JPH04182386A - エピタキシャル成長基板サセプタ - Google Patents
エピタキシャル成長基板サセプタInfo
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- JPH04182386A JPH04182386A JP31195190A JP31195190A JPH04182386A JP H04182386 A JPH04182386 A JP H04182386A JP 31195190 A JP31195190 A JP 31195190A JP 31195190 A JP31195190 A JP 31195190A JP H04182386 A JPH04182386 A JP H04182386A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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、基板上にヘテロエピタキシャル成長を行う際
に基板を保持するエピタキシャル成長基板サセプタに関
する。
に基板を保持するエピタキシャル成長基板サセプタに関
する。
近年、大面積基板の製造が困難である材料をその材料と
は異なった材質の基板上にヘテロエピタキシャル成長さ
せた基板が製作されている。このような例として、Si
基板」−にGaAsをエピタキシャル成長させてなる基
板がある。GaAs等の化合物半導体は、Siでは実現
できないような種々の特徴を備えており、光または高速
電子デバイスに対する需要は大きい。ところが、Si基
板に対してGaAs基板は、完全結晶の作製が困難であ
る、機械的強度が小さくてもろい、大面積化が困難であ
る等の難点を有している。従って、Si基板上にGaA
S層を形成した基板を作製できれば、GaAs及びSi
が有する夫々の長所を何れも生かしたデバイスを実現す
ることができる。このような状況にあって、Si基板上
にGaAsをヘテロエピタキシャル成長させる技術につ
いて、様々な研究がなされている。
は異なった材質の基板上にヘテロエピタキシャル成長さ
せた基板が製作されている。このような例として、Si
基板」−にGaAsをエピタキシャル成長させてなる基
板がある。GaAs等の化合物半導体は、Siでは実現
できないような種々の特徴を備えており、光または高速
電子デバイスに対する需要は大きい。ところが、Si基
板に対してGaAs基板は、完全結晶の作製が困難であ
る、機械的強度が小さくてもろい、大面積化が困難であ
る等の難点を有している。従って、Si基板上にGaA
S層を形成した基板を作製できれば、GaAs及びSi
が有する夫々の長所を何れも生かしたデバイスを実現す
ることができる。このような状況にあって、Si基板上
にGaAsをヘテロエピタキシャル成長させる技術につ
いて、様々な研究がなされている。
ところが、SiとGaAsとではその格子定数が約4%
程度(室温でのSiの格子定数: 5.4309人、室
温でのGaAsの格子定数: 5.6533人)異なる
ので、GaAs基板の作製時と同様の成長条件にてSi
基板上に単結晶のGaAs層をエピタキシャル成長させ
ることはできず、両者の格子不整合を緩和してSi基板
上に単結晶のGaAs層をエピタキシャル成長させるた
めには何らかの工夫が必要である。
程度(室温でのSiの格子定数: 5.4309人、室
温でのGaAsの格子定数: 5.6533人)異なる
ので、GaAs基板の作製時と同様の成長条件にてSi
基板上に単結晶のGaAs層をエピタキシャル成長させ
ることはできず、両者の格子不整合を緩和してSi基板
上に単結晶のGaAs層をエピタキシャル成長させるた
めには何らかの工夫が必要である。
このような工夫の1つとして、低温状態と高温状態との
2段階に分けてQaAsをエピタキシャル成長させる方
法が公知である(日経マイクロデバイス1986年1月
号p、113〜p、127)。この方法は、低温状態で
非晶質またはある程度結晶化したQaAsをエピタキシ
ャル成長させた後、高温状態にてGaAsを更にエピタ
キシャル成長させる2段階の成長により単結晶のGaA
s層をSi基基土上形成する方法である。以下、この方
法について説明する。
2段階に分けてQaAsをエピタキシャル成長させる方
法が公知である(日経マイクロデバイス1986年1月
号p、113〜p、127)。この方法は、低温状態で
非晶質またはある程度結晶化したQaAsをエピタキシ
ャル成長させた後、高温状態にてGaAsを更にエピタ
キシャル成長させる2段階の成長により単結晶のGaA
s層をSi基基土上形成する方法である。以下、この方
法について説明する。
第2図はこの方法の工程を示す模式的断面図、第3図は
この方法におけるエピタキシャル成長のシーケンス図で
ある。まず、Si基板1を1000°C程度で熱処理し
て表面を清浄した後、MOCVD(Metal−org
anic Chemical Vapor Depos
ition +有機金属の熱分解による気相成長)法
またはMBB(MolecularBeam Bpit
aXy:分子線エピタキシャル成長)法を用いて、MO
CVD法ならば450℃程度、 MBB法ならば400
℃程度の低温にてQaAsをエピタキシャル成長させて
、膜厚200人程度の非晶質のGaAs層2を形成する
(第2図(a))。次に、成長を一旦中断した後、基板
温度を600〜750°C程度まで上昇させて再びGa
Asをエピタキシャル成長させ、膜厚数μm程度の単結
晶のQa、As層3を形成する(第2図Q)))。
この方法におけるエピタキシャル成長のシーケンス図で
ある。まず、Si基板1を1000°C程度で熱処理し
て表面を清浄した後、MOCVD(Metal−org
anic Chemical Vapor Depos
ition +有機金属の熱分解による気相成長)法
またはMBB(MolecularBeam Bpit
aXy:分子線エピタキシャル成長)法を用いて、MO
CVD法ならば450℃程度、 MBB法ならば400
℃程度の低温にてQaAsをエピタキシャル成長させて
、膜厚200人程度の非晶質のGaAs層2を形成する
(第2図(a))。次に、成長を一旦中断した後、基板
温度を600〜750°C程度まで上昇させて再びGa
Asをエピタキシャル成長させ、膜厚数μm程度の単結
晶のQa、As層3を形成する(第2図Q)))。
このような2段階成長法により、格子定数の差による格
子不整合を緩和してSi基板」−に単結晶のGaAs層
を形成することができる。
子不整合を緩和してSi基板」−に単結晶のGaAs層
を形成することができる。
ところで、上述した工程において、エピタキシャル成長
を行う際に、反応炉(図示せず)内に設けられた第4図
に示すようなサセプタ14にてSi基板1は保持されて
いる。サセプタ14は、石英、カーボン、金属等の材料
からなり、載置する81基板1と同形の凹部14aがそ
の上面に形成され、この凹部14aにSi基板1を配置
するようになっている。
を行う際に、反応炉(図示せず)内に設けられた第4図
に示すようなサセプタ14にてSi基板1は保持されて
いる。サセプタ14は、石英、カーボン、金属等の材料
からなり、載置する81基板1と同形の凹部14aがそ
の上面に形成され、この凹部14aにSi基板1を配置
するようになっている。
そして、このサセプタ14は、GaAsのエピタキシャ
ル成長時に加熱されて、Si基板1を設定温度に保って
いる。
ル成長時に加熱されて、Si基板1を設定温度に保って
いる。
前述したような工程により、Si基板」−にGaAsを
エピタキシャル成長させた場合、Siの熱膨張係数C8
+ (= 2.6X10−’/’C)とGaAsの熱膨
張係数(I o a A h(= 6.5X10−’/
℃)とが異なるので、Si基板に比べて非常に薄いGa
As層には、成長温度T、(=700°C)から室温T
、(=25℃)に冷却する時の温度差ΔT (=T、−
T、 )による熱応力Sが発生する。このときの熱応力
Sは、GaAsのヤング率をE (=8.55xlO”
dyn/cIIl) 、 SiとQaAsとの熱膨張係
数の差をΔσとして、下記(1)式にて求められる。
エピタキシャル成長させた場合、Siの熱膨張係数C8
+ (= 2.6X10−’/’C)とGaAsの熱膨
張係数(I o a A h(= 6.5X10−’/
℃)とが異なるので、Si基板に比べて非常に薄いGa
As層には、成長温度T、(=700°C)から室温T
、(=25℃)に冷却する時の温度差ΔT (=T、−
T、 )による熱応力Sが発生する。このときの熱応力
Sは、GaAsのヤング率をE (=8.55xlO”
dyn/cIIl) 、 SiとQaAsとの熱膨張係
数の差をΔσとして、下記(1)式にて求められる。
S=Δσ・ΔT−E
−(σGaA1−σs、) ・(’r、 −’r、
) ・E=(6,5X10−6−2.6X10−’)
X(700−25) X8.55X10”= 2.3
xlO9[dyn/an?] −(1)そして、
QaAS層はSi基板に比べて縮む割合が大きいので、
作製された基板はGaAs層側に反る。GaAs層上に
素子を形成する場合には、少なくとも4μm程度の膜厚
を必要とする。ところが、GaAS層の膜厚が4μmを
越えると、GaAsにクラック(ひび割れ)が発生し、
半導体基板としては使用できない。
) ・E=(6,5X10−6−2.6X10−’)
X(700−25) X8.55X10”= 2.3
xlO9[dyn/an?] −(1)そして、
QaAS層はSi基板に比べて縮む割合が大きいので、
作製された基板はGaAs層側に反る。GaAs層上に
素子を形成する場合には、少なくとも4μm程度の膜厚
を必要とする。ところが、GaAS層の膜厚が4μmを
越えると、GaAsにクラック(ひび割れ)が発生し、
半導体基板としては使用できない。
このようなりラックは、特に成長基板の周縁部から発生
しやすく、このクラックの発生が基板製作の歩留りを低
下させていた。
しやすく、このクラックの発生が基板製作の歩留りを低
下させていた。
成長基板の周縁部から発生するクラックを低減する方法
について検討した結果、エピタキシャル層の周縁部が中
心部に比べて、膜厚が薄い場合、及び結晶性が悪い場合
に、クラックの発生が少ないことを知見した。そして、
成長基板の周縁部の温度を中心部に比べて低くするかま
たは不安定にすれば、膜厚が薄(て結晶性が悪いGaA
s層を周縁部に形成することが可能である。周縁部の温
度をこのようにするためには、加熱されたサセプタに成
長基板の周縁部が接触しないようにすれば良いことが考
えられる。
について検討した結果、エピタキシャル層の周縁部が中
心部に比べて、膜厚が薄い場合、及び結晶性が悪い場合
に、クラックの発生が少ないことを知見した。そして、
成長基板の周縁部の温度を中心部に比べて低くするかま
たは不安定にすれば、膜厚が薄(て結晶性が悪いGaA
s層を周縁部に形成することが可能である。周縁部の温
度をこのようにするためには、加熱されたサセプタに成
長基板の周縁部が接触しないようにすれば良いことが考
えられる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、エピ
タキシャル成長基板の周縁部からのクラックの発生を低
減でき、基板製作の歩留りを向上できるエピタキシャル
成長基板サセプタを提供することを目的とする。
タキシャル成長基板の周縁部からのクラックの発生を低
減でき、基板製作の歩留りを向上できるエピタキシャル
成長基板サセプタを提供することを目的とする。
本発明に係るエピタキシャル成長基板サセプタは、基板
のイ==I料と異なる材料を前記基板上にヘテロエピタ
キシャル成長させる装置内に設けられ、前記基板を保持
する基板サセプタにおいて、前記基板の周縁部に対応す
る位置に溝が形成されており、前記基板に周縁部が接触
しないような構造としたことを特徴とする。
のイ==I料と異なる材料を前記基板上にヘテロエピタ
キシャル成長させる装置内に設けられ、前記基板を保持
する基板サセプタにおいて、前記基板の周縁部に対応す
る位置に溝が形成されており、前記基板に周縁部が接触
しないような構造としたことを特徴とする。
本発明のエピタキシャル成長基板サセプタを用いてヘテ
ロエピタキシャル成長を行うと、サセプタに接触する基
板の中央部では温度が高温で均一となり、サセプタに接
触しない基板の周縁部では中心部に比べて温度は低(不
安定となる。この結果、中央部では良好なエピタキシャ
ル層が成長し、周縁部では中央部に比べて膜厚が薄くて
結晶性が劣るエピタキシャル層が成長する。そして、周
縁部に発生するクラックは減少し、歩留りは向上する。
ロエピタキシャル成長を行うと、サセプタに接触する基
板の中央部では温度が高温で均一となり、サセプタに接
触しない基板の周縁部では中心部に比べて温度は低(不
安定となる。この結果、中央部では良好なエピタキシャ
ル層が成長し、周縁部では中央部に比べて膜厚が薄くて
結晶性が劣るエピタキシャル層が成長する。そして、周
縁部に発生するクラックは減少し、歩留りは向上する。
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的
に説明する。
に説明する。
第1図は本発明に係るエピタキシャル成長基板サセプタ
4の模式的断面図である。サセプタ4の上面には、4イ
ンチのSi基板1を収納できるように深さ1〜3mmの
凹部4aが形成されている。凹部4aの周縁には、幅7
mm程度、深さ5+n+n以上の溝4bが形成されてい
る。この溝4bはSi基板1の周縁部の下方に位置し、
Si基板1をサセプタ4にて保持した際に、Si基板1
の周縁部がサセプタ4に接触しないようになっている。
4の模式的断面図である。サセプタ4の上面には、4イ
ンチのSi基板1を収納できるように深さ1〜3mmの
凹部4aが形成されている。凹部4aの周縁には、幅7
mm程度、深さ5+n+n以上の溝4bが形成されてい
る。この溝4bはSi基板1の周縁部の下方に位置し、
Si基板1をサセプタ4にて保持した際に、Si基板1
の周縁部がサセプタ4に接触しないようになっている。
このようなサセプタ4にてSi基板1を保持し、81基
板1上にGaAsをエピタキシャル成長させる。
板1上にGaAsをエピタキシャル成長させる。
なお、この際のエピタキシャル成長方法は、従来の技術
にて説明した2段階の成長法を用いる。つまり、低温状
態で非晶質またはある程度結晶化したGaAsをエピタ
キシャル成長させた後、高温状態にてGaASを更にエ
ピタキシャル成長させる2段階の成長により単結晶のG
aAs層をSi基板上に形成する方法を用いる。なお、
この成長方法の具体的工程は既に説明しているのでここ
ではその説明を省略する。
にて説明した2段階の成長法を用いる。つまり、低温状
態で非晶質またはある程度結晶化したGaAsをエピタ
キシャル成長させた後、高温状態にてGaASを更にエ
ピタキシャル成長させる2段階の成長により単結晶のG
aAs層をSi基板上に形成する方法を用いる。なお、
この成長方法の具体的工程は既に説明しているのでここ
ではその説明を省略する。
MOCVD法、 MBE法では、高周波加熱または抵抗
線加熱等によりサセプタを加熱し、その上に保持された
Si基板の温度を調節する。従来のサセプタ14(第4
図参照)では、Si基板1の底面全域がサセプタ14に
接触しているので、Si基板1の温度は均一である。従
って、成長基板に生じる熱応力によるクラックの発生を
Si基板1の周縁部において避けることはできない。一
方、本発明のサセプタ4(第1図参照)では、Si基板
1の周縁部に対応する位置に溝4bが設けられており、
Si基板1の周縁部はサセプタ4に接触しない。従って
、Si基板1の周縁部は中心部に比べて温度が低(なる
かまたは不安定となる。この結果、中央部では良好なエ
ピタキシャル層が形成され、周縁部では中央部に比べて
薄(結晶性が劣るエピタキシャル層が形成されてクラッ
クは発生しない。
線加熱等によりサセプタを加熱し、その上に保持された
Si基板の温度を調節する。従来のサセプタ14(第4
図参照)では、Si基板1の底面全域がサセプタ14に
接触しているので、Si基板1の温度は均一である。従
って、成長基板に生じる熱応力によるクラックの発生を
Si基板1の周縁部において避けることはできない。一
方、本発明のサセプタ4(第1図参照)では、Si基板
1の周縁部に対応する位置に溝4bが設けられており、
Si基板1の周縁部はサセプタ4に接触しない。従って
、Si基板1の周縁部は中心部に比べて温度が低(なる
かまたは不安定となる。この結果、中央部では良好なエ
ピタキシャル層が形成され、周縁部では中央部に比べて
薄(結晶性が劣るエピタキシャル層が形成されてクラッ
クは発生しない。
以上のように、本発明のサセプタを用いてエピタキシャ
ル成長を行う場合には、周縁部を利用できないので従来
の成長基板に比べて利用できる面積は僅かに減少するが
、クラックの発生を防止して、基板製作の歩留りを向上
することができる。
ル成長を行う場合には、周縁部を利用できないので従来
の成長基板に比べて利用できる面積は僅かに減少するが
、クラックの発生を防止して、基板製作の歩留りを向上
することができる。
サセプタ4に形成する溝4bの幅は大きい程、クラック
防止の効果は大きいが、良品部分の面積か減少する欠点
もあるので、これらの点を考慮して溝4bの幅を設定す
る。
防止の効果は大きいが、良品部分の面積か減少する欠点
もあるので、これらの点を考慮して溝4bの幅を設定す
る。
次に、本発明のサセプタと従来のサセプタとを用いて、
Si基板」−にGaAsをエピタキシャル成長させてQ
aAs成長基板を作製した場合の良品割合の比較につい
て説明する。エピタキシャル成長の条件は同一とし、具
体的には次の通りである。Si基板(4インチ)を10
00℃のH2雰囲気にて熱処理し、MOCVD法を用い
て450°Cで厚さ200人の低温成長GaAs層をエ
ピタキシャル成長させた後、700°Cで厚さ4μmの
高温成長GaAs層をエピタキシャル成長させた。本発
明のサセプタ、従来のサセプタを夫々用いて、 100
枚ずつのSi基板上にGaAsをエピタキシャル成長さ
せてGaAs成長基板を作製した。
Si基板」−にGaAsをエピタキシャル成長させてQ
aAs成長基板を作製した場合の良品割合の比較につい
て説明する。エピタキシャル成長の条件は同一とし、具
体的には次の通りである。Si基板(4インチ)を10
00℃のH2雰囲気にて熱処理し、MOCVD法を用い
て450°Cで厚さ200人の低温成長GaAs層をエ
ピタキシャル成長させた後、700°Cで厚さ4μmの
高温成長GaAs層をエピタキシャル成長させた。本発
明のサセプタ、従来のサセプタを夫々用いて、 100
枚ずつのSi基板上にGaAsをエピタキシャル成長さ
せてGaAs成長基板を作製した。
そして作製したGaAs成長基板に対して、クラックの
発生を調査し、クラックがあるものは不良品として、良
品の割合を求めた。従来のサセプタを用いた場合の良品
の割合は65%であったのに比べて、本発明のサセプタ
を用いた場合の良品の割合は88%であり、歩留りの向
上が確認された。
発生を調査し、クラックがあるものは不良品として、良
品の割合を求めた。従来のサセプタを用いた場合の良品
の割合は65%であったのに比べて、本発明のサセプタ
を用いた場合の良品の割合は88%であり、歩留りの向
上が確認された。
以上詳述したように、本発明のエピタキシャル成長基板
サセプタは基板の周縁部に対応する位置に溝が設けられ
ていて、基板の周縁部がサセプタに接触しないようにな
っているので、例えばSi基板」−へのQaAsエピタ
キシャル成長の際にGaAs成長基板に生じる熱応力に
伴ったGaAs層のクラックの発生を大幅に低減するこ
とができ、基板製作の歩留りの向上を図れる等、本発明
は優れた効果を奏する。
サセプタは基板の周縁部に対応する位置に溝が設けられ
ていて、基板の周縁部がサセプタに接触しないようにな
っているので、例えばSi基板」−へのQaAsエピタ
キシャル成長の際にGaAs成長基板に生じる熱応力に
伴ったGaAs層のクラックの発生を大幅に低減するこ
とができ、基板製作の歩留りの向上を図れる等、本発明
は優れた効果を奏する。
第1図は本発明のエピタキシャル成長基板サセプタの模
式的断面図、第2図はSi基板にGaAsをエピタキシ
ャル成長させる工程を示す模式的断面図、第3図はこの
工程におけるエピタキシャル成長のシーケンス図、第4
図は従来のエピタキシャル成長基板サセプタの模式的断
面図である。 1・・・Si基板 2・・・低温エピタキシャル成長の
GaAs層 3・・・高温エピタキシャル成長のGaA
s層4・・・サセプタ 4a・・・凹部 4b・・・溝
特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁
理士 河 野 登 夫C) C)
LC”)O〉寸 I旨醇資 ?−、O iササ F日 ε ば) OJ −(Y) c’u −ハハ
式的断面図、第2図はSi基板にGaAsをエピタキシ
ャル成長させる工程を示す模式的断面図、第3図はこの
工程におけるエピタキシャル成長のシーケンス図、第4
図は従来のエピタキシャル成長基板サセプタの模式的断
面図である。 1・・・Si基板 2・・・低温エピタキシャル成長の
GaAs層 3・・・高温エピタキシャル成長のGaA
s層4・・・サセプタ 4a・・・凹部 4b・・・溝
特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁
理士 河 野 登 夫C) C)
LC”)O〉寸 I旨醇資 ?−、O iササ F日 ε ば) OJ −(Y) c’u −ハハ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、基板の材料と異なる材料を前記基板上にヘテロエピ
タキシャル成長させる装置内に設けられ、前記基板を保
持する基板サセプタにおいて、 前記基板の周縁部に対応する位置に溝が形成されており
、前記基板に周縁部が接触しないような構造としたこと
特徴とするエピタキシャル成長基板サセプタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31195190A JPH04182386A (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | エピタキシャル成長基板サセプタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31195190A JPH04182386A (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | エピタキシャル成長基板サセプタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04182386A true JPH04182386A (ja) | 1992-06-29 |
Family
ID=18023400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31195190A Pending JPH04182386A (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | エピタキシャル成長基板サセプタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04182386A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0829560A2 (en) * | 1996-09-10 | 1998-03-18 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | A susceptor for a gas phase growth apparatus |
JP2002343727A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Hitachi Ltd | 結晶成長方法及び結晶成長装置並びに半導体デバイスの製造方法 |
JP2009111296A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Sumco Corp | エピタキシャル膜形成装置用のサセプタ、エピタキシャル膜形成装置、エピタキシャルウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法 |
US10508363B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-12-17 | Nuflare Technology, Inc. | Vapor phase growth apparatus having substrate holder with ring-shaped protrusion |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP31195190A patent/JPH04182386A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0829560A2 (en) * | 1996-09-10 | 1998-03-18 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | A susceptor for a gas phase growth apparatus |
EP0829560A3 (en) * | 1996-09-10 | 2000-03-22 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | A susceptor for a gas phase growth apparatus |
JP2002343727A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Hitachi Ltd | 結晶成長方法及び結晶成長装置並びに半導体デバイスの製造方法 |
JP2009111296A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Sumco Corp | エピタキシャル膜形成装置用のサセプタ、エピタキシャル膜形成装置、エピタキシャルウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法 |
US10508363B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-12-17 | Nuflare Technology, Inc. | Vapor phase growth apparatus having substrate holder with ring-shaped protrusion |
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