JPH03197383A - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPH03197383A
JPH03197383A JP33740389A JP33740389A JPH03197383A JP H03197383 A JPH03197383 A JP H03197383A JP 33740389 A JP33740389 A JP 33740389A JP 33740389 A JP33740389 A JP 33740389A JP H03197383 A JPH03197383 A JP H03197383A
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induction heating
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susceptor
phase growth
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卓 松本
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導加熱による気相成長装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
誘導加熱による結晶基板の加熱方法はSlの気相成長や
■−v族化合物半導体の有機金属気相成長法(MOVP
E)などに用いられている。
基板のみを加熱するコールドウオールの加熱方法の中で
はランプ加熱に比べて反応管の汚れの影響を受けないこ
と、抵抗加熱に比べて加熱速度の速いことが特徴で一般
的に用いられている加熱方法である。
第5図に一般的な横型反応管において誘導加熱による気
相成長装置の構成を示す0図において51が断面円形の
石英反応管であり、その内部に高周波コイル12から誘
導加熱されるカーボン製サセプター53が設置されてい
る。加熱源としては従来より真空管を使用した高周波発
振器を用い、使用周波数は数百KHzを用いる。しかし
最近は効率の高い、サイリスクインバータ一方式の高周
波発振器が増えており、発信周波数は30KHz程度が
用いられている(鈴木順−特開昭58−182818)
〔発明が解決しようとする課題〕
第5図に示す従来より用いられて来た一般的なカーボン
サセプターを用いるとキャリアガスの上流側の表面温度
が下流側に比べて低いという問題点を赤外線放射温度計
によるカーボンサセプターの表面温度測定より発見した
。このことはカーボンサセプター上に結晶基板54を設
置し、結晶成長を行なった場合に成長温度の差を反映し
て上流側と下流側で成長速度や結晶組成、不純物濃度等
に影響を及ぼし、均一性の低下を生じさせていた。
本発明はこれらの問題点を解決し、均一な結晶成長が可
能な気相成長装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は4つあり、その1つは、高周波を用いた誘導加
熱装置および結晶成長用基板を設置する誘導加熱用カー
ボンサセプターを備えた気相成長装置において、誘導加
熱用カーボンサセプターをガスフロー整形用絶縁体と一
体化したことを特徴とする気相成長装置、2つ目は、誘
導加熱用カーボンサセプターをガスフロー整形用絶縁体
と一体化し、かつ下流側のカーボンサセプターの厚みを
誘導電流浸透深さ以下と薄くし、下流側の発熱量を減少
させたことを特徴とする気相成長装置、3つ目は、誘導
加熱用カーボンサセプターの不純物濃度を変化させ、下
流側の発熱量を減少させたことを特徴とする気相成長装
置、4つ目は、誘導加熱用カーボンサセプターの気孔率
を変化させ、下流側の発熱量を減少させたことを特徴と
する気相成長装置である。
〔作用〕
第5図に示すような従来より用いられてきた一般的なカ
ーボンサセプターを用いた場合上流側の温度が低くなる
理由として以下の2点が考えられる。まず第一に上流側
から室温のキャリアガスにより冷却されていること、第
二に上流側のカーボンサセプターの厚さが薄いことであ
る。誘導加熱によるカーボンサセプターの発熱量は次式
によって決まる。
P=122r==KN211”ρX10−6/d (%
II/cflt )・・・・・・(1) P:単位表面積当たりに発生するエネルギー(W/ca
t > 11 :コイルの電流(A) ■、:導体に流れる電流(A) d:誘導電流浸透の深さくcIm) r:導体の等価抵抗くΩ/−) ρ:導体の比抵抗(μΩ1) K:コイルと導体の係数 N:コイルの巻数 ここで電流浸透の深さ:dは次式によって決まる。
d=5036  p  uf  (cse)  ”−(
2)μ:導体の比透磁率 f:周波数(Hz) ここで真空管式誘導加熱の場合周波数を300KHzと
するカーボンサセプターの電流浸透深さは0.3cm程
度となり、第5図に示したカーボンサセプターでは上流
部の一部が誘導電流浸透深さ以下となり、発熱量は低下
する。一方サイリスターインバーター式誘導加熱の場合
周波数を30KHzとするカーボンサセプターの誘導電
流浸透深さは1cm程度となり一層上流部の発熱量は低
下する。
そこで本発明は、カーボンサセプターの厚みを上流部か
ら下流部まで均一とし、キャリアガスフローのための模
型の形状はカーボンサセプターに誘導加熱を受けない絶
縁物を組み合わせて一体化することによってガスフロー
に乱れがなくかつ上流部から下流部まで均一な発熱量を
得られる気相成長装置が可能となった。
さらに本発明は、上流側から室温のキャリアガスにより
冷却されていることによって上流部の冷却量が大きくな
ってしあまうことに対して、下流部のカーボンサセプタ
ーの厚さを誘導電流深さ以下とし下流部の発熱量を低下
させ、実質的にカーボンサセプターの表面温度の均一化
を計っている。この場合誘導電流浸透深さが大きくなる
サイリスターインバータ一方式の低周波誘導加熱方式の
方がより有効である。
さらに本発明は、誘導加熱用カーボンサセプターの不純
物濃度を変化させ、(1)式における導体の比抵抗を変
化させ下流側の発熱量を減少させ、実質的にカーボンサ
セプターの表面温度の均一化を計った。
さらに本発明は、誘導加熱用カーボンサセプターの気孔
率を変化させ、(1)式における導体の比抵抗を変化さ
せガス流下流側の発熱量を減少させ、実質的にカーボン
サセプターの表面温度の均一化を実現した。
〔実施例1〕 第1図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示す
0石英反応管51内に結晶基板ホルダー11が設置され
、石英反応管の周囲に誘導加熱装置の高周波コイル12
が配置されている。半導体結晶基板54を保持する結晶
基板ホルダー11はガス導入口側が薄くなっている模型
の形状を有した石英構造体10の上に均一な厚さのカー
ボンプレート13、すなわち、カーボンサセプターが石
英製ビス14により固定・一体止された構造である。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水素
気流中で高周波加熱により700℃に加熱したところ、
サセプター表面温度は上流側の方が下流側より5℃高温
であった。一方策5図に示す従来構造のカーボンサセプ
ターでは同一条件下で20℃上流側の方が高温であった
〔実施例2〕 第2図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示す
、結晶基板ホルダー21は横型の形状を有した石英構造
体10の上に、上流側の厚さが11、下流側の厚さが0
.5CI+のカーボンプレート23で成るカーボンサセ
プターが石英製とス14により固定・一体止されている
。この他の部分は実施例11と同じである。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水蒸
気流中で700℃加熱した。用いた高周波発振器はサイ
リスターインバータ一方式のもので誘導周波数は30K
Hzである。サセプター表面温度は周辺部を除いて±2
℃以内と極めて均一であることがわかった。
〔実施例3〕 第3図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示す
、結晶基板ホルダー31はガス流の上流側が高純度カー
ボン33、下流側がシリコン含有率の高いカーボン34
で成るカーボンサセプターが横型の形状を有した石英構
造体10の上にそれぞれ石英製ビス14に固定・一体止
されている。
上流側のカーボンサセプターの抵抗率は1300μΩ/
cmで下流側は1800μΩ/C1lとなっている。こ
の他の部分は実施例1と同じである。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水素
気流中で700℃に加熱した。サセプター表面温度は周
辺部を除いて±2℃以内と極めて均一であることがわか
った。
〔実施例4〕 第4図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示す
、結晶基板ホルダー41はガス流の上流側が気孔率の低
いカーボン42、下流側が気孔率の高いカーボン43で
成るカーボンサセプターが横型の形状を有した石英構造
体10の上にそれぞれ石英製ビス14にて固定・一体止
されている。上流側のカーボンサセプターのかさ密度は
1.85g/−抵抗率は1200μΩ1で下流側は密度
は1.55g/−抵抗率は4700μΩ1となっている
。この他は実施例1と同じである。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水蒸
気流中で700℃に加熱した。サセプター表面温度は周
辺部を除いて±2℃以内と極めて均一であることがわか
った。
〔発明の効果〕
本発明によれば高周波を用いた誘導加熱装置および結晶
成長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを
備えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサセ
プターをガスフロー整形用絶縁体と一体化したことによ
り、また誘導加熱用カーボンサセプターをガスフロー整
形用絶縁体と一体化し、かつガス流下流側のカーボンサ
セプターの厚みを誘導電流浸透深さ以下と薄くし、下流
側の発熱量を減少させたことにより、また誘導加熱用カ
ーボンサセプターの不純物濃度を変化させ、下流側の発
熱量を減少させたことにより、また誘導加熱用カーボン
サセプターの気孔率を変化させ、下流側の発熱量を減少
させたことによりカーボンサセプター表面の温度分布が
均一になることがわかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第2図は本発明の第2の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第3図は本発明の第3の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第4図は本発明の第4の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第5図は本発明の詳細な説明するための気相成長装置の
構造断面図。 11.21.31.41・・・基板ホルダー 12・・
・高周波コイル、13.23・・・カーボンプレート、
14・・・石英製ビス、10・・・石英構造体、33・
・・高純度カーボン、34・・・シリコン含有カーボン
、42・・・低気孔率カーボン、43・・・高気孔率カ
ーボン、51・・・石英製反応管、53・・・カーボン
製サセプタ、54・・・半導体結晶基板、55・・・ガ
ス導入口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成長用基板
    を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備えた気相
    成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプターをガ
    スフロー整形用絶縁体と一体化したことを特徴とする気
    相成長装置。 2、高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成長用基板
    を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備えた気相
    成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプターをガ
    スフロー整形用絶縁体と一体化し、かつ下流側のカーボ
    ンサセプターの厚みを誘導電流浸透深さ以下と薄くした
    ことを特徴とする気相成長装置。 3、高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成長用基板
    を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備えた気相
    成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプターの不
    純物濃度を変化させ、下流側の発熱量を減少させたこと
    を特徴とする気相成長装置。 4、高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成長用基板
    を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備えた気相
    成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプターの気
    孔率を変化させ、下流側の発熱量を減少させたことを特
    徴とする気相成長装置。
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