JPH0529230A

JPH0529230A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH0529230A
Application number: JP3181081A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishihata; 彰石幡; Hirosuke Sato; 裕輔佐藤; Toshimitsu Omine; 俊光大嶺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】円形凹部状の座が設けられたサセプタに結晶
基板を載置して気相成長反応を行なわせる際に、結晶基
板が座内に嵌まり込むことがなく、結晶基板を座内から
容易に取り外すことが出来る気相成長装置を提供する。【構成】本発明の気相成長装置では、座３５の内壁と
結晶基板１のオリエンテーションフラット部１３との間
に、オリエンテーションフラット部１３の中間部に接触
すると共に、結晶基板１のオリエンテーションフラット
部１３の角部４５が挿入可能な切欠部４１を形成するフ
ラット接触部４３を形成した。これにより、角部４５が
フラット接触部４３と当接することがなく、フラット接
触部４３と座３５の内壁３９との間に結晶基板１が嵌ま
り込み、ロック状態となることがないので、結晶基板１
を座３５内から容易に取り外すことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の薄膜を
結晶基板上に気相成長させるための気相成長装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６には、結晶基板１上に化合物半導体
の薄膜を気相成長させて化合物半導体を製造する従来の
気相成長装置３が示されている。同図において気相成長
装置３は、ベースプレート５で密閉されて内部が気密状
態とされた反応炉７と、この反応炉７内に配設されると
共に外周の一部にオリエンテーションフラット部１３が
設けられた円板状の結晶基板１（図７参照）が載置され
る円形凹部状の座１５が形成されたサセプタ９と、この
サセプタ９を回転駆動する駆動手段１０と、サセプタ９
を加熱するヒータ１１とを具備している。

【０００３】上記反応炉７の上部には反応炉７内にガス
（原料ガス、キャリアーガス等）を供給する給気口１７
が形成され、下部には反応炉７内の余剰のガスを排出す
る排気口１９が形成されている。

【０００４】上記サセプタ９は、ベースプレート５を貫
通した回転軸２１の上端部に固着されている。この回転
軸２１は、反応炉７の外側でベースプレート５の下部に
固着された真空シール軸受（磁性流体シール）２３によ
り気密状態で回転自在に軸支されている。この回転軸２
１には駆動手段１０の回転駆動力が伝達されるようにな
っている。

【０００５】上記駆動手段１０は、回転軸２１の下端部
に固着されたプーリ２５と、モータ２８と、プーリ２５
とモータ２８の駆動軸との間に巻き掛けられた無端ベル
ト２７とで構成され、モータ２８の回転駆動力が無端ベ
ルト２７、プーリ２５を介して回転軸２１に伝達される
ようになっている。

【０００６】上記ヒータ１１は、サセプタ９の下方に配
置されており、ベースプレート５を貫通して図示しない
電源と接続されている。このヒータ１１は、通電により
発熱して、サセプタ９を加熱し、結晶基板１を所定の温
度に上昇させる。

【０００７】上記サセプタ９に形成された円形凹部状の
座１５は、結晶基板１の厚み寸法の深さに窪んでおり、
図７に示す如く、結晶基板１の外周の一部に形成された
オリエンテーションフラット部１３に対応して、内壁２
９の一部が内部に向けて突設したフラット接触部３１が
形成されている。このオリエンテーションフラット部１
３とフラット接触部３１により、座１５内での結晶基板
１の回転が規制されている。

【０００８】結晶基板１上に、薄膜を気相成長させるに
は、ヒータ１１に通電して発熱させ、サセプタ９を加熱
して結晶基板１を所定の温度に上昇させると共に駆動手
段１０の回転駆動力でサセプタ９を回転駆動する。この
状態で、給気口１７から反応炉７内に、原料ガス（例え
ば、Ａs ₃、Ｈ₃、ＳｉＨ₄、ＳｉＨ₂等）をキャリア
ガス（例えば水素ガス等）と共に供給し、結晶基板１上
に化合物半導体の薄膜を気相成長させる。反応炉７内の
余剰のガスは排気口１９から図示しないロータリーポン
プ等により排気する。

【０００９】上記気相成長装置３では、サセプタ９を、
1000rpm 以上の回転数で高速に回転させることにより、
結晶基板１の表面の原料ガスの流れに境界層を積極的に
作り、気相反応を速めて、高い材料効率で膜形成が可能
となっている。

【００１０】ところで、前述したように、サセプタ９に
は、結晶基板１の形状、厚みにならった座１５が形成さ
れている。この座１５の内径寸法は、結晶基板１の外径
寸法より若干大きく設定されており、座１５内に載置さ
れた結晶基板１の外周と座１５の内壁２９との間に隙間
２４が生じる。例えば６インチの結晶基板を載置する座
１５の内径寸法は、結晶基板の外径寸法より１mm程度大
きくする必要がある。

【００１１】座１５の内壁２９と結晶基板１の外径との
間の隙間２４の大小は、結晶基板１の製造許容差、座１
５の加工精度、結晶基板１の熱膨脹率、サセプタ９の熱
膨脹率等に関係している。

【００１２】例えば、結晶基板１の外径寸法が製作許容
差のプラス側の場合には、座１５の内壁２９と結晶基板
１の外周との間の隙間２４は小さいので、サセプタ９の
回転駆動時に結晶基板１が座１５内で旋回して、後述す
るように座１５の内壁２９とフラット接触部３１との間
に結晶基板１が嵌まることがない。

【００１３】しかしながら、結晶基板１の外径寸法が製
作許容差のマイナス側の場合には、サセプタ９の回転駆
動の始動、停止の時に加速度が付与されて結晶基板１が
座１５内で旋回し、図７の二点鎖線で示す如く座１５の
内壁２９とフラット接触部３１との間に嵌まるという不
都合が生じる。

【００１４】すなわち、結晶基板１の外径寸法が製造許
容差に対しマイナス側の場合、結晶基板１の外径寸法と
座１５のフラット接触部３１から内壁２９までの寸法Ｈ
は近い寸法となり、結晶基板１と座１５の内壁２９との
隙間２４は大きい（なお、結晶基板１の外径寸法が製造
許容差に対しプラス側の場合には基板１の外径寸法＞Ｈ
となる）。

【００１５】結晶基板１と座１５の内壁２９との隙間２
４が大きい場合に、サセプタ９の回転駆動の始動時ある
いは回転駆動の停止時に結晶基板１に加速度が付与され
ると、図７に示す如く、結晶基板１は座１５の中心位置
からすべり、旋回してフラット接触部１にオリエンテー
ションフラット部１３の角部３３が当接し、結晶基板１
の外周と座１５の内壁２９とが当接して、これらの間に
結晶基板１が嵌まり、いわゆるロック状態となる。な
お、結晶基板１が座１５内で旋回する現象は、結晶基板
１にオリエンテーションフラット部１３が形成されてい
るので、結晶基板１の重心位置が、中心部からオリエン
テーションフラット部１３の反対側にずれているために
起きやすい。

【００１６】また、サセプタ９及び結晶基板１は、反応
炉７に供給された原料ガスの反応温度（700 度〜1100
度）まで加熱される。このため、サセプタ９と結晶基板
１は熱膨脹して寸法が変化する。この場合、サセプタ９
の材質（カーボン）の熱膨脹の方が結晶基板１の材質
（シリコン）の熱膨脹よりやや大きく（シリコンは4.2
×10^-6度、カーボンは5 ×10^-6度）、座１５の内径の広
がりの方が、結晶基板１の外径の広がりより大きいの
で、座１５の内壁２９と結晶基板１との隙間２４が大き
くなる。このため、上述した如く結晶基板１が座１５内
で旋回しやすくなり、座１５の内壁２９とフラット接触
部３１との間に嵌まってしまう。

【００１７】結晶基板１が座１５の内壁２９とフラット
接触部３１との間に嵌まり、いわゆるロック状態になる
と、結晶基板１を座１５から取り外すことが出来なくな
ったり、あるいは、これらの間に嵌まり込む際に無理な
力が結晶基板１に付与されて、結晶基板１にいわゆるそ
りが生じ、不良品となることがある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の気相
成長装置では、サセプタ９の回転駆動により結晶基板１
に加速度が付与された場合、結晶基板１が座１５内で旋
回して、フラット接触部３１と座１５の内壁２９との間
に嵌まり、ロック状態となって、座１５からの結晶基板
１の取り外しが出来なくなったり、結晶基板１にそりが
生じたりするという問題があった。

【００１９】そこで本発明は、フラット接触部と座の内
壁との間に結晶基板が嵌まり込むことがなく、結晶基板
を座内から容易に取り外すことが出来る気相成長装置を
提供することが目的である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明では、結晶基板のオリエンテーショ
ンフラット部の両端部が挿入可能な切欠部を両側に形成
するフラット接触部を座の内壁とオリエンテーションフ
ラット部の中間部との間に対応する位置に形成したこと
を特徴としている。

【００２１】請求項２の発明では、請求項１の気相成長
装置が、結晶基板の外径寸法の最大外径寸法をＤmax 、
最小外径寸法をＤmin 、前記結晶基板のオリエンテーシ
ョンフラット部の長さ寸法をＬ、オリエンテーションフ
ラット部の長さ寸法Ｌが最小の時のオリエンテーション
フラット部から結晶基板の最大外周までの寸法をＨmax
、座の内径をＤとし、サセプタの材料の薄膜成長温度
における線膨脹量をα1、結晶基板の薄膜成長温度にお
ける線膨脹量をα2 とした場合、前記フラット接触部の
高さｈを、（Ｄmax ーＤmin ）１／２＋（α1 ーα2 ）＜ｈ＜ＤーＨmax の条件に設定することを特徴としている。

【００２２】

【作用】請求項１の発明によれば、オリエンテーション
フラット部の中間部に接触すると共に、結晶基板のオリ
エンテーションフラット部の端部が挿入可能な切欠部を
形成するフラット接触部を座の内壁と結晶基板のオリエ
ンテーションフラット部との間に形成することにより、
結晶基板１のオリエンテーションフラット部の端部がフ
ラット接触部上に乗り越えることがない。

【００２３】従って、加速度が付与されて結晶基板が座
内で旋回しても、オリエンテーションフラット部の端部
がフラット接触部に当接することがないので、結晶基板
がフラット接触部と座の内壁との間に嵌まることがな
い。これにより、座内から結晶基板を容易に取り外すこ
とが出来、結晶基板にそりが生じることがない。

【００２４】請求項２の発明によれば、請求項１のフラ
ット接触部の高さを、（Ｄmax ーＤmin ）１／２＋（α
1 ーα2 ）＜ｈ＜ＤーＨmax の条件に設定することによ
り、結晶基板が、フラット接触部と座の内壁との間に嵌
まることがなく、座内から結晶基板を容易に取り外すこ
とが出来、結晶基板にそりが生じることがない。

【００２５】

【実施例】次に本発明に係る気相成長装置の実施例につ
いて図１乃至図５を用いて説明する。なお、図６及び図
７に示す気相成長装置３と同構成部分については、図面
に同符号を付して重複した説明を省略する。

【００２６】第１実施例図１及び図２には、第１実施例の気相成長装置の座３５
及びこの座３５に挿入載置された結晶基板１の平面が示
されている。結晶基板１が載置される座３５は結晶基板
１の製造許容差及びサセプタ９の加工公差を含めた大き
さである。したがって、結晶基板１が最小規格品であれ
ば、隙間２４は最大になる。

【００２７】図１及び図２において、円形凹部状の座３
５の内壁３９と結晶基板１のオリエンテーションフラッ
ト部１３との間に、オリエンテーションフラット部１３
の中間部に対応すると共に、オリエンテーションフラッ
ト部１３の角部４５が挿入可能な切欠部４１を両側に形
成するフラット接触部４３が形成されている。また、オ
リエンテーションフラット部１３と結晶基板１の外周と
の連結部に形成される角部４５は、フラット接触部４３
から離間している。

【００２８】以下、フラット接触部４３の高さｈの寸法
について説明する。図１に示す如く、結晶基板１の外径
寸法の最大外径寸法をＤmax 、最小外径寸法をＤmin 、
結晶基板のオリエンテーションフラット部１３の長さ寸
法をＬ、オリエンテーションフラット部１３の長さ寸法
Ｌが最小の時のオリエンテーションフラット部１３から
結晶基板１の最大外周までの寸法をＨmax 、座３５の内
径をＤとし、サセプタ９の材料の薄膜成長温度における
線膨脹量をα1 、結晶基板１の薄膜成長温度における線
膨脹量をα2 とした場合、フラット接触部４３の高さｈ
が、（Ｄmax ーＤmin ）１／２＋（α1 ーα2 ）＜ｈ＜ＤーＨmax ・・・（１）の条件に設定されている。

【００２９】また、結晶基板１の外周と座３５の内壁３
９との嵌合隙間を＋0.05mm〜0.1mmとした時、座３５の
内径ＤはＤ＝Ｄmax ＋0.05〜0.1 である。

【００３０】上記した座３５内に結晶基板１を挿入し
て、サセプタ９の回転駆動を開始したり、回転駆動を停
止したりすることにより、座３５内の結晶基板１内に加
速度が付与されると、図２に示す如く、結晶基板１は座
３５内で旋回する。このときオリエンテーションフラッ
ト部１３と外周との連結部の角部４５は、フラット接触
部４３と座３５の内壁３９との間に形成される切欠部４
１内を移動する。すなわち、角部４５がフラット接触部
４３上を乗り越えて、フラット接触部４３に当接するこ
とがなく、結晶基板１は座３５の外周に沿って旋回す
る。

【００３１】これにより、フラット接触部４３と座３５
の内壁３９との間に結晶基板１が嵌まり込んで、ロック
状態となることがない。したがって、結晶基板１を座３
５内から容易に取り外すことが出来る。さらに、結晶基
板１に無理な力がかからないので、結晶基板１にそりが
生じることがない。

【００３２】また、結晶基板１とサセプタ９との熱膨脹
量の差により隙間２４が大きくなっても、フラット接触
部４３と座３５の内壁３９との間に結晶基板１が嵌まり
込むことがないので、結晶基板１を座３５内から容易に
取り外すことが出来る。さらに、結晶基板１に無理な力
がかからないので、結晶基板１にそりが生じることがな
い。

【００３３】また、結晶基板１と座３５のきつい嵌合は
なくなり、結晶基板１のハンドリングミスによる損失時
間がなくなるので、装置の運転効率が向上する。

【００３４】第２実施例図３には、第２実施例のサセプタ９の座４７及びこの座
４７に挿入載置された結晶基板１の平面が示されてい
る。同図において座４７の内壁４９と結晶基板１のオリ
エンテーションフラット部１３との間に、山形形状に座
４７の内壁から突設されたフラット接触部５３が形成さ
れている。このフラット接触部５３と結晶基板１の外周
との連結部に形成される角部５５は、フラット接触部５
３に当接することがなく、フラット接触部５３の両側に
形成された切欠部５１内に位置している。なお、図３で
は山形の二辺が等辺であるが、不等辺であっても良い。

【００３５】また、山形のフラット接触部５３の頂部の
高さｈは、第１実施例の式（１）により設定される。

【００３６】上記した座４７内に結晶基板１を挿入し
て、サセプタ９の回転駆動を開始したり、回転駆動を停
止したりすることにより、座４７内の結晶基板１内に加
速度が付与されると、結晶基板１は、座４７内で旋回す
る。このときオリエンテーションフラット部１３と外周
との連結部の角部５５は、フラット接触部５３と座４７
の内壁との間に形成される切欠部５１内を移動する。す
なわち、角部５５がフラット接触部５３に接触すること
がない。

【００３７】これにより、フラット接触部５３と座４７
の内壁４９との間に結晶基板１が嵌まり込むことがな
く、ロック状態となることがないので、結晶基板１を座
４７内から容易に取り外すことが出来る。さらに、結晶
基板１に無理な力がかからないないので、結晶基板１に
そりが生じることがない。

【００３８】また、結晶基板１とサセプタ９との熱膨脹
量の差により隙間２４が大きくなっても、フラット接触
部５３と座４７の内壁４９との間に結晶基板１が嵌まる
ことがないので、結晶基板１を座４７内から容易に取り
外すことが出来る。さらに、結晶基板１に無理な力を付
与することがないので、結晶基板１にそりが生じること
がない。

【００３９】また、結晶基板１と座４７のきつい嵌合は
なくなり、結晶基板１のハンドリングミスによる損失時
間がなくなるので、装置の運転効率が向上する。

【００４０】第３実施例図４には第３実施例のサセプタ９の座５７及びこの座５
７に挿入載置された結晶基板１の平面が示されている。
同図において座５７の内壁５９と結晶基板１のオリエン
テーションフラット部１３との間に、座４７の内壁から
突出した位置に植え込みピンからなるフラット接触部６
３が形成されている。このフラット接触部６３と結晶基
板１の外周との連結部に形成される角部６５は、フラッ
ト接触部６３に当接することがなく、フラット接触部６
３の両側に形成された切欠部６１内に位置している。な
お、この植え込みピンからなるフラット接触部６３は、
同心円形、楕円形あるいは多角形等のいずれの形状でも
良く、座５９から離間していても良い。

【００４１】上記した座５７内に結晶基板１を挿入し
て、サセプタ９の回転駆動を開始したり、回転駆動を停
止したりすることにより、座５７内の結晶基板１内に加
速度を付与すると、結晶基板１は、座５７内で旋回す
る。このときオリエンテーションフラット部１３と外周
との連結部の角部６５は、フラット接触部６３と座５７
の内壁との間に形成される切欠部６１内を移動する。す
なわち、角部６５がフラット接触部６３に接触すること
がない。

【００４２】これにより、フラット接触部６３と座５７
の内壁５９との間に結晶基板１が嵌まり込むことがな
く、ロック状態となることがないので、結晶基板１を座
５７内から容易に取り外すことが出来る。さらに、結晶
基板１に無理な力を付与することがないので、結晶基板
１にそりが生じることがない。

【００４３】また、結晶基板１とサセプタ９との熱膨脹
量の差により隙間２４が大きくなっても、フラット接触
部６３と座５７の内壁５９との間に結晶基板１が嵌まる
ことがないので、結晶基板１を座５７内から容易に取り
外すことが出来る。さらに、結晶基板１に無理な力を付
与することがないので、結晶基板１にそりが生じること
がない。

【００４４】また、結晶基板１と座５７のきつい嵌合は
なくなり、結晶基板１のハンドリングミスによる損失時
間がなくなるので、装置の運転効率が向上する。

【００４５】第４実施例図５には第４実施例のサセプタ９の座６７及びこの座６
７に挿入載置された結晶基板１の平面が示されている。
同図において、座６７の内壁６９からは、円弧状のフラ
ット接触部７３が突設形成されている。このフラット接
触部７３と結晶基板１の外径との連結部に形成される角
部７５は、フラット接触部７３の頂部に当接することが
なく、フラット接触部７３の両側に形成された切欠部７
１内に位置している。

【００４６】上記した座６７内に結晶基板１を挿入し
て、サセプタ９の回転駆動を開始したり、回転駆動を停
止したりすることにより、座６７内の結晶基板１内に加
速度が付与されると、結晶基板１は、座６７内で旋回す
る。このときオリエンテーションフラット部１３と外周
との連結部の角部７５は、フラット接触部７３と座６７
の内壁との間に形成される切欠部７１内を移動する。す
なわち、角部７５がフラット接触部７３の頂部に接触す
ることがない。

【００４７】これにより、フラット接触部７３と座６７
の内壁６９との間に結晶基板１が嵌まり込むことがな
く、ロック状態となることがないので、結晶基板１を座
６７内から容易に取り外すことが出来る。さらに、結晶
基板１に無理な力がかからないので、結晶基板１にそり
が生じることがない。

【００４８】また、結晶基板１とサセプタ９との熱膨脹
量の差により隙間２４が大きくなっても、フラット接触
部７３と座６７の内壁６９との間に結晶基板１が嵌まる
ことがないので、結晶基板１を座６７内から容易に取り
外すことが出来る。さらに、結晶基板１に無理な力を付
与することがないので、結晶基板１にそりが生じること
がない。

【００４９】また、結晶基板１と座６７のきつい嵌合は
なくなり、結晶基板１のハンドリングミスによる損失時
間がなくなるので、装置の運転効率が向上する。

【００５０】なお、上記フラット接触部４３、５３、６
３、７３の形状は、上記各実施例以外の形状でも良い。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る気相成
長装置によれば、フラット接触部と座の内壁との間に結
晶基板が嵌まり込むことがないので、結晶基板を座内か
ら容易に取り外すことが出来るという優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る気相成長装置の第１実施例のサセ
プタ及び結晶基板を示す平面図である。

【図２】第１実施例のサセプタ及び結晶基板において、
サセプタが回転して結晶基板が回転した状態を示す平面
図である。

【図３】第２実施例のサセプタ及び結晶基板を示す平面
図である。

【図４】第３実施例のサセプタ及び結晶基板を示す平面
図である。

【図５】第４実施例のサセプタ及び結晶基板を示す平面
図である。

【図６】従来の気相成長装置の概略構成を示す断面図で
ある。

【図７】従来のサセプタ及び結晶基板を示す平面図であ
る。

【符号の説明】１結晶基板９サセプタ１３オリエンテーションフラット部３５、４７、５７、６７座３９、４９、５９、６９内壁４１、５１、６１、７１切欠部４３、５３、６３、７３フラット接触部４５、５５、６５、７５角部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスが供給される反応炉と、この反
応炉内に配設されて回転駆動されると共に外周の一部に
オリエンテーションフラット部が設けられた円板状の結
晶基板が載置される円形凹部状の座が設けられたサセプ
タとを具備した気相成長装置において、前記オリエンテ
ーションフラット部の両端部が挿入可能な切欠部を両側
に形成するフラット接触部を、前記座の内壁と前記オリ
エンテーションフラット部の中間部との間に対応する位
置に設けたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】前記結晶基板の外径寸法の最大外径寸法
をＤmax 、最小外径寸法をＤmin 、前記結晶基板のオリ
エンテーションフラット部の長さ寸法をＬ、オリエンテ
ーションフラット部の長さ寸法Ｌが最小の時のオリエン
テーションフラット部から結晶基板の最大外周までの寸
法をＨmax 、座の内径をＤとし、サセプタの材料の薄膜
成長温度における線膨脹量をα1 、結晶基板の薄膜成長
温度における線膨脹量をα2 とした場合、前記フラット
接触部の高さｈを、（Ｄmax ーＤmin ）１／２＋（α1 ーα2 ）＜ｈ＜ＤーＨmax の条件に設定することを特徴とする請求項１記載の気相
成長装置。