JPH03148816A - 有機金属気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ＝１１ｅｔ
ａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　ＩＥ
ｐｉｔａｘｙ）　　における基板結晶の加熱装置の構造
に関し。

基板結晶の温度を基板面内に均一に加熱し得る基板結晶
加熱装置を作成し、混晶化合物半導体の組成均一性や、
ドーピングの均一性を高めることを目的とし。

成長室と基板載置台と熱輻射反射板と高周波誘導加熱機
構とを有し、該成長室は内部に基板載置台、原料ガス流
入口及び排気口が設けられ、外部に高周波コイルが設け
られているものであり、該高周波誘導加熱機構は高周波
電源により、高周波コイルに電流を通じて、該基板載置
台を高周波誘導加熱するものであり、該基板載置台はそ
の上に基板結晶を載置し、高周波コイルで誘導加熱され
るものであり、該熱輻射反射板は、該基板載置台の裏面
に対向して、該基板載置台からの輻射熱を再び該基板載
置台に向けて反射することができる。

ように設置されているように構成する。

（産業上の利用分野〕 本発明は、ＭＯＶＰＥ法における基板結晶の加熱装置の
構造に関する。

近年のＭＯＶＰＥ法の発達に伴い、多くの半導体素子が
該成長法によって作成されるようになってきた。

ＭＯＶＰＥの一つの重要な特徴は、２或いは３インチと
いった大面積の基板結晶上の全体に、原理上、均一性良
く半導体膜を成長できることである。

しかし、例えばＩｎＧａＡｓＰ等の混晶化合物半導体結
晶を均一性良く成長するためには、また。結晶面内に均
一性良くドーピングを行なうためには。

反応室内に流す原料ガスの流速分布を精度良く制御する
必要がある他、６００℃程度に保持する基板結晶表面の
温度分布を極めて均一にすることが重要である。

そのために、基板結晶の加熱装置の構造を、基板結晶の
温度がその表面全体に渡って均一になるようなものにす
る必要がある。

〔従来の技術〕

第４図は従来例の装置の模式構成図である。

図において、９は成長室。ｌＯは基板Ｒｌ１台、　１１
は結晶基板、１２は保持棒、　１３は高周波コイル、１
４は高周波電源である。

従来の装置においては、高周波電源１４によって。

電力供給された高周波コイル１３はその周りに高周波磁
場を発生し、その高周波磁場−によって該基板載置台ｌ
Ｏが発熱し高温になることによって、その上に載置され
た結晶基板１１が加熱される。

従って、結晶表面内で均一性良く結晶基板１１を加熱す
るためには該基板載置台１０を均一性良く加熱する必要
がある。

ところが、上記従来の方法に従って基板！！置台ｌＯを
加熱した場合、基板載置台１０の中央部が周辺部に比べ
て低温になるといった問題が生じていた。

その原因は以下に示す通りである。

即ち、高周波コイル１３によって発生した高周波磁場は
基板載置台１０内に誘導電流を発生させる。

基板載置台ｌＯの内部に発生した誘導電流は高周波コイ
ル１３によって発生した高周波磁場と逆方向の磁場、即
ち反磁場を発生し該基板載置台１０の中央部の磁場は周
辺部に比べ相対的に弱くなる。

その結果、誘導電流密度は基板ｉｉ！置台１０の周辺部
から中央部に向かって小さくなり、誘導電流によって発
熱する単位面積当たりの熱量は基板載置台１０の周辺部
から中央部に向かって少なくなり。

基板載置台ｌＯの表面温度は周辺部から中央部に向かっ
て低くなる。

従来例における基板載置台上の磁束密度と温度分布を第
５図に示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、基板結晶の温度を基板面内に均一に加熱するこ
とができず、混晶化合物半導体の組成均一性や、ドーピ
ング濃度の均一性が高まらないと言う問題が生じていた
。

本発明は基板結晶の温度を基板面内に均一に加熱し得る
基板結晶加熱装置を作成し、混晶化合物半導体の組成均
一性や、ドーピングの均一性を高めることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明による基
板載置台上の磁束密度と温度分布、第３図は本発明の一
実施例の装置の模式構成図である。

図において、ｌは成長室。２は基板載置台。３は結晶基
板。４は保持棒。５は高周波コイル、６は高周波電源。

７は熱輻射反射板である。８は熱電対である。

第３図に示すように、本発明の有機金属気相成長装置は
、成長室１と基板載置台２と熱輻射反射板７と高周波誘
導加熱機構とを有し、該成長室１は内部に基板載置台２
．原料ガス流入口及び排気口が設けられ、外部に高周波
コイル５が設けられているものであり、該高周波誘導加
熱機構は高周波電源６により、高周波コイル５に電流を
通じて。

該基板載置台２を高周波誘導加熱するものであり。

該基板載置台２はその上に基板結晶３を載置し。

高周波コイル５で誘導加熱されるものであり、課題を解
決する手段として、第１図（ａ）に示すように、該基板
載置台２の裏面に対向して、該基板載置台２からの輻射
熱を再び該基板１１置台２に向けて反射することのでき
るように熱輻射反射板７を設置することにより達成され
る。即ち、第１図（ｂ）に示すように、熱輻射反射板７
で反射した輻射熱が該基板載置台２の裏面より再加熱す
ることにより、基板載置台２の中央部が周辺部より磁束
密度が低くても、第２図に示すように基板載置台２は温
度は殆ど均一に加熱されることになる。

〔作用〕

通常のＭＯＶＰＥ結晶成長温度は６００℃程度であり、
こうした高温の領域においては基板載置台２からの放熱
は殆ど熱輻射による。

従って、放熱の大部分である熱輻射を抑制することによ
って、同じ高周波磁場による加熱条件の下で基板載置台
２の温度をより高くすることができる。

本発明では、結晶基板３を載置する例えばグラファイト
製基板１１１台２の裏面の中央部に対向して熱輻射反射
板７を設置している。

この構成により、基板載置台２の周辺部の熱輻射効率を
一定にしたまま、中央部の熱輻射効率を低下させること
ができる。

その結果、熱輻射反射板７を設置しない場合に比べ該基
板載置台２を加熱した場合に基板載置台２の中央部が周
辺部に比べて低温になると言う問題を解決することがで
きる。

〔実施例〕

第３図は、本発明の一実施例の装置の模式構成図である
。

図において、１は成長室。２は基板載置台。３は結晶基
板。４は保持棒。５は高周波コイル、６は高周波電源、
７は熱輻射反射板。８は熱電対である。

実施に際して、トリメチルインジウム（ＴＭｆ）。

トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）　、フォスフィン（Ｐ
１１＊）。

アルシン（ＡｓＨｓ）を原料とするＩｎＧａＡｓＰ混晶
化合物半導体のＩｎＰ基板上へのＭＯＶＰＥ結晶成長を
考　える。

供給原料であるｐｕｓとＡｓＨ３の固体内への取込み効
率は互いに異なり、供給原料内のＰとＡｓの比と成長膜
内のＰとＡｓの比の関係は基板温度に対して強い依存性
を持つ。

実験結果によれば、６００℃程度の通常の成長温度に対
し、基板面内てｌＯ℃の温度分布がある場合。

成長膜内のＰと＾Ｓの比は基板面内で約５％の組成分布
を示す。

即ち、相対的に結晶基板の中央部のＰとＡｓの組成比が
周辺部に比べて約５％小さくなる。

ところで、本発明による熱輻射反射板７を用いずに結晶
基板３を高周波コイル５によって加熱した場合、約ｌθ
℃の温度分布が生じていた。

用いた結晶基板３の直径は約５０１．基板載置台２の直
径は７０ｍｍ、厚さは５０１１１１１１．高周波電源６
の周波数は１０ｋｌｌｚである。

原料の希釈ガスには水素（１１１）ガスを用い、成長室
１には総流量約８ｊ！のガスを流し、成長室ｌ内の圧力
は約０．１気圧とし、成長は１μｔａ　／ｈｒｓの割合
で２〜３ミーの厚さの膜を形成した。

本発明者は上記従来の装置を第３図に示すように改良し
、結晶基板３の面内の温度分布の均一性を高めてｓ　Ｉ
ｎＧａＡｓＰ結晶膜の組成均一性を高めた。

第３図において、熱輻射反射板７はセラミックスとして
、例えばアルミナで作成し、その直径は約２０ａ＋ｍと
した。

熱輻射反射板７は基板ｉ！置台２の裏面の中央部に対向
して該基板載置台２の裏面から約１０ｍ■の間隙を設け
て設置した。ただし、熱輻射反射板７の中央部には直径
約３ｍｍの穴を開け、熱電対８で基板載置台２の中央部
の温度を計測できるようにした。

また。熱輻射反射板７を設置するために、基板Ｒ置台２
の保持棒４の形状も従来法のものに改良を加えた。即ち
、基板載置台２の保持棒４は石英で作成し、ｖ４．輻射
反射板７の表面が成長室１中のガスによって汚染されな
いように、基板載置台２と熱輻射反射板７の間の間隙に
ガスが流れ込めないような構造にした。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、結晶基板の温度を
基板面内に均一に加熱できるようになり。

混晶化合物半導体の組成均一性や、ドーピングの均一性
を高めることができるようになり、大面積結晶基板上に
面内の均一性の良い半導体結晶を成長できるようになり
、半導体素子の量産性の向上に寄与するところが大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図。 第２図は本発明による基板載置台上の磁束密度と温度分
布。 第３図は本発明の一実施例の装置の模式構成図。 第４図は従来例の装置の模式構成図。 第５図は従来例における基板載置台上の磁束密度と温度
分布である。 図において。 １は成長室、　　　　　２は基板載置台。 ３は結晶基板、　　　　４は保持棒。 ５は高周波コイル、　　６は高周波電源。 ７は熱輻射反射板、　　８は熱電対 （℃ぜ＝ 巷祖鍼置ａ 本ｌ？ｆすｌＩＩ二Ｊ：５幕板載置ａｈの膳東靜皮と溝
塵力ｍ早２肥 Ｍ料ガス 本発明の−支矩例の装置の梗代構バ団 第　３　記

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　成長室（１）と基板載置台（２）と熱輻射反射板（７
   ）と高周波誘導加熱機構とを有し、 該成長室（１）は内部に基板載置台（２）、原料ガス流
   入口及び排気口が設けられ、外部に高周波コイル（５）
   が設けられているものであり、 該高周波誘導加熱機構は高周波電源（６）により、高周
   波コイル（５）に電流を通じて、該基板載置台（２）を
   高周波誘導加熱するものであり、 該基板載置台（２）はその上に基板結晶（３）を載置し
   、高周波コイル（５）で誘導加熱されるものであり、該
   熱輻射反射板（７）は、該基板載置台（２）の裏面に対
   向して、該基板載置台（２）からの輻射熱を再び該基板
   載置台（２）に向けて反射することができるように設置
   されていることを特徴とする有機金属気相成長装置。