JPH0380530A

JPH0380530A - ヒータおよびそれを用いた気相成長装置

Info

Publication number: JPH0380530A
Application number: JP1785390A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Akagawa; 赤川　慶一; Hirosuke Sato; 裕輔佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1991-04-05

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は抵抗加熱用のヒータおよびこのヒータを利用し
て化合物半導体を製造するために用いられる気相成長装
置に関する。

（従来の技術）ヘテロ構造の化合物半導体を製造するために使われてい
る気相成長装置では、一般に結晶基板を一定温度に保持
しておき、キャリアガスとともに成長ガスを流し、基板
上で成長させ薄膜を形成する。この時、結晶基板の温度
分布は、成長速度、膜厚均一性の点から一定にする必要
がある。

従来の結晶基板ベーキング装置を第６図及び第７図を用
いて説明する。第６図において、結晶基板３を載置した
サセプタ４をカーボンヒータ６の上方に配置し、カーボ
ンヒータの発熱部６に反応反応装置外部から配線された
電極７，８を介して電流を流して温度を上げ、それによ
って、サセプタ４．結晶基板３の温度を上げる。しかる
後、反応管２のガス導入口１から反応ガスを導入し結晶
基板３上で結晶成長させる。

ここで問題となるのは、カーボンヒータの発熱部６の電
極７，８に近い部分の温度が上がらない事である。第７
図で従来のカーボンヒータを詳細に説明すると、厚さ、
幅とも一定な円形の迷路状カーボンヒータの発熱部６の
両端を、各々の電極７．８にネジ２２により締め付は固
定している。

いま一方の電極からカーボンヒータの発熱部６に電流を
流すと発熱部６の抵抗により発熱し、温度が上昇する。

しかし、第７図の黒色部分２３で示したようにカーボン
ヒータの発熱部６の温度が上がらず電極７，８に近ずく
に従って著しく温度が低下する。

その理由は、発熱Ｍ６の端部の温度が上昇しても抵抗の
小さな電極７，８は温度が上昇せず、したがって両者の
接続箇所近傍においてヒータの発熱部６の温度が著しく
低下するのである。

特に気相成長装置においては、結晶基板３の温度を均一
に保つ必要性および反応管２内は有害ガス等を流すため
に外気とは遮断し、外部から電極７．８を通して、所定
の場所に設置されたヒータ６まで電流を流している。電
極７，８の温度が上昇して成長に悪影響を与えたり、溶
融して反応管２のリークを誘発したりしないように、電
極７゜８を冷却することもある。このような状況になる
と、さらにヒータの発熱部６の温度変化は大きくなる。

そのため、第６図で示すサセプタ４及びサセプタ４に載
っている結晶基板３にまで温度分布が出来てしまう。温
度分布が出来てしまうと、前記したように成長ガスを流
して結晶成長させた時、成長速度が変わったり膜厚が不
均一になったりする。

成長速度が変わったり膜厚が不均一になると、高い歩留
まりでは良品を得る事が出来ない等の第１の問題点があ
った。

また、第２の問題点として次のような状況を生じうる。

つまり、ヒータの発熱部６からサセプタ４に均一に熱の
伝導が行なわれているとしても第８図に示すようにサセ
プタ支持棒１１がある太さを有しているため、このサセ
プタ支示棒１１からプレート１０方向へ熱が伝導で伝わ
り逃げてしまうこと、あるいは、キャリアガスによる反
応管冷却部１２への熱伝導により、特に反応管内圧力が
高い時に、サセプタ４外周部の温度が、中央部の温度よ
り低くなる。

このようにヒータの発熱部６が均一に発熱したとしても
、上記のごとく、結晶基板３の外周部近傍で温度が低く
、中央部近傍で温度が高いという温度分布が不均一にな
る第２の問題点が生じる。

そして、このように不均一な温度分布で作った結晶基板
を、例えばレーザダイオードにしたとき、チップ間で発
振周波数が異なる、ドーピングガスの取り込み量が不均
一な為発振しない部分が出る等で不良となり、高い歩留
まりで良品を得ることが出来ない等の問題があった。

（発明が解決しようとする課題）以４−説明したように従来のカーボンヒータは、電極部
と発熱部のっけね部分で発熱部の熱が電極に食われ温度
低下を来たした。そのため、サセプタ上の結晶基板に温
度分布が出来、結晶成長した時薄膜の膜厚が不均一とな
り、そのため、電気特性が悪く大量生産が出来ない等の
第１の問題点があった。

また、ある種の気相成長装置にあっては、ヒータが均一
に発熱したとしても、結晶基板が外周部が中央部よりも
温度が低く、結局膜厚が不均一となってしまうという第
２の問題点があった。

本発明は、」二足事情を考慮してなされたものでその目
的は、温度分布の均一なヒータを得ると共にそのヒータ
を用いて膜厚の均一性の良い結晶成長が行なえる気相成
長装置を得ることおよび、結晶基板の温度を均一に加熱
できるヒータおよびそれを用いて、膜厚の均一性の良い
結晶成長が行なえる気相成長装置を得るにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）第１の発明のヒータは、電気抵抗の小さな非発熱部と、
この非発熱部に接続され電気抵抗の大きな発熱部と、か
ら成るヒータにおいて、前記発熱部の前記非発熱部との
接触部の近傍部分の発熱効率を、前記発熱部の他の部分
の発熱効率よりも大きくしたことを特徴としている。

また、第２の発明の気相成長装置は、反応容器と、この
反応容器内に配置される試料と、この試料を所定温度に
加熱するヒーターと、を備え、前記反応容器名に反応ガ
スを供給して前記試料表面に薄膜を結晶成長させる気相
成長装置において、前記ヒータは、電気抵抗の小さな非
発熱部と、この非発熱部に接続され電気抵抗の大きな発
熱部とから成り、前記発熱部の前記非発熱部との接触部
の近傍部分の発熱効率を、前記発熱部の他の部分の発熱
効率よりも大きくしたことを特徴としている。

また、第３の発明のヒータは、迷路状に形成された発熱
部を有するヒータにおいて、前記発熱部の外周部近傍の
発熱効率を中央部近傍の発熱効率よりも大きくしたこと
を特徴としている。

また、第４の発明の気相成長装置は、反応容器と、この
反応容器内に配置され試料を載置するサセプタと、前記
試料を所定温度に加熱するために前記サセプタに対向し
て設けられたヒータと、を備え、前記反応容器内に反応
ガスを供給して前記試料表面に薄膜を結晶成長させる気
相成長装置において、前記ヒータの前記サセプタの外周
部近傍に対向する部分の発熱効率を中央部近傍に対向す
る部分の発熱効率よりも大きくしたことを特徴としてい
る。

（作　　用）ヒータは発熱部と非発熱部との接触部において、発熱部
で発生した熱が非発熱部に吸収されて温度が低下するが
、第１の発明のヒータではｄ度が低ドする近傍の発熱部
の発熱効率を他の部分よりも大きくして、非発熱部に吸
収される熱量を補償してヒータ全体にわたってほぼ均一
な温度となるようにしている。

そして、この第１の発明のヒータを用いた第２の発明た
る気相成長装置にあっては基板温度をほぼ全面にわたっ
て均一に保持できるため成長薄膜の厚さをほぼ均一にで
きる。

また、第３の発明のヒータにおいては、迷路状ヒータの
周辺部の発熱効率を中央部のそれよりも大きくしている
ため、この第３の発明のヒータを用いた第４の発明たる
気相成長装置にあっては、サセプタの周辺部の温度低下
を補償することができ、結晶基板を全面にわたって均一
温度に保持できるため、成長薄膜の厚さをほぼ均一にで
きる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、
従来と同一部分あるいは、相当する部分には同一符号を
付して詳細な説明は省略する。

まず、第１図および第２図を用いて第１の発明たるヒー
タについて説明する。

迷路状のカーボンヒータの発熱部６に電極７゜８がボル
ト２２によって取り付は固定されている。

ここで電極７，８に取り付けられ接触している発熱部６
の接触部分２６の面積は十分広くとり、接触抵抗が大き
くならないようにし、その先の立ち上がり部分２４を厚
みを薄くして、温度が上がるように断面積を従来のもの
よりも小さくしである。

さらに外周辺部分２５を中心に向って所定の場所まで徐
々に厚さを増していく。ただし、ここでは図示しないが
上側にあるサセプタとの間隔を、−定にする事によって
熱伝導が均一となるようにするため、薄くする部分は下
側を削って薄くするものとする。

次に従来技術で説明した第６図の気相成長装置で第１の
発明である第１図のカーボンヒータに置き換えて設置し
温度を上げたとき、第１図カーボンヒータの黒色部分（
温度の低い領域）に示すように、電極に接続した最も近
い所の一部の温度下降だけは生じるが、前記したように
、他は全面的に均一に温度が上がる。従ってサセプタ４
′上の結晶基板３の温度も全面的に均一になる事になる
。

そして、反応管２上部のガス導入口１から成長ガスを流
して成長させたとき、成長速度が変わらずに極めて均一
な膜厚を結晶基板３全面に成長させることができる。

なお、第１図中、ヒータの発熱部６の立ち上がり部分２
４の断面積を厚さを薄くすることにより従来よりも小さ
くしたが、電極７，８に近づくにしたがって徐々に小さ
くしたり、段階的に小さくしてもよい。また、外周辺部
分２５も中心に向って（電極７．８から離れるにしたが
って）徐々に断面積を増大させているが段階的に大きく
してもよく、また、一部切欠くことによって達成しても
よい。さらにヒータの材質はカーボンに限定されること
はなく発熱するものであれば何でもよい。

第２図は、第１の発明のヒータの変形例を示す斜視図で
ある。第１図においては、基板３の形状に合わせてヒー
タも迷路状の円形ヒータであったが、形状、パターン等
はこれに限定されるものではなく、第２図に示すように
４角形状のヒータでもよい。

この場合にも発熱部６の電極７，８との接触部分２６の
面積は従来と同等に広くし、その先の部分２４は抵抗を
大きくして温度上昇するように断面積を従来のものより
小さくしている。

そして、さらに外周辺部分２５の断面積を電極７．８か
ら離れるにしたがって大きくしている。

以上、第１図、第２図に具体例を示したように第１の発
明のヒータによれば電極７．８と発熱部６の接触部分２
６の面積は従来と同等に大きくし、その近傍の部分２４
の断面積を小さくして抵抗を大きく発熱量を大きくして
いる。

そして、この近傍部分２４の断面積を近傍部分２４の発
熱量が電極７．８に取られてしまった後に他の発熱部６
の発熱量と等しく、結果として発熱部６の温度が全体に
わたって均一となるように設定することにより目的が達
成される。

なお、ヒータの曲げ形状（パターン形状）も本尖施例に
拘束されるものではなく、いかなる曲げ形状でも良い。

そして、曲げ形状に関連して電極の取り付は位置はどこ
でもよく、また、２カ所だけでなく何箇所でもよいし並
ぶ必要もない。

なお、以上の説明は全てヒータの発熱部６の電極７，８
の接触部分近傍の発熱効率を高めるための一手段として
断面積を小さくしたが、発熱効率を高める手段としては
他にも種々ある。

例えば該当部分の発熱部を密に構成して他の部分よりも
トータルとして発熱効率を上げたり、該当部分を他の部
分よりも発熱効率の大きな材料からなる発熱体で構成し
てもよい。

このように第１の発明は、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して用いることができる。

次に第３図乃至第５図を用いて第３の発明たるヒータに
ついて説明する。

第３図は、第７図に示す従来のヒータあるいは第１図に
示す第１の発明のヒータであるが、その発熱部６のＡ−
Ａ’断面図は第４図に示すごとく中央部と外周部では発
熱効率を均一にすべく断面積はほぼ一定である。

一方、第５図（ａ）乃至（Ｃ）は第３の発明たるヒータ
の第３図におけるＡ−Ａ’断面図である。

第５図（ａ）は外周側の厚さを薄くシたものであり、第
５図（ｂ）は中央部から外周側に向って順次薄くしたも
のであり、第５図（Ｃ）は外周側を二つ割にし、薄くし
たものである。第３の発明のカーボンヒータを第８図に
示す気相成長装置に設置して電極７．８に電流を流した
とき、前述したように外側の電気抵抗が高い為温度が高
くなる。こうしておいて反応管入り口ｌからキャリアガ
ス及び成長ガスを流したとき結晶基板３温度は一定とな
る。すなわち、サセプタ４外周部からの放熱（従来の第
２の問題点で詳述した）をカーボンヒータ外周部の高温
の熱が補給することになりサセプタ４温度が一定となる
。それによって結晶基板３温度も一定になることになる
。このようにして作られた薄膜の結晶基板の電気特性は
極めて良好となり歩留まりも高くなる。なお、第５図（
ａ）　（ｂ）　（ｃ）は単独で使用しても良く、また組
み合わせて使用しても良い。

なお、ヒータの曲げ形状（パターン形状）は本実施例に
拘束されるものではなく、いかなる曲げ形状でも良い。

なお、以上の説明は全てヒータの発熱部６の外周部近傍
の発熱効率を高めるための一手段として断面積を小さく
したが、発熱効率を高める手段としては他にも種々ある
。

例えば該当部分の発熱部を密に構成して他の部分よりも
トータルとして発熱効率を上げたり、該当部分を他の部
分よりも発熱効率の大きな飼料からなる発熱体で構成し
てもよい。

このように第３の発明は、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して用いることができる。

なお、第３の発明のヒータにおいては、第１の発明のヒ
ータの構成を組合せて採用した方が良いことは明白であ
る。

［発明の効果］以上説明したように第１の発明のヒータによれば発熱部
全体にわたって均一な温度が得られる。

また第２および第４の発明の気ｔ１１成長装置によれば
均一な膜厚の結晶成長を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明のヒータの一実施例の斜視図、第２
図は第１の発明のヒータの変形例を示す斜視図、第３図
はヒータの斜視図、第４図は、第３図におけるＡ−Ａ’
断面図、第５図は、第３の発明のヒータのＡ−Ａ’断面
図、第６図はヒータを用いた従来の気相成長装置の断面
図、第７図は従来のヒータの斜視図、第８図は他の従来
の気相成長装置の断面図である。１・・・ガスの入口、２・・・反応管（反応容器）、３
・・・結晶基板（試料）、４・・・サセプタ、５・・・
排気管、６・・・ヒータの発熱部、７，８・・・電極（
非発熱部）、９・・・絶縁物、１０・・・プレート、１
１・・・サセプタ支持棒、１２・・・反応管冷却部、２
２・・・ネジ、２６・・・接触部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気抵抗の小さな非発熱部と、この非発熱部に接続されて電気抵抗の大きな発熱部と、から成るヒータにおいて、前記発熱部の前記非発熱部との接触部の近傍部分の発熱
効率を、前記発熱部の他の部分の発熱効率よりも大きく
したことを特徴とするヒータ。
（２）反応容器と、この反応容器内に配置され、試料を載置するサセプタと
、前記試料を所定温度に加熱するヒータと、を備え、前記反応容器内に反応ガスを供給して前記試料表面に薄
膜を結晶成長させる気相成長装置において、前記ヒータは、電気抵抗の小さな非発熱部と、この非発
熱部に接続され電気抵抗の大きな発熱部とから成り、前
記発熱部の前記非発熱部との接触部の近傍部分の発熱効
率を、前記発熱部の他の部分の発熱効率よりも大きくし
たことを特徴とする気相成長装置。
（３）前記ヒータは、前記発熱部の前記非発熱部との接
触部の近傍部分の断面積を前記発熱部の他の部分の断面
積よりも小さくしたことを特徴とする請求項１記載のヒ
ータあるいは請求項２記載の気相成長装置。
（４）迷路状に形成された発熱部を有するヒータにおい
て、前記発熱部の外周部近傍の発熱効率を中央部近傍の発熱
効率よりも大きくしたことを特徴とするヒータ。
（５）反応容器と、この反応容器内に配置され試料を載置するサセプタと、前記試料を所定温度に加熱するために前記サセプタに対
向して設けられたヒータと、を備え、前記反応容器内に
反応ガスを供給して前記試料表面に薄膜を結晶成長させ
る気相成長装置において、前記ヒータの前記サセプタの外周部近傍に対向する部分
の発熱効率を中央部近傍に対向する部分の発熱効率より
も大きくしたことを特徴とする気相成長装置。
（６）前記ヒータは、前記サセプタの外周部近傍に対向
する部分の断面積を中央部近傍に対向する部分の断面積
よりも小さくしたことを特徴とする請求項４記載のヒー
タあるいは請求項５記載の気相成長装置。