JP2016012679A - サセプターとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 このサセプターの製造方法は、誘導加熱により加熱されるサセプター100の製造方法である。この製造方法は、炭素材料の電気抵抗率を測定する電気抵抗率測定工程と、電気抵抗率測定工程により測定された炭素材料の電気抵抗率に基づいて炭素材料を加工して炭素基材BM1を成形する炭素基材加工工程と、を有する。そして、炭素基材加工工程では、第1の厚みA1を有する中央部110と、第1の厚みA1より厚い第2の厚みB1を有する外周部120と、を有する炭素基材BM1を形成する。そして、この加工に際して、電気抵抗率測定工程で測定した炭素基材BM1の電気抵抗率が高いほど、炭素基材BM1の中央部110の第1の厚みA1を厚く加工する。
【選択図】図3
Description
0.9・k・ρ1/2 ≦ A1/B1 ≦ 1.1・k・ρ1/2
ρ: サセプターの炭素基材の電気抵抗率
k: 定数
を満たすように炭素材料を加工する。
δ < A1 < 2・δ
2・δ < B1
δ: 渦電流の浸透深さ
を満たすように炭素材料を加工する。ここで、第1の厚みA1は、所望の温度分布にするための肉厚であるとともに、誘導加熱の表皮効果による電流浸透深さより大きい肉厚である。第2の厚みB1は、誘導加熱の表皮効果による電流浸透深さの影響を受けない一定の肉厚である。すなわち、第2の厚みB1は、渦電流の打消しの効果が十分に小さくなる肉厚である。
0.9・k・ρ1/2 ≦ A1/B1 ≦ 1.1・k・ρ1/2
ρ: サセプターの炭素基材の電気抵抗率
k: 定数
を満たす。
δ < A1 < 2・δ
2・δ < B1
δ: 渦電流の浸透深さ
を満たす。
図1は、本実施形態のサセプター100を有する気相成長装置1の概略構成を示す図である。気相成長装置1は、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により半導体層を成長させるものである。より具体的には、気相成長装置1は、サセプター100に保持された成長基板の上にIII 族窒化物半導体を堆積させる。また、気相成長装置1は、高周波誘導加熱によりサセプター100を加熱する。
2−1.サセプターの材質
図2は、本実施形態の気相成長装置1のサセプター100を示す平面図である。サセプター100は、少なくとも成長基板に半導体層を堆積している間、成長基板を保持するためのものである。サセプター100は、炭素基材にSiCでコーティングを施したものである。この炭素基材は、rfコイル70が形成する高周波磁界により加熱される。このような誘導加熱方式により、サセプター100は、加熱される。
図2に示すように、サセプター100は、全体的には円板形状である。そして、サセプター100は、5個の基板載置部130を有している。この基板載置部130は、成長基板を載置するためのものである。なお、図2には、後述する中央部110と外周部120との境界線が破線で仮想的に描かれている。
3−1.渦電流
サセプター100の炭素基材BM1の表面では、rfコイル70が形成する高周波磁界により渦電流が発生する。この渦電流により、炭素基材BM1は、加熱されることとなる。
そして、渦電流の打消しの度合いは、渦電流がどの深さまで浸透するかに依存する。渦電流の浸透深さδは次式で与えられる。
δ = 503(ρ/(f・μr))1/2 ………(1)
δ : 渦電流の浸透深さ(m)
ρ : サセプターの炭素基材の電気抵抗率
μr: サセプターの相対透磁率
f : 高周波電流の周波数(Hz)
本実施形態のサセプター100は、中央部110の第1の厚みA1と外周部120の第2の厚みB1とについて次式を満たすように加工されている。
0.9・k・ρ1/2 ≦ A1/B1 ≦ 1.1・k・ρ1/2 …(2)
A1: 第1の厚み
B1: 第2の厚み
ρ: サセプターの炭素基材の電気抵抗率
k: 定数
δ < A1 < 2・δ ………(3)
2・δ < B1
δ: 渦電流の浸透深さ
を満たす。式(3)において、第1の厚みA1は、所望の温度分布にするための肉厚である。そして、第1の厚みA1は、誘導加熱の表皮効果による渦電流の浸透深さδより大きい肉厚である。第2の厚みB1は、誘導加熱の表皮効果による渦電流の浸透深さδの影響を受けない一定の肉厚である。すなわち、第2の厚みB1は、渦電流の打消しの効果が十分に小さくなる肉厚である。
サセプター100を製造する際には、後述するように、炭素系材料に結着材等を配合した後に焼結して炭素材料を製造する。その結着材の配合比率、生成条件、温度湿度環境等により、製造される炭素基材に固有の電気抵抗率がある程度ばらつく。炭素材料の電気抵抗率にばらつきが生じると、製造後のサセプター100の性能にもばらつきが生じる。
このように、本実施形態では、サセプター100の材料である炭素材料の電気抵抗率に応じて、サセプター100を加工する。そのため、ロットの異なるサセプター100を用いて半導体層を成長させた場合であっても、サセプター100の温度分布は、狙った温度分布とほとんど異ならない。そのため、半導体層にばらつきが生じにくい。
6−1.炭素素材作製工程
炭素系材料に結着材を混入する。そして、その炭素系材料を直方体形状に成形して焼結する。そして、この焼結体を切り出す。これにより、図6に示すように、板状の炭素材料200が作成される。
この板状の炭素材料200は、厚みB1を有している。そして、その炭素材料200の電気抵抗率を測定する。この電気抵抗率の測定にあたっては、JIS R 7222:1997(黒鉛素材の物理特性測定方法)を用いる。
次に、測定された板状の炭素材料200の電気抵抗率に基づいて、その板状の炭素材料200を円板形状に加工する。そして、第1の厚みA1の中央部110と、第2の厚みB1の外周部120と、を有する炭素基材BM1を作製する。ここで、炭素材料200の電気抵抗率が高いほど、炭素基材BM1の中央部110の第1の厚みA1を厚く加工する。炭素材料200の電気抵抗率が低いほど、炭素基材BM1の中央部110の第1の厚みA1を薄く加工する。つまり、式(2)を満たすように、板状の炭素材料200を削る。また、式(2)に加えて、式(3)を満たすようにするとなおよい。
次に、プラズマCVD法等を用いて、炭素基材BM1をSiCでコーティングする。以上により、サセプター100が製造される。
7−1.半導体素子
本実施形態では、III 族窒化物半導体発光素子を製造するために気相成長装置1を用いた。しかし、もちろん、その他の半導体素子を製造するために用いることができる。例えば、III 族窒化物系以外の半導体層を有する発光素子である。また、HEMT等の半導体素子であってもよい。
本実施形態では、図2に示すように、サセプター100は、5個の基板載置部150を有することとした。しかし、例えば、1個の基板載置部150を有するサセプターを用いてもよい。また、6個の基板載置部150を有するサセプターを用いてもよい。このように、基板載置部150の数は、いくつであってもよい。
本実施形態では、気相成長装置1は、MOCVD法により半導体層を成長基板上に堆積させるものであるとした。しかし、HVPE法等、その他の気相成長法を用いることとしてもよい。
また、上記の変形例のそれぞれを自由に組み合わせてもよい。
以上詳細に説明したように、本実施形態のサセプター100では、第1面側に発生する渦電流と第2面側に発生する渦電流とが好適に作用しあうように、中央部110の厚みA1と外周部120の厚みB1とを決定した。そのため、半導体成長時には、サセプター100の温度分布は好適である。よって、このサセプターを用いて製造された半導体素子の歩留まりはよい。
100…サセプター
110…中央部
120…外周部
BM1…炭素基材
Claims (7)
- 誘導加熱により加熱されるサセプターの製造方法において、
炭素材料の電気抵抗率を測定する電気抵抗率測定工程と、
前記電気抵抗率測定工程により測定された前記炭素材料の前記電気抵抗率に基づいて前記炭素材料を加工して炭素基材を作製する炭素基材加工工程と、
を有し、
前記炭素基材加工工程では、
第1の厚みA1を有する中央部と、
前記第1の厚みA1より厚い第2の厚みB1を有する外周部と、
を有する前記炭素基材を作製し、
前記電気抵抗率測定工程で測定した前記炭素基材の電気抵抗率が高いほど、前記炭素基材の前記中央部の前記第1の厚みA1を厚く加工すること
を特徴とするサセプターの製造方法。 - 請求項1に記載のサセプターの製造方法において、
前記炭素基材加工工程では、
前記第1の厚みA1および前記第2の厚みB1を、次式
0.9・k・ρ1/2 ≦ A1/B1 ≦ 1.1・k・ρ1/2
ρ: サセプターの炭素基材の電気抵抗率
k: 定数
を満たすように前記炭素材料を加工すること
を特徴とするサセプターの製造方法。 - 請求項2に記載のサセプターの製造方法において、
前記炭素基材加工工程では、
前記第1の厚みA1および前記第2の厚みB1を、次式
δ < A1 < 2・δ
2・δ < B1
δ: 渦電流の浸透深さ
を満たすように前記炭素材料を加工すること
を特徴とするサセプターの製造方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のサセプターの製造方法において、
前記炭素基材加工工程の後に、
前記炭素基材をSiCでコーティングするコーティング工程を有すること
を特徴とするサセプターの製造方法。 - サセプターにおいて、
誘導加熱により加熱される炭素基材を有し、
前記炭素基材は、
第1の厚みA1を有する中央部と、
前記第1の厚みA1より厚い第2の厚みB1を有する外周部と、
を有し、
前記炭素基材の電気抵抗率が高いほど、前記炭素基材の前記中央部の前記第1の厚みA1が厚いこと
を特徴とするサセプター。 - 請求項5に記載のサセプターにおいて、
前記第1の厚みA1および前記第2の厚みB1は、次式
0.9・k・ρ1/2 ≦ A1/B1 ≦ 1.1・k・ρ1/2
ρ: サセプターの炭素基材の電気抵抗率
k: 定数
を満たすこと
を特徴とするサセプター。 - 請求項5または請求項6に記載のサセプターにおいて、
前記第1の厚みA1および前記第2の厚みB1は、次式
δ < A1 < 2・δ
2・δ < B1
δ: 渦電流の浸透深さ
を満たすこと
を特徴とするサセプター。
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2014
- 2014-06-30 JP JP2014133928A patent/JP6233209B2/ja active Active
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