrically insulated from the ceiling portion 1 by providing an insulating material 12e and / or a gap between the current introduction terminal main body 12a and the side surface of the through hole. In the case of providing the insulating material 12e, it is preferable that the insulating material has a thickness of 1 to 10 mm, and in the case of providing a gap, it is preferably a gap of 1 to 10 mm, but it is limited to such a configuration. Absent. The cross section perpendicular to the protruding direction of the protruding portion 1a is preferably circular, triangular, quadrangular, or polygonal, and more preferably circular, but is not limited to such a shape. Although it is preferable that the protrusion part 1a protrudes 20-200 mm from the surface of the ceiling part 1, it is not limited to such a magnitude | size. The above description is applied to a vapor phase growth apparatus (face-down type) in which the crystal growth surface of the substrate is arranged downward. By replacing the “ceiling” with the “bottom”, the crystal growth surface of the substrate Can be applied to a vapor phase growth apparatus (face-up type) in which the substrate is disposed upward.

図4は、電流導入端子及びその周辺の図3とは別の態様を示す図であるが、図3の態様と異なる点として、電流導入端子12は、電流導入端子本体12aの外側側面に直接設けられたフランジ部12hを有し、フランジ部12hと天井部1の間に絶縁材12eを有し、フランジ部12h及び絶縁材12eの間、及び絶縁材12e及び天井部1の間には、それぞれシール材28が設けられている。図3、図4の態様において示されるように、電流導入端子12は天井部1に着脱可能に挿着されている。図3、図4のように、電流導入端子12をフランジ部12hにより天井部1に着脱可能に挿着することができるが、挿着方法に限定はなく、電流導入端子12(例えば絶縁材12e)の外側側面と天井部1に設けた貫通孔の側面にそれぞれ螺旋を設け、電流導入端子12を貫通孔にねじ込むことにより挿着することもできる。   FIG. 4 is a diagram showing an aspect different from that of FIG. 3 in the current introduction terminal and its surroundings. However, as a difference from the aspect of FIG. 3, the current introduction terminal 12 is directly on the outer side surface of the current introduction terminal main body 12a. It has a flange portion 12h provided, has an insulating material 12e between the flange portion 12h and the ceiling portion 1, between the flange portion 12h and the insulating material 12e, and between the insulating material 12e and the ceiling portion 1. Each is provided with a sealing material 28. As shown in the embodiment of FIGS. 3 and 4, the current introduction terminal 12 is detachably attached to the ceiling portion 1. As shown in FIGS. 3 and 4, the current introduction terminal 12 can be detachably attached to the ceiling portion 1 by the flange portion 12h. However, the insertion method is not limited, and the current introduction terminal 12 (for example, the insulating material 12e). ) And the side surface of the through hole provided in the ceiling portion 1, and a spiral can be provided on each of the through holes and the current introduction terminal 12 can be screwed into the through hole.

また、冷媒の流路21の冷媒入口12f及び冷媒出口12gには、それぞれに冷媒流通管23が接続継手24を用いて接続され、冷媒の供給及び排出が行われる。電流導入端子12の冷媒出口12gに接続された冷媒流通管23を、別の電流導入端子12の冷媒入口12fに接続することにより、複数の電流導入端子12の冷媒の流路21を直列することも可能である。尚、冷媒流通管23の少なくとも一部に電気絶縁性の材質を用いることにより、電流導入端子12を、別の電流導入端子12、又は冷媒供給源等の外部の機器(図示しない)から電気絶縁することができる。冷媒流通管23の電気絶縁部は、例えば冷媒が水あるいは水溶液の場合、その内径が小さく、長さが大きいことが、冷媒から外部への電気絶縁の点で好ましい。具体的には、冷媒流通管23の電気絶縁部の内径は、通常は10mm以下、好ましくは5mm以下であり、長さは通常は0.5m以上、好ましくは1m以上である。   In addition, a refrigerant flow pipe 23 is connected to the refrigerant inlet 12f and the refrigerant outlet 12g of the refrigerant flow path 21 using a connection joint 24, and the refrigerant is supplied and discharged. By connecting the refrigerant flow pipe 23 connected to the refrigerant outlet 12g of the current introduction terminal 12 to the refrigerant inlet 12f of another current introduction terminal 12, the refrigerant flow paths 21 of the plurality of current introduction terminals 12 are connected in series. Is also possible. In addition, by using an electrically insulating material for at least a part of the refrigerant flow pipe 23, the current introduction terminal 12 is electrically insulated from another current introduction terminal 12 or an external device (not shown) such as a refrigerant supply source. can do. For example, when the coolant is water or an aqueous solution, it is preferable that the electrical insulation portion of the coolant circulation pipe 23 has a small inner diameter and a long length in terms of electrical insulation from the coolant to the outside. Specifically, the inner diameter of the electrical insulating portion of the refrigerant flow tube 23 is usually 10 mm or less, preferably 5 mm or less, and the length is usually 0.5 m or more, preferably 1 m or more.

電流導入端子12に設けられた冷媒の流路21に流通される冷媒としては、水道水等の水を用いることができ、イオン交換水又は純水を用いることが好ましいが、これらに限定されることはない。また、電流導入端子12の絶縁抵抗は、冷媒として水を用いた場合に0.2MΩ以上であり、好ましくは0.5MΩ以上である。尚、絶縁抵抗は、例えば、電流導入端子本体12aと、気相成長装置の接地極(図示しない)又は冷媒流通管23に接続された接地配管の接地極(図示しない)の間で測定される。   As the refrigerant flowing in the refrigerant flow path 21 provided in the current introduction terminal 12, water such as tap water can be used, and ion-exchanged water or pure water is preferably used, but is not limited thereto. There is nothing. Further, the insulation resistance of the current introduction terminal 12 is 0.2 MΩ or more, preferably 0.5 MΩ or more when water is used as the refrigerant. The insulation resistance is measured, for example, between the current introduction terminal main body 12a and the ground electrode (not shown) of the vapor phase growth apparatus or the ground electrode (not shown) of the ground pipe connected to the refrigerant flow pipe 23. .

次に、冷却容器4について詳細に説明する。本発明の気相成長装置においては、側壁部と電流導入端子の間及び/または電流導入端子と電流導入端子の間に、冷媒が流通する冷却容器を備えることができる。図1、図2に示す気相成長装置において、内部に冷媒が流通される冷却容器4が、天井部1に隣接し、電流導入端子12に近接して設けられており、より詳細には、天井部1の突出部1aの突出方向に設けられた貫通孔に電流導入端子12が挿着され、突出部1aの外側側面に隣接して冷却容器4が設けられている。天井部1を冷却する冷却容器4には、反応炉10の周縁から中心に向けて冷媒が流れるように冷媒の出入口(30、31)が設けられているが、周縁から中心に向けて冷媒が流れる構成に限定されることはない。冷却が均一に行われるために、流路の途中に仕切板を設けて冷媒の流れを均一にすることもできる。   Next, the cooling container 4 will be described in detail. In the vapor phase growth apparatus of the present invention, a cooling container through which a refrigerant flows can be provided between the side wall portion and the current introduction terminal and / or between the current introduction terminal and the current introduction terminal. In the vapor phase growth apparatus shown in FIGS. 1 and 2, a cooling container 4 in which a refrigerant is circulated is provided adjacent to the ceiling portion 1 and close to the current introduction terminal 12. More specifically, The current introduction terminal 12 is inserted into a through hole provided in the protruding direction of the protruding portion 1a of the ceiling portion 1, and the cooling container 4 is provided adjacent to the outer side surface of the protruding portion 1a. The cooling container 4 that cools the ceiling portion 1 is provided with refrigerant inlets and outlets (30, 31) so that the refrigerant flows from the peripheral edge of the reaction furnace 10 toward the center. It is not limited to the flowing configuration. In order to perform cooling uniformly, a partition plate may be provided in the middle of the flow path to make the refrigerant flow uniform.

例えば、図1、図2の冷却容器4には、冷却容器4の内部を開口できる開口蓋22’が設けられており、開口蓋22’はシール材28を介して冷却容器4に取り付けられている。開口蓋22’は複数個設けられることが好ましく、複数個に限定されることはないが、開口蓋22’を複数個設けることにより、すべての開口蓋22’を開口しなくても冷却容器4内部の各所を開放して点検、清掃、メンテナンス等の作業をすることができる。少なくとも気相成長中は、開口蓋22’がすべて閉じられて冷却容器4が密閉され、冷媒が流通される。尚、図1、図2に示すように、電流導入端子12に近接して設けられる冷却容器4だけでなく、サセプタの対面9を冷却するために反応容器3の下部に別の冷却容器4’を設けることができる。   For example, the cooling container 4 of FIGS. 1 and 2 is provided with an opening lid 22 ′ that can open the inside of the cooling container 4, and the opening lid 22 ′ is attached to the cooling container 4 via a sealing material 28. Yes. A plurality of opening lids 22 ′ are preferably provided, and the number of opening lids 22 ′ is preferably not limited to a plurality. However, by providing a plurality of opening lids 22 ′, the cooling container 4 can be provided without opening all the opening lids 22 ′. Various parts such as inspection, cleaning, and maintenance can be performed by opening various parts inside. At least during vapor phase growth, all the opening lids 22 ′ are closed, the cooling container 4 is sealed, and the refrigerant is circulated. As shown in FIGS. 1 and 2, not only the cooling vessel 4 provided close to the current introduction terminal 12 but also another cooling vessel 4 ′ at the lower part of the reaction vessel 3 for cooling the facing 9 of the susceptor. Can be provided.

また、図2に示すように、本発明の気相成長装置は、複数の電流導入端子及び/または複数の冷却容器を装着した複数の開口蓋を備えることができる。図1の気相成長装置においては冷却容器4が側壁部2と一体として製作されているが、図2の気相成長装置においては、天井部1に設けた開口蓋22と冷却容器4を一体として製作されている。図2の気相成長装置においては、天井部1(反応容器3)に開口蓋22が設けられ、反応容器3の内部を開口することができる。開口蓋22には、電流導入端子12及び/又は冷却容器4が装着されているので、開口蓋22を取り外したときに冷却容器4及び/又は電流導入端子12も同時に取り外され、反応容器3内部の点検、清掃、メンテナンス等の作業を容易にすることができる。好ましくは、開口蓋22に複数の電流導入端子12及び/又は複数の冷却容器4を装着することにより、開口蓋22の取り外したときに複数の電流導入端子12及び/又は複数の冷却容器4を同時に取り外せるようにすることができ、このような開口蓋22を複数設けることにより、すべての開口蓋22を開口しなくても反応容器3内部の各所を開放でき、点検、清掃、メンテナンス等の作業をより容易にすることができるが、このような構成に限定されることはない。   As shown in FIG. 2, the vapor phase growth apparatus of the present invention can include a plurality of open lids equipped with a plurality of current introduction terminals and / or a plurality of cooling containers. In the vapor phase growth apparatus of FIG. 1, the cooling container 4 is manufactured integrally with the side wall portion 2, but in the vapor phase growth apparatus of FIG. 2, the opening lid 22 provided on the ceiling portion 1 and the cooling container 4 are integrated. It is produced as. In the vapor phase growth apparatus of FIG. 2, an opening lid 22 is provided on the ceiling 1 (reaction vessel 3), and the inside of the reaction vessel 3 can be opened. Since the current introduction terminal 12 and / or the cooling container 4 are mounted on the opening lid 22, when the opening lid 22 is removed, the cooling container 4 and / or the current introduction terminal 12 are also removed at the same time. Inspection, cleaning, maintenance, etc. can be facilitated. Preferably, the plurality of current introduction terminals 12 and / or the plurality of cooling containers 4 are attached to the opening lid 22 so that the plurality of current introduction terminals 12 and / or the plurality of cooling containers 4 are removed when the opening lid 22 is removed. By providing a plurality of such opening lids 22, it is possible to open various locations inside the reaction vessel 3 without opening all the opening lids 22, and work such as inspection, cleaning, and maintenance However, the present invention is not limited to such a configuration.

次に、結晶膜を生成するための気相成長反応が行われる反応容器3及びその内部を図1、図2により詳細に説明する。基板5は成長面を下向きにした状態で基板ホルダー6により保持されているが、上向きに保持される構造でもよく、成長面の向きは特に限定されない。基板ホルダー6は、直径が2インチ、3インチ、4インチ又は6インチの基板を1枚保持できるが、特にこれらの大きさの基板に限定されない。回転自在に保持されたサセプタ8を回転駆動器17から伝達される回転駆動力により回転させることができる。サセプタ8を回転させる場合には、回転駆動器17からの回転駆動力は、磁性流体シール等の手段により反応容器3の密封性を損なわないように回転自在にシールされた回転駆動軸18を介して、回転駆動軸18のサセプタ8側先端に固定された回転板19に伝達される。サセプタ8の周縁部及び回転板19の周縁部にはそれぞれ歯車が設けられており、それらが互いに噛み合わさることにより回転駆動器17からの回転駆動力はサセプタ8に伝達されて、サセプタ8は回転する。このようにしてサセプタ8を回転させることにより均一な膜質及び膜厚の結晶膜を得ることができる。   Next, the reaction vessel 3 in which the vapor phase growth reaction for generating the crystal film is performed and the inside thereof will be described in detail with reference to FIGS. The substrate 5 is held by the substrate holder 6 with the growth surface facing downward. However, the substrate 5 may be held upward, and the orientation of the growth surface is not particularly limited. The substrate holder 6 can hold one substrate having a diameter of 2 inches, 3 inches, 4 inches, or 6 inches, but is not particularly limited to a substrate of these sizes. The susceptor 8 held rotatably can be rotated by the rotational driving force transmitted from the rotational driver 17. When the susceptor 8 is rotated, the rotational driving force from the rotational driver 17 is transmitted via a rotational drive shaft 18 that is rotatably sealed so as not to impair the sealing performance of the reaction vessel 3 by means such as a magnetic fluid seal. The rotation drive shaft 18 is transmitted to the rotary plate 19 fixed to the tip of the susceptor 8 side. Gears are provided on the peripheral edge of the susceptor 8 and the peripheral edge of the rotating plate 19, respectively. When these gears mesh with each other, the rotational driving force from the rotary driver 17 is transmitted to the susceptor 8, and the susceptor 8 rotates. To do. By rotating the susceptor 8 in this way, a crystal film having a uniform film quality and film thickness can be obtained.

サセプタ8は、サセプタの対面9とともに反応炉10を形成し、反応炉10は、反応容器3に収められ密封され、反応炉10には原料ガス導入部13が設けられている。気相成長反応は、電流導入端子12から導入される電流により発熱するヒータ11で基板5を加熱しながら、原料ガス導入部13から原料ガスを供給することにより行われ、基板5の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14から排出される。例えば、図1において、反応炉10の中心部に設けられた原料ガス導入部13からの原料ガスは、原料ガス導入部13から放射状に吹き出し、基板5の成長面に対して水平に供給されるが、このような形態に限定されることはない。基板ホルダー6には、ヒータ11からの熱を基板5に均一に熱を伝達するために均熱板7を設けてもよい。気相成長反応中、サセプタ8を常時回転させることが好ましく、サセプタ8の回転方向及び回転速度は、回転駆動器17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は、各基板ホルダー6を反応炉10の中心に対して同一円周上に配置して、原料ガス導入部13からの距離を等しくすることが好ましいが、特に限定されない。   The susceptor 8 forms a reaction furnace 10 together with the susceptor facing 9, and the reaction furnace 10 is housed in the reaction vessel 3 and sealed, and the reaction furnace 10 is provided with a raw material gas inlet 13. The vapor phase growth reaction is performed by supplying the source gas from the source gas introduction unit 13 while heating the substrate 5 with the heater 11 that generates heat by the current introduced from the current introduction terminal 12. A crystal film is formed. The raw material gas used for the vapor phase growth reaction is directly discharged from the reaction gas discharge unit 14 as a reaction gas. For example, in FIG. 1, the source gas from the source gas introduction unit 13 provided in the center of the reaction furnace 10 is blown out radially from the source gas introduction unit 13 and supplied horizontally to the growth surface of the substrate 5. However, it is not limited to such a form. The substrate holder 6 may be provided with a soaking plate 7 in order to uniformly transfer the heat from the heater 11 to the substrate 5. It is preferable that the susceptor 8 is always rotated during the vapor phase growth reaction, and the rotation direction and rotation speed of the susceptor 8 can be arbitrarily set by changing the rotation direction and rotation speed of the rotation driver 17. In order to obtain a uniform film thickness and film quality between the substrates, the substrate holders 6 are arranged on the same circumference with respect to the center of the reaction furnace 10, and the distances from the source gas introduction unit 13 are made equal. However, it is not particularly limited.

天井部1(反応容器3)及び冷却容器4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。天井部1(反応容器3)は、反応容器3内部が高温になり、内部に反応性又は腐食性の原料ガスが流通され、反応炉10を外気から遮断し、気相成長反応を制御するために反応炉10の圧力を減圧、常圧または加圧に変化させる場合があるので、その材質は耐熱性、耐食性及び強度を備えた金属又は合金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い。冷却容器4は、冷却容器4の内部に流通される冷媒が高温になることが想定されるので、その材質は耐熱性、耐食性及び強度を備えた金属又は合金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い。基板ホルダー6、サセプタ8、サセプタの対面9及び回転板19は、カーボン系材料又はカーボン系材料をセラミック材料でコーティングしたものが好ましいが、特に限定されない。回転駆動軸18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材料でコーティングしたもの、又はこれらの組み合わせが好ましいが、特に限定されない。ヒータ11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。電流導入端子本体12a及び受電部12dは導電性を有する金属又は合金であることが好ましく、管部12c及びフランジ部12hは金属又は合金であることが好ましく、絶縁材12eは電気絶縁性を有する樹脂又はセラミック材料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い。ベアリング15は、セラミック材料であることが好ましいが、セラミック材料に限定されることはない。冷媒流通管23は、電気絶縁性を有する樹脂であることが好ましいが、電気絶縁性を有する樹脂に限定されることはない。シール材28は、金属、合金又は樹脂であ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。   Although the material which comprises the ceiling part 1 (reaction container 3) and the cooling container 4 includes a metal or an alloy, it is not limited to these materials. The ceiling 1 (reaction vessel 3) has a high temperature inside the reaction vessel 3, in which a reactive or corrosive source gas is circulated, shuts the reaction furnace 10 from the outside air, and controls the vapor phase growth reaction. In some cases, the pressure of the reactor 10 may be changed to reduced pressure, normal pressure, or increased pressure. Therefore, the material is preferably a metal or alloy having heat resistance, corrosion resistance, and strength, but is not limited to these materials. Never happen. The cooling container 4 is assumed to be a metal or alloy having heat resistance, corrosion resistance, and strength, since the coolant circulating in the cooling container 4 is assumed to be high temperature. The material is not limited. The substrate holder 6, the susceptor 8, the facing surface 9 of the susceptor, and the rotating plate 19 are preferably carbon materials or carbon materials coated with a ceramic material, but are not particularly limited. The rotary drive shaft 18 is preferably a metal, an alloy, a metal oxide, a carbon-based material, a ceramic-based material, a carbon-based material coated with a ceramic material, or a combination thereof, but is not particularly limited. The heater 11 is preferably a carbon heater or a ceramic heater, but is not limited to these heaters. The current introduction terminal main body 12a and the power receiving portion 12d are preferably made of a metal or alloy having conductivity, the tube portion 12c and the flange portion 12h are preferably made of metal or alloy, and the insulating material 12e is a resin having electrical insulation. Alternatively, it is preferably a ceramic material, but is not limited to these materials. The bearing 15 is preferably a ceramic material, but is not limited to a ceramic material. The refrigerant flow pipe 23 is preferably a resin having electrical insulation, but is not limited to a resin having electrical insulation. The sealing material 28 is preferably a metal, an alloy, or a resin, but is not limited to such a material.

ここで、樹脂の例には、ガラスエポキシ又はフッ素樹脂等があるが、これらに限定されることはない。フッ素樹脂の例には、テフロン(登録商標)又はバイトン(登録商標)等があるが、これらに限定されることはない。金属の例には、アルミニウム、ニッケル又は銅等があるが、これらに限定されることはない。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、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si)、窒化ホウ素(BN)等があるが、これらに限定されることはない。 Here, examples of the resin include glass epoxy or fluororesin, but are not limited thereto. Examples of the fluororesin include, but are not limited to, Teflon (registered trademark) or Viton (registered trademark). Examples of metals include, but are not limited to, aluminum, nickel or copper. Examples of alloys include stainless steel or inconel, but are not limited thereto. Examples of the carbon-based material include carbon, pyrolytic graphite (PG), and glassy carbon (GC), but are not limited thereto. Examples of the ceramic material include, but are not limited to, alumina, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and boron nitride (BN).

天井部1(反応容器3)及び冷却容器4を構成する材質はステンレスが特に好ましい。電流導入端子本体12aは、ステンレス製、銅製又はニッケル製が特に好ましく、ニッケル製が最も好ましい。管部12c及びフランジ部12hはステンレス製、受電部12dは銅製、絶縁材12eはガラスエポキシ製又はアルミナ製であることが特に好ましい。基板ホルダー6、サセプタ8、サセプタの対面9及び回転板19は、SiCコートカーボン、ヒータ11はカーボンヒータ、ベアリング15はアルミナ、回転駆動軸18はステンレス、冷媒流通管23はテフロン(登録商標)、シール材28は銅又はバイトン(登録商標)であることが特に好ましい。   The material constituting the ceiling 1 (reaction vessel 3) and the cooling vessel 4 is particularly preferably stainless steel. The current introduction terminal body 12a is particularly preferably made of stainless steel, copper or nickel, and most preferably made of nickel. It is particularly preferable that the tube portion 12c and the flange portion 12h are made of stainless steel, the power receiving portion 12d is made of copper, and the insulating material 12e is made of glass epoxy or alumina. The substrate holder 6, the susceptor 8, the susceptor facing 9 and the rotating plate 19 are SiC coated carbon, the heater 11 is a carbon heater, the bearing 15 is alumina, the rotary drive shaft 18 is stainless steel, the refrigerant flow pipe 23 is Teflon (registered trademark), The sealing material 28 is particularly preferably copper or Viton (registered trademark).

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。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these.

[実施例1]
(気相成長装置の製作)
図1、3、5〜7、9、10に示すような気相成長装置を製作した。サセプタ8(SiCコートカーボン製、直径720mm、厚さ11mm、6インチの基板を6枚保持可能)を製作し、直径6インチのサファイア基板を1枚保持可能である基板ホルダー6(SiCコートカーボン製)6個を上記のサセプタ8により保持した。
[Example 1]
(Production of vapor phase growth equipment)
A vapor phase growth apparatus as shown in FIGS. 1, 3, 5 to 7, 9, and 10 was manufactured. A susceptor 8 (made of SiC coated carbon, diameter 720 mm, thickness 11 mm, capable of holding six 6-inch substrates) and substrate holder 6 (made of SiC-coated carbon, capable of holding one 6-inch diameter sapphire substrate) 6 pieces were held by the susceptor 8 described above.

電流導入端子本体12aは、長さ方向に垂直な断面が直径13mmの円形であり、長さ182mmのニッケル棒である。このような電流導入端子本体12aの上記断面と同心円状に凹形の空間部12b(長さ方向に垂直な断面が直径8mmの円形、長さ160mm)を設け、さらに、管部12c(長さ方向に垂直な断面が外径4mm、肉厚1mmの円環状であるステンレス製の管)、受電部12d(銅製)、絶縁材12e(外径26mm、肉厚6.5mm、長さ38mmの円筒形、アルミナ製)、フランジ部12h(直径70mm、厚さ13mm、ステンレス製)を設けて電流導入端子12を製作した。凹形の空間部12bの側面と管部12cの間、及び管部12cのヒータ11側の一端と凹形の空間部12bの底面の間には、2mmの間隙が生じた。凹形の空間部12bの開口部を冷媒の流路21の冷媒入口12fとし、管部12cの別の一端を冷媒出口12gとした。   The current introduction terminal main body 12a is a nickel bar having a cross section perpendicular to the length direction having a diameter of 13 mm and a length of 182 mm. A concave space 12b concentrically with the above-described cross section of the current introduction terminal main body 12a (a cross section perpendicular to the length direction is a circle having a diameter of 8 mm, a length of 160 mm) is provided, and a tube portion 12c (length) Stainless steel tube with a cross section perpendicular to the direction of an outer diameter of 4 mm and a wall thickness of 1 mm, a power receiving part 12 d (made of copper), an insulating material 12 e (an outer diameter of 26 mm, a wall thickness of 6.5 mm, a cylinder with a length of 38 mm) The current introduction terminal 12 was manufactured by providing a flange 12h (diameter 70 mm, thickness 13 mm, stainless steel). A gap of 2 mm was generated between the side surface of the concave space portion 12b and the tube portion 12c, and between one end of the tube portion 12c on the heater 11 side and the bottom surface of the concave space portion 12b. The opening of the concave space 12b was used as the refrigerant inlet 12f of the refrigerant flow path 21, and the other end of the pipe 12c was used as the refrigerant outlet 12g.

天井部1に、その表面から64mm突出した突出部1aを設け、突出部1aの突出方向に直径26mmの貫通孔を設けた。前述のようにして製作した電流導入端子12をこの貫通孔に挿着し、固定ネジ(図示しない)を用いてフランジ部12hを銅製のシール材28を介して天井部1に固定した。電流導入端子12の絶縁材12eが貫通孔の側面に接し、電流導入端子本体12aと突出部1aの側面の間に6.5mmの間隙が生じ、電流導入端子12が天井部1から電気絶縁された。電流導入端子12の受電部12dには、外部の電源(図示しない)からの電流を供給する給電線26を給電線固定ボルト25で固定した。さらに電流導入端子本体12aにはヒータ固定ネジ27によりカーボンヒータ11を接続した。   The ceiling part 1 was provided with a protruding part 1a protruding 64 mm from the surface thereof, and a through hole having a diameter of 26 mm was provided in the protruding direction of the protruding part 1a. The current introduction terminal 12 manufactured as described above was inserted into the through hole, and the flange portion 12h was fixed to the ceiling portion 1 via the copper sealant 28 using a fixing screw (not shown). The insulating material 12e of the current introduction terminal 12 is in contact with the side surface of the through hole, a gap of 6.5 mm is generated between the current introduction terminal main body 12a and the side surface of the protruding portion 1a, and the current introduction terminal 12 is electrically insulated from the ceiling portion 1. It was. A power supply line 26 for supplying a current from an external power source (not shown) is fixed to the power receiving unit 12 d of the current introduction terminal 12 with a power supply line fixing bolt 25. Further, the carbon heater 11 was connected to the current introduction terminal main body 12 a by the heater fixing screw 27.

(絶縁抵抗測定)
このような気相成長装置を用いて、電流導入端子12の絶縁抵抗測定を行った。まず、1個のヒータ11に接続された2個の電流導入端子12を1組とし、任意の1組の電流導入端子12を選択した。この1組の電流導入端子12を、冷媒流通管23(テフロン(登録商標)製、外径6mm、内径4mm、長さ0.5m)で直列し、残った冷媒入口(12f)及び冷媒出口(12g)それぞれに冷媒流通管23(テフロン(登録商標)製、外径6mm、内径4mm、長さ1.2m)を接続し、それぞれの冷媒流通管23にステンレス製の接地配管(図示しない)を接続した。このようにして直列された1組の電流導入端子12の任意の一方を選択し、電流導入端子本体12aと気相成長装置の接地極(図示しない)の間に絶縁抵抗測定器を接続し、電流導入端子本体12aと接地配管の接地極(図示しない)の間に別の絶縁抵抗測定器を接続した。
(Insulation resistance measurement)
Using such a vapor phase growth apparatus, the insulation resistance of the current introduction terminal 12 was measured. First, two current introduction terminals 12 connected to one heater 11 were taken as one set, and an arbitrary set of current introduction terminals 12 was selected. This set of current introduction terminals 12 is connected in series with a refrigerant flow pipe 23 (made of Teflon (registered trademark), outer diameter 6 mm, inner diameter 4 mm, length 0.5 m), and the remaining refrigerant inlet (12f) and refrigerant outlet ( 12g) Refrigerant circulation pipes 23 (made of Teflon (registered trademark), outer diameter 6 mm, inner diameter 4 mm, length 1.2 m) are connected to each, and a stainless steel ground pipe (not shown) is connected to each refrigerant circulation pipe 23. Connected. An arbitrary one of the set of current introduction terminals 12 connected in this way is selected, and an insulation resistance measuring instrument is connected between the current introduction terminal main body 12a and the ground electrode (not shown) of the vapor phase growth apparatus, Another insulation resistance measuring device was connected between the current introduction terminal main body 12a and the ground electrode (not shown) of the ground pipe.

次に、室温の水道水を冷媒として用い、これを各電流導入端子12に1L/min、冷却容器4に19L/minの流量で流通させ、測定が終了するまで水の流通を継続し、反応容器3内を大気圧に保った。このとき、電流導入端子本体12a、及び気相成長装置の接地極に接続した絶縁抵抗測定器の示す絶縁抵抗値は1MΩ以上(レンジオーバー)であり、電流導入端子本体12a、及び接地配管の接地極に接続した絶縁抵抗測定器の示す絶縁抵抗値は5MΩであった。
そして、原料ガス導入部13から水素を流しながらヒータ11の温度を1180℃まで昇温させ、60分間保持した。保持後、電流導入端子12の温度は27℃で安定し、電流導入端子12の冷媒出口12gにおける冷媒温度は28℃で安定した。また、電流導入端子本体12a、及び気相成長装置の接地極に接続した絶縁抵抗測定器の示す絶縁抵抗値は0.6MΩで安定し、電流導入端子本体12a、及び接地配管の接地極に接続した絶縁抵抗測定器の示す絶縁抵抗値は1MΩで安定した。
Next, room temperature tap water is used as a coolant, and this is passed through each current introduction terminal 12 at a flow rate of 1 L / min and through the cooling container 4 at a flow rate of 19 L / min. The inside of the container 3 was kept at atmospheric pressure. At this time, the insulation resistance value of the current introduction terminal main body 12a and the insulation resistance measuring instrument connected to the ground electrode of the vapor phase growth apparatus is 1 MΩ or more (range over), and the current introduction terminal main body 12a and the ground pipe are grounded. The insulation resistance value indicated by the insulation resistance measuring instrument connected to the pole was 5 MΩ.
Then, the temperature of the heater 11 was raised to 1180 ° C. while flowing hydrogen from the source gas introduction part 13 and held for 60 minutes. After the holding, the temperature of the current introduction terminal 12 was stabilized at 27 ° C., and the refrigerant temperature at the refrigerant outlet 12 g of the current introduction terminal 12 was stabilized at 28 ° C. Also, the insulation resistance value shown by the insulation resistance measuring instrument connected to the current introduction terminal body 12a and the ground electrode of the vapor phase growth apparatus is stable at 0.6 MΩ, and is connected to the current introduction terminal body 12a and the ground electrode of the ground pipe. The insulation resistance value shown by the insulation resistance measuring instrument was stable at 1 MΩ.

(気相成長実験)
このような気相成長装置を用いて、基板5の表面に窒化ガリウム(GaN)を成長させた。まず、室温の水道水を冷媒として用い、これを各電流導入端子12に1L/min、冷却容器4に19L/minの流量で流通させ、測定が終了するまで水の流通を継続し、反応容器3内を大気圧に保った。
(Vapor phase growth experiment)
Gallium nitride (GaN) was grown on the surface of the substrate 5 using such a vapor phase growth apparatus. First, room temperature tap water is used as a refrigerant, and this is passed through each current introduction terminal 12 at a flow rate of 1 L / min and through the cooling vessel 4 at a flow rate of 19 L / min. The inside of 3 was kept at atmospheric pressure.

次に、原料ガス導入部13から水素を流しながらヒータ11の温度を1050℃まで昇温させ、基板5のクリーニングを行った。続いて、ヒータ11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、基板上にGaNからなる膜厚20μm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11の温度を1050℃まで上昇させた。その後、原料ガス導入部13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。アンドープGaN成長終了直前、電流導入端子12の温度は27℃であり、電流導入端子12の冷媒出口12gにおける冷媒温度は28℃であり、冷却容器4の冷媒出口31における冷媒温度は38℃であった。アンドープGaNの成長が終了した後、基板5を室温付近まで放冷させ、反応容器3から取り出した。   Next, the temperature of the heater 11 was raised to 1050 ° C. while flowing hydrogen from the source gas introduction unit 13 to clean the substrate 5. Subsequently, the temperature of the heater 11 is lowered to 510 ° C., and a buffer layer having a thickness of 20 μm made of GaN is grown on the substrate using trimethyl gallium (TMG) and ammonia as source gases and hydrogen as a carrier gas. After the buffer layer growth, the supply of only TMG was stopped, and the temperature of the heater 11 was raised to 1050 ° C. Thereafter, hydrogen and nitrogen were supplied as carrier gases in addition to TMG and ammonia from the source gas introduction unit 13 to grow undoped GaN for 1 hour. Immediately before the end of undoped GaN growth, the temperature of the current introduction terminal 12 was 27 ° C., the refrigerant temperature at the refrigerant outlet 12g of the current introduction terminal 12 was 28 ° C., and the refrigerant temperature at the refrigerant outlet 31 of the cooling vessel 4 was 38 ° C. It was. After the growth of undoped GaN was completed, the substrate 5 was allowed to cool to near room temperature and taken out from the reaction vessel 3.

以上のようなGaNの気相成長を10回繰り返したが、すべての成長において気相成長装置は正常に作動し、ヒータ11に接続された電源及び電流制御装置等の外部の機器に異常はなく、漏電等の異常もなかった。次に、電流導入端子12を気相成長装置から取り外して点検したが、変色、腐食等の異常も確認されなかった。   The vapor phase growth of GaN as described above was repeated 10 times. However, the vapor phase growth apparatus operated normally in all the growths, and there was no abnormality in external devices such as the power supply and current control device connected to the heater 11. There was no abnormality such as leakage. Next, the current introduction terminal 12 was removed from the vapor phase growth apparatus and inspected, but no abnormality such as discoloration or corrosion was confirmed.

本発明は、熱CVD法等のための気相成長装置として好適であり、特に、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。   The present invention is suitable as a vapor phase growth apparatus for a thermal CVD method or the like, and particularly suitable as a vapor phase growth apparatus for a group III nitride semiconductor used for manufacturing a blue or ultraviolet light emitting diode or laser diode. is there.

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。It is a vertical cross-section block diagram which shows an example of the vapor phase growth apparatus of this invention. 本発明の気相成長装置の図1と別の一例を示す垂直断面構成図である。It is a vertical cross-section block diagram which shows an example different from FIG. 1 of the vapor phase growth apparatus of this invention. 図1に示すA部の部分拡大図であって電流導入端子及びその周辺の態様を示す図である。It is the elements on larger scale of the A section shown in FIG. 1, and is a figure which shows the aspect of a current introduction terminal and its periphery. 図1に示すA部の部分拡大図であって電流導入端子及びその周辺の図3と別の態様を示す図である。FIG. 4 is a partially enlarged view of a portion A shown in FIG. 1 and is a view showing a mode different from FIG. 図1のB−B水平断面構成図である。It is a BB horizontal cross-section block diagram of FIG. 図1、図2のC−C水平断面構成図である。It is CC horizontal cross-section block diagram of FIG. 1, FIG. 図1、図2のD−D水平断面構成図である。FIG. 3 is a DD horizontal cross-sectional configuration diagram of FIGS. 1 and 2. 図2のB’−B’水平断面構成図である。It is a B'-B 'horizontal cross-section block diagram of FIG. 図3のE−E水平電面構成図である。It is the EE horizontal electric surface block diagram of FIG. 図3のF−F水平電面構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of an FF horizontal electric surface in FIG. 3.

1 天井部
1a 突出部
2 側壁部
3 反応容器
4、4’ 冷却容器
5 基板
6 基板ホルダー
7 均熱板
8 サセプタ
9 サセプタの対面
10 反応炉
11 ヒータ
12 電流導入端子
12a 電流導入端子本体
12b 凹形の空間部
12c 管部
12d 受電部
12e 絶縁材
12f 冷媒入口
12g 冷媒出口
12h フランジ部
13 原料ガス導入部
14 反応ガス排出部
15 ベアリング
16 ベアリング溝
17 回転駆動器
18 回転駆動軸
19 回転板
20 架台
21 冷媒の流路
22、22’ 開口蓋
23 冷媒流通管
24 接続継手
25 給電線固定ボルト
26 給電線
27 ヒータ固定ネジ
28 シール材
29 冷媒の流れ
30 冷媒入口
31 冷媒出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceiling part 1a Protrusion part 2 Side wall part 3 Reaction container 4, 4 'Cooling container 5 Substrate 6 Substrate holder 7 Soaking plate 8 Susceptor 9 Face of susceptor 10 Reactor 11 Heater 12 Current introduction terminal 12a Current introduction terminal main body 12b Concave shape Space portion 12c tube portion 12d power receiving portion 12e insulating material 12f refrigerant inlet 12g refrigerant outlet 12h flange portion 13 source gas introduction portion 14 reaction gas discharge portion 15 bearing 16 bearing groove 17 rotation driver 18 rotation drive shaft 19 rotation plate 20 mount 21 Refrigerant flow path 22, 22 'Opening lid 23 Refrigerant flow pipe 24 Connection joint 25 Feed line fixing bolt 26 Feed line 27 Heater fixing screw 28 Sealing material 29 Flow of refrigerant 30 Refrigerant inlet 31 Refrigerant outlet

Claims (6)

基板を加熱するためのヒータ、及び該ヒータに通電する電流導入端子を備えた気相成長装置であって、該電流導入端子の内部に冷媒の流路が設けられ、導電性の電流導入端子本体に該冷媒が接触可能となるように構成されてなることを特徴とする気相成長装置。   A vapor phase growth apparatus comprising a heater for heating a substrate and a current introduction terminal for energizing the heater, wherein a flow path for a refrigerant is provided inside the current introduction terminal, and a conductive current introduction terminal main body The vapor phase growth apparatus is configured so that the refrigerant can come into contact therewith. 電流導入端子が、天井部に設けられた貫通孔に挿着されている請求項1に記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the current introduction terminal is inserted into a through hole provided in the ceiling portion. 電流導入端子が、天井部に着脱可能に挿着されている請求項2に記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 2, wherein the current introduction terminal is detachably attached to the ceiling portion. 側壁部と電流導入端子の間及び/または電流導入端子と電流導入端子の間に、冷媒が流通する冷却容器を備えた請求項1に記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising a cooling container through which a refrigerant flows between the side wall portion and the current introduction terminal and / or between the current introduction terminal and the current introduction terminal. 天井部が、複数の電流導入端子及び/または複数の冷却容器を装着した複数の開口蓋を備えた請求項4に記載の気相成長装置。   5. The vapor phase growth apparatus according to claim 4, wherein the ceiling portion includes a plurality of opening lids equipped with a plurality of current introduction terminals and / or a plurality of cooling containers. 冷媒が水である請求項1に記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the refrigerant is water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015199991A (en) * 2014-04-08 2015-11-12 トヨタ自動車株式会社 Plasma cvd device
KR20210025665A (en) 2018-10-31 2021-03-09 가부시끼가이샤 도시바 Current introduction terminal structure and electromagnet device

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