気相成長装置
【課題】複数の基板ホルダーをサセプタにより保持するフェイスダウン型の気相成長装置であっても、１０００℃を超える気相成長温度を必要とする3族窒化物半導体のフェイスダウン型の気相成長装置であっても、前記サセプタの重力あるいは加熱による変形を抑制できる気相成長装置を提供する。
【解決手段】基板１を保持する基板ホルダー２、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタ３が備えられた気相成長装置であって、中心部が上向きに凸となるように撓ませたサセプタを、基板ホルダーに回転駆動力を伝達するための回転駆動軸１０を介して、上から中心部を押圧して配置した気相成長装置とする。
【解決手段】基板１を保持する基板ホルダー２、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタ３が備えられた気相成長装置であって、中心部が上向きに凸となるように撓ませたサセプタを、基板ホルダーに回転駆動力を伝達するための回転駆動軸１０を介して、上から中心部を押圧して配置した気相成長装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力により変形したサセプタによる原料ガス流の妨害や他の部材との接触を防止できる気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶膜を基板上に成長する方法には、化学的気相成長（ＣＶＤ）法等があり、基板加熱を伴うＣＶＤ法には熱ＣＶＤ法等が知られている。熱ＣＶＤ法により成長される結晶膜の一例としては、青色又は紫外の発光ダイオード又はレーザーダイオード等を製作するためのIII族窒化物半導体がある。例えば、III族窒化物半導体結晶膜の成長は、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、又はトリメチルアルミニウム等の有機金属ガスをIII族金属源として、アンモニアを窒素源として用い、１０００℃以上の高温に加熱されたシリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等の基板上に結晶膜を気相成長する熱ＣＶＤ法により行われることがある。近年、このような結晶膜の成長に用いられる基板の直径は、結晶膜の生産性を高めるために大きくなる傾向がある。
【０００３】
気相成長装置には、基板の結晶成長面を上向きに配置するもの（フェイスアップ型）、基板の結晶成長面を下向きに配置するもの（フェイスダウン型）がある。また、１バッチあたり１枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置があるが、生産性を向上するために１バッチあたり複数枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置も知られている。基板はサセプタにより直接保持されることがあるが、基板を保持した基板ホルダーをさらにサセプタにより保持することもできる。近年は、気相成長に用いられる基板の直径が大きくなり、さらに1バッチあたりの基板枚数も増加する傾向があるので、用いられるサセプタの直径も大きくなっている。
【０００４】
気相成長において、均一な膜厚及び膜質を得るには、基板を自転させながら基板上に結晶膜を成長させることが有効であり、このような気相成長装置は、基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタを備えている。また、基板を自公転させながら基板上に結晶膜を成長させることも有効であり、例えば、複数の基板ホルダーをサセプタにより保持する気相成長装置においては、回転自在に保持されたサセプタの上に基板ホルダーを回転自在に保持し、サセプタの回転により基板を公転させ、基板ホルダーの回転により基板を自転させることにより、各基板間及び同一基板面内において、均一な膜厚及び膜質を得ることもできる。
【０００５】
例えば特許文献１〜４に記載の気相成長装置のように、サセプタは平らな円盤状であることが多く、サセプタの支持方法としては、リング状の部材によりサセプタの周縁部を支持する方法（特許文献１及び２）、円柱状の部材によりサセプタの中央を支持する方法（特許文献４）等がある。
また、基板ホルダー及びサセプタを回転できる気相成長装置としては、サセプタに連結された駆動軸により基板ホルダーとサセプタの両方に回転駆動力を伝達する気相成長装置（例えば特許文献１及び２）や、サセプタに回転駆動力を伝達するサセプタ回転駆動軸、及び基板ホルダーに回転駆動力を伝達する基板回転駆動軸が別々に設けられ、基板及びサセプタの回転数及び回転方向を任意に設定できる気相成長装置（例えば特許文献３）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７５９９２号公報
【特許文献２】特開２００９−９９７７０号公報
【特許文献３】特開２００４−２４１４６０号公報
【特許文献４】特開２００８−２１７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような気相成長装置に備えられるサセプタは、通常は平らな円盤状であるが、サセプタの大きさ、厚み、支持方法によっては、重力により垂れ下り等、変形することがある。サセプタが変形すると、原料ガスが設定された通りに流れなくなり、良好な気相成長が妨害され、さらに変形量が大きい場合は、サセプタがサセプタの対面や原料ガス導入部等の他の部材に接触して部材が破損する等の問題を生じる虞があった。
【０００８】
サセプタの重力による変形は様々な形態で生じるが、弾性変形であることが多く、例えば、リング状の部材によりサセプタの周縁部を支持する場合には、サセプタの中心部が下に凸に変形し、その結果として中心部が下向きに凸に変形した状態となり、円柱状の部材によりサセプタの中央部を支持する場合には、サセプタの周辺部が垂れ下り、その結果として中心部が上向きに凸に変形した状態となる。これらの例において示されるように、サセプタの変形量は、サセプタの直径が大きくなりサセプタの厚さが薄くなるほど大きくなる傾向があり、また気相成長温度が高いほど大きくなることが予測できる。また、フェイスアップ型より、フェイスダウン型の方が変形の影響を抑えることが困難である。
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする課題は、複数の基板ホルダーをサセプタにより保持するフェイスダウン型の気相成長装置であっても、１０００℃を超える気相成長温度を必要とするIII族窒化物半導体のフェイスダウン型の気相成長装置であっても、サセプタの重力あるいは加熱によるサセプタの変形の影響を抑制できる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意検討した結果、前述のような気相成長装置において、中心部が凸となるような撓みを有するサセプタを用い、中心部が上向きに凸となるように配置し、上から中心部を押圧して固定することにより、重力によるサセプタの変形の影響を抑制できることを見出し、本発明の気相成長装置に到達した。
すなわち、本発明は、基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタが備えられたフェイスダウン型の気相成長装置であって、中心部が上向きに凸となるように撓ませたサセプタを、上から中心部を押圧して配置したことを特徴とする気相成長装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の気相成長装置は、複数の基板ホルダーを保持する大きなサセプタを有するフェイスダウン型の気相成長装置、あるいは高温の気相成長温度を必要とするIII族窒化物半導体のフェイスダウン型の気相成長装置であっても、重力、ヒータの加熱によるサセプタの変形の影響を抑え、サセプタの対面や原料ガス導入部等の部材の破損を防止することができる。その結果、このようなサセプタが変形しやすい条件下の気相成長であっても、原料ガスが設定された通りに流通しやすくなり、基板に良好な気相成長を行なうことができる。
【００１２】
また、本発明の気相成長装置は、中心部が凸となるように撓ませたサセプタを上から押圧して位置を調節することができるので、重力による変形量をあらかじめ予測して正確な撓み量を有するサセプタを製作することを必要とせず、サセプタとその対面の間隙の大きさ（反応炉の上下幅）を容易に精度よく調整することができる。サセプタとその対面の間隙の大きさは、原料ガスの流れ状態に影響を及ぼすことが多いので、間隙の大きさが調整可能であることは、良好で安定した品質の結晶膜を得るためにも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタが備えられた気相成長装置に適用される。以下、本発明の気相成長装置を、図１〜図６に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
尚、図１、図６は、本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図であり、図２は、図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ａ−Ａ）であり、図３は、図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ｂ−Ｂ）であり、図４は、図１に示した気相成長装置に用いられるサセプタの上面構成図である。図５は、図４のサセプタの垂直断面構成図（断面Ｃ−Ｃ）であり、気相成長装置に取り付けられる前の押圧がかけられていない状態を示す。
【００１４】
本発明の気相成長装置は、図１に示すように、基板１を保持する基板ホルダー２、及び該基板ホルダー２を回転自在に保持するサセプタ３が備えられたフェイスダウン型の気相成長装置であって、前記サセプタ３は、図５に示すように、中心部が凸となるように撓ませたものであり、これを中心部が上向きに凸となるように配置し、上から中心部を押圧して構成した気相成長装置である。
尚、図１に示す本発明の気相成長装置の例においては、サセプタ３はリング状の架台２０によりその周縁部で支持され、押圧機構２２により上から押圧して配置されている。図１に示す気相成長装置で用いられるサセプタ３は、図４に示すように、上に凸となる撓みがあらかじめ設けられており、架台２０の上に設置したときに重力による垂れ下がり等の変形が生じても原料ガス導入部７に接することはない。さらにサセプタ３を押圧機構２２により押圧することにより、サセプタ３及びサセプタの対面４の間に生じる間隙を調整することもできる。
【００１５】
以下に、本発明の気相成長装置の細部について説明する。
図１に示すように、基板１は、成長面を下向きにした状態で基板ホルダー２により保持されている。基板ホルダー２は、直径が２インチ、３インチ、４インチ又は６インチの基板を１枚保持できるが、特にこれらの大きさの基板に限定されない。ここで、ヒータ５からの熱を基板１へ均一に伝達するために、均熱板１６を設けてもよい。基板ホルダー２は、基板ホルダー２の下面及びサセプタ３の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して、サセプタ３上に回転自在に保持されている。
【００１６】
サセプタ３は、直径３００〜１０００ｍｍ、厚さ３〜３０ｍｍの円盤状であることが好ましく、直径６００〜１０００ｍｍ、厚さ３〜２０ｍｍの円盤状であることがより好ましいが、特に限定されることはない。また、サセプタ３は、４〜１５個の基板ホルダー２を保持できることが好ましいが、特に限定されない。図５に示すように、サセプタ３には、中心部が凸となるような撓みが設けられており、この撓みは気相成長装置に設置されたときの重力による垂れ下がり等の変形と反対方向に凸、すなわち上に凸である。また、サセプタ３に設けられた撓みは球面状であることが好ましいが、球面状に限定されることはない。サセプタ３に設けられた撓み量は、重力により生じる変形量よりも大きく、１〜１０ｍｍであることが好ましいが、その撓み量に限定されることはない。また、押圧後のサセプタ３の撓み量は、通常は１ｍｍ以下である。尚、本発明において、気相成長装置に設置される前のサセプタの撓みは、重力がかかっていない状態で測定されるものとする。例えば、円盤状のサセプタの撓みは、円盤の半径方向を鉛直方向にして（円盤の外周の一端を紐等で吊るして）測定される。
【００１７】
前記のような形状を有するサセプタ３は、サセプタ３の下面及び架台２０の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して架台２０により回転自在に保持される。さらにサセプタ３は押圧機構２２により押圧され、押圧を調整することによりサセプタ３とサセプタの対面４との間の隙間距離が調整される。サセプタ３は押圧により略平板状になることが好ましく、サセプタ３とサセプタの対面４の押圧後の間隙は、８ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましいが、特にこれらの大きさの間隙に限定されない。押圧機構２２により所定の押圧がなされたサセプタ３は、サセプタの対面４とともに反応炉６を形成し、反応炉６は、反応容器１９に収められ密封されている。尚、ベアリング１７は、直径３〜１０ｍｍの球形であることが好ましい。ベアリング溝１８の鉛直方向の断面は、半円形、三角形又は四角形であることが好ましいが、特に限定されない。
【００１８】
図１に示すように、押圧機構２２により生じた押圧は、基板ホルダー回転駆動軸１０、基板ホルダー回転板１２及びベアリング１７を介してサセプタ３に伝達される。押圧機構２２としては、モータの生成するトルクを基板ホルダー回転駆動軸１０の軸方向の力に変換でき、サセプタ３の撓み量の変化をマイクロメータにより計測できる構造の押圧機構があるが、この構造に限定されることはない。
基板ホルダー２により保持された基板１は自転によって回転される。基板ホルダー２は、基板ホルダー２の下面及びサセプタ３の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して、サセプタ３の上に回転自在に保持される。基板ホルダー回転駆動器９からの回転駆動力は、まず、磁性流体シールを用いて反応容器１９に対して回転自在に封止された基板ホルダー回転駆動軸１０に伝達される。基板ホルダー回転駆動軸１０の基板ホルダー回転板側の先端には複数本のツメ１１が設けられており、ツメ１１が、基板ホルダー回転板１２の上面に設けられた差込口２３に差し込まれることにより脱着可能に噛み合わさり、回転駆動力が基板ホルダー回転板１２に伝達される。
【００１９】
基板ホルダー回転板１２は、基板ホルダー回転板１２の下面及びサセプタ３の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して、サセプタ３により回転自在に保持されている。基板ホルダー２は、原料ガス導入部７の周囲に設けられており、基板ホルダー回転板１２の外周に設けられた歯車と各基板ホルダー２の外周に設けられた歯車が噛み合わさることにより各基板ホルダー２に回転駆動力が伝達され、各基板ホルダー２は自転により回転する。基板ホルダー回転板１２は、直径１００〜５００ｍｍ、厚さ３〜２０ｍｍの円盤状であることが好ましいが、特に限定されない。基板ホルダー回転駆動軸１０は、直径１０〜５０ｍｍの円柱状であることが好ましいが、特に限定されない。尚、基板ホルダー回転板１２の歯車および基板ホルダー２の歯車は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
【００２０】
基板１は自転に加えて公転によっても回転する。サセプタ回転駆動器１３からの回転駆動力は、磁性流体シールを用いて反応容器１９に対して回転自在に封止されたサセプタ回転駆動軸１４に伝達される。サセプタ回転板１５はサセプタ回転駆動軸１４のサセプタ側先端に固定され、サセプタ回転板１５の外周に設けられた歯車とサセプタ３の外周に設けられた歯車が噛み合わさることによりサセプタ３に回転駆動力が伝達される。これによりサセプタ３が回転し、サセプタ３上に配置された基板ホルダー２は公転する。気相成長反応中は、基板ホルダー２を常時公転させることが好ましい。サセプタ回転駆動軸１４は、直径１０〜５０ｍｍの円柱状であることが好ましいが、特に限定されない。サセプタ回転板１５は、直径５０〜２００ｍｍ、厚さ３〜３０ｍｍの円盤状を有することが好ましいが、特に限定されることはない。尚、サセプタ回転板１５の歯車およびサセプタ３の歯車は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
【００２１】
反応炉６の中心部には原料ガス導入部７が設けられ、原料ガスは、原料ガス導入部７から放射状に吹き出し、基板１の成長面に対して水平に供給される。気相成長反応は、反応炉６において、ヒータ５により基板１を加熱しながら、原料ガス導入部７から原料ガスを供給することにより行われ、基板１の成長面には結晶膜が形成される。気相成長反応に用いられた原料ガスは、そのまま反応ガスとして反応ガス排出部８から排出される。気相成長反応中、基板ホルダー２は、常時自転させることが好ましく、常時自公転させることがより好ましい。サセプタ３及び基板ホルダー２の回転方向及び回転速度は、それぞれ、サセプタ回転駆動器１３及び基板ホルダー回転駆動器９の回転方向及び回転速度を変化させることにより、任意に設定することができる。各基板間において均一な膜厚及び膜質を得るためには、各基板ホルダー２を反応炉の中心に対して同一円周上に配置して、原料ガス導入部からの距離を等しくすることが好ましいが、特に限定されない。
【００２２】
基板ホルダー２、サセプタ３、基板ホルダー回転板１２及びサセプタ回転板１５は、カーボン系材料又はカーボン系材料をセラミック材料でコーティングしたものが好ましいが、特に限定されない。基板ホルダー回転駆動軸１０、ツメ１１及びサセプタ回転駆動軸１４は、金属、合金、金属酸化物、カーボン系材料、セラミック系材料、カーボン系材料をセラミック材料でコーティングしたもの、又はこれらの組み合わせが好ましいが、特に限定されない。ベアリング１７は、セラミック材料であることが好ましいが、特に限定されない。ここで、合金の例には、ステンレス又はインコネルがあるが、特に限定されない。カーボン系材料の例には、カーボン、パイオロリティックグラファイト（ＰＧ）、グラッシカーボン（ＧＣ）等があるが、特に限定されない。セラミックス系材料の例には、アルミナ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）等があるが、特に限定されない。
【００２３】
特に、基板ホルダー２、サセプタ３、基板ホルダー回転板１２及びサセプタ回転板１５は、ＳｉＣコートカーボン、ベアリング１７は、アルミナであることが好ましく、基板ホルダー回転駆動軸１０は、基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製とし、基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製とし、螺旋等で両者を固定することにより一体化したものが好ましく、ツメ１１は、ＳｉＣコートカーボン製で、基板ホルダー回転駆動軸の基板ホルダー回転板側部分の端面にあらかじめ一体として形成されていることが好ましい。サセプタ回転駆動軸１４は、ステンレス製であることが好ましい。
【００２４】
次に図６を用いて、本発明の気相成長装置の図１以外の一例を、図１の気相成長装置との違いを記述することにより詳細に説明する。したがって、図６に示す気相成長装置は、以下において特に記載のない部分は図１の気相成長装置と同様である。図６は、本発明の気相成長装置の図１以外の一例を示す垂直断面構成図である。
図６の気相成長装置に用いられるサセプタ３は、サセプタ３の外周部に歯車が設けられていない以外は図４と同様のものである。サセプタ回転駆動器１３からの回転駆動力は、磁性流体シールを用いて反応容器１９に対して回転自在に封止されたサセプタ回転駆動軸１４に伝達される。サセプタ回転駆動軸１４のサセプタ側の先端には複数本のツメ１１が設けられており、ツメ１１が、サセプタ３の上面に設けられた差込口２３に差し込まれることにより脱着可能に噛み合わさり、回転駆動力がサセプタ３に伝達される。これによりサセプタ３が回転し、サセプタ３上に配置された基板ホルダー２は公転する。
【００２５】
また、基板１は公転に加えて自転によっても回転される。すなわち、基板ホルダー２の外周に設けられた歯車が、反応容器１９に固定された歯車リング２５の内周に設けられた歯車と噛み合わることにより、基板１はサセプタ３の回転に伴って自転する。図６の気相成長装置において、サセプタ回転駆動軸１４は、直径１０〜５０ｍｍの円柱状であることが好ましいが、特に限定されない。尚、固定歯車２５の歯車および基板ホルダー２の歯車は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
図６の気相成長装置において、サセプタ回転駆動軸１４は、基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製とし、基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製とし、螺旋等で両者を固定することにより一体化したものが好ましく、ツメ１１は、ＳｉＣコートカーボン製で、サセプタ回転駆動軸のサセプタ側部分の端面にあらかじめ一体として形成されていることが特に好ましい。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００２７】
［実施例］
（気相成長装置の製作）
図１〜５に示すような気相成長装置を製作した。まず、サセプタ３（ＳｉＣコートカーボン製、直径７２０ｍｍ、厚さ１１ｍｍ、６インチの基板を６枚保持可能）を製作したが、サセプタ３には、上に凸の撓みが３ｍｍの撓み量で設けられている。次に、直径６インチのサファイア基板を１枚保持可能である基板ホルダー２（ＳｉＣコートカーボン製）６個と、基板ホルダー回転板１２（ＳｉＣコートカーボン製、直径２５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を上記のサセプタ３により、ベアリング１７を介して保持し、基板ホルダー２と基板ホルダー回転板１２の平歯車を噛み合わせた。このように基板及び基板ホルダーを保持したサセプタ３を、サセプタ３の下面及び架台２０の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して架台２０により回転自在に保持した。このときサセプタ３が重力により変形したが、中心部は上に凸に撓んだままであり、サセプタ３の撓み量は２．５ｍｍに減少した。
【００２８】
次に、基板ホルダー回転駆動機構及びサセプタ回転駆動機構を設けた。ツメ１１は、断面の直径５ｍｍ、長さ７ｍｍの円柱状であり、断面の直径２０ｍｍの基板ホルダー回転駆動軸１０の先端に等間隔で３本設けた。ツメ１１の差込口２３として、基板ホルダー回転板１２の上面に円柱状の凹部を各ツメに対して１つずつ設けた。基板ホルダー回転駆動軸１０はインコネル及びＳｉＣコートカーボンからなり、基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製（直径２０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの円柱状）とし、基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製（直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱状）とし、両者をカーボン製の螺旋で固定することにより一体化して基板ホルダー回転駆動軸１０とした。ツメ１１はＳｉＣコートカーボン製であり、基板ホルダー回転駆動軸１０の下面にあらかじめ一体として形成した。サセプタ回転駆動軸１４は、直径２０ｍｍ、長さ３００ｍｍのステンレス製とし、サセプタ回転板１５は、直径１００ｍｍ、厚さ１１ｍｍのＳｉＣコートカーボン製とし、カーボン製の螺旋でサセプタ回転駆動軸１４のサセプタ側先端に固定した。尚、サセプタの対面４、及び架台２０はカーボン製とし、反応容器１９はステンレス製とした。
【００２９】
次に、サセプタ３を押圧できる押圧機構２２を設けた。押圧機構２２は、モータが生成するトルクを基板ホルダー回転駆動軸１０の軸方向の力に変換でき、サセプタ３の撓み量の変化をマイクロメータにより計測できる構造とした。サセプタ３を押圧機構２２により押圧し、その押圧を調整することによりサセプタ３とサセプタの対面４との間の隙間距離を調整し、サセプタ３を撓み量０ｍｍの略平面状とした。押圧後、サセプタ３と原料ガス導入部７の間隙は２ｍｍであり、サセプタ３とサセプタの対面４の間隙は５ｍｍであった。
【００３０】
（気相成長実験）
このような気相成長装置を用いて、基板１の表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させた。まず、基板ホルダー回転駆動器９及びサセプタ回転駆動器１３を稼働させて、基板の自転（１０ｒｐｍ）及び公転（１ｒｐｍ）を開始した。なお、すべての成長が終了するまで、基板の自転及び公転をこれらの速度で継続し、反応容器内を大気圧に保った。次に、原料ガス導入部から水素を流しながら基板の温度を１０５０℃まで昇温させ、基板のクリーニングを行った。続いて、ヒータ温度を５１０℃まで下げて、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア、キャリアガスとして水素を用いて、基板上にＧａＮからなる膜厚２０μｍのバッファー層の成長を行い、バッファー層成長後に、ＴＭＧのみ供給を停止し、ヒータ温度を１０５０℃まで上昇させた。その後、原料ガス導入部から、ＴＭＧとアンモニアの他に、キャリアガスとして水素と窒素を供給して、アンドープＧａＮの成長を１時間行った。
【００３１】
以上のようにＧａＮを成長させた後、基板を室温付近まで放冷させ、反応容器から取り出した。基板の自転及び公転の開始から終了まで、基板ホルダー回転駆動器及びサセプタ回転駆動器は正常に作動し、放冷後に、反応容器内の各部品を目視で点検したところ、腐食、破損等の異常はなかった。また、押圧機構２２による押圧を解除したところ、サセプタ３が有していた上に凸の撓みが自然に復元し、その撓み量は３ｍｍであった。
【００３２】
［比較例］
（気相成長装置の製作）
撓みを設けない（撓み量０ｍｍ）のサセプタを用い、押圧機構による押圧を行わなかった他は実施例と同様の気相成長装置を製作した。サセプタの重力による変形を測定した結果、サセプタの中心部で０．５ｍｍ垂れ下っていることが確認できた。
【００３３】
以上のように、本発明の実施例の気相成長装置により、重力により変形したサセプタが原料ガス流を妨害し、他の部材に接触することを防止できた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、熱ＣＶＤ法等のための気相成長装置として好適であり、例えば、青色又は紫外の発光ダイオード又はレーザーダイオード等の製造に用いられるIII族窒化物半導体の気相成長装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図である。
【図２】図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ａ−Ａ）である。
【図３】図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ｂ−Ｂ）である。
【図４】図１に示した気相成長装置に用いられるサセプタの上面構成図である。
【図５】図４のサセプタの垂直断面構成図（断面Ｃ−Ｃ）であり、気相成長装置に取り付けられる前の押圧がかけられていない状態を示す。
【図６】本発明の気相成長装置の図１以外の一例を示す垂直断面構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 基板
２ 基板ホルダー
３ サセプタ
４ サセプタの対面
５ ヒータ
６ 反応炉
７ 原料ガス導入部
８ 反応ガス排出部
９ 基板ホルダー回転駆動器
１０ 基板ホルダー回転駆動軸
１１ ツメ
１２ 基板ホルダー回転板
１３ サセプタ回転駆動器
１４ サセプタ回転駆動軸
１５ サセプタ回転板
１６ 均熱板
１７ ベアリング
１８ ベアリング溝
１９ 反応容器
２０ 架台
２１ 蛇腹管
２２ 押圧機構
２３ 差込口
２４ 撓み量
２５ 歯車リング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力により変形したサセプタによる原料ガス流の妨害や他の部材との接触を防止できる気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶膜を基板上に成長する方法には、化学的気相成長（ＣＶＤ）法等があり、基板加熱を伴うＣＶＤ法には熱ＣＶＤ法等が知られている。熱ＣＶＤ法により成長される結晶膜の一例としては、青色又は紫外の発光ダイオード又はレーザーダイオード等を製作するためのIII族窒化物半導体がある。例えば、III族窒化物半導体結晶膜の成長は、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、又はトリメチルアルミニウム等の有機金属ガスをIII族金属源として、アンモニアを窒素源として用い、１０００℃以上の高温に加熱されたシリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等の基板上に結晶膜を気相成長する熱ＣＶＤ法により行われることがある。近年、このような結晶膜の成長に用いられる基板の直径は、結晶膜の生産性を高めるために大きくなる傾向がある。
【０００３】
気相成長装置には、基板の結晶成長面を上向きに配置するもの（フェイスアップ型）、基板の結晶成長面を下向きに配置するもの（フェイスダウン型）がある。また、１バッチあたり１枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置があるが、生産性を向上するために１バッチあたり複数枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置も知られている。基板はサセプタにより直接保持されることがあるが、基板を保持した基板ホルダーをさらにサセプタにより保持することもできる。近年は、気相成長に用いられる基板の直径が大きくなり、さらに1バッチあたりの基板枚数も増加する傾向があるので、用いられるサセプタの直径も大きくなっている。
【０００４】
気相成長において、均一な膜厚及び膜質を得るには、基板を自転させながら基板上に結晶膜を成長させることが有効であり、このような気相成長装置は、基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタを備えている。また、基板を自公転させながら基板上に結晶膜を成長させることも有効であり、例えば、複数の基板ホルダーをサセプタにより保持する気相成長装置においては、回転自在に保持されたサセプタの上に基板ホルダーを回転自在に保持し、サセプタの回転により基板を公転させ、基板ホルダーの回転により基板を自転させることにより、各基板間及び同一基板面内において、均一な膜厚及び膜質を得ることもできる。
【０００５】
例えば特許文献１〜４に記載の気相成長装置のように、サセプタは平らな円盤状であることが多く、サセプタの支持方法としては、リング状の部材によりサセプタの周縁部を支持する方法（特許文献１及び２）、円柱状の部材によりサセプタの中央を支持する方法（特許文献４）等がある。
また、基板ホルダー及びサセプタを回転できる気相成長装置としては、サセプタに連結された駆動軸により基板ホルダーとサセプタの両方に回転駆動力を伝達する気相成長装置（例えば特許文献１及び２）や、サセプタに回転駆動力を伝達するサセプタ回転駆動軸、及び基板ホルダーに回転駆動力を伝達する基板回転駆動軸が別々に設けられ、基板及びサセプタの回転数及び回転方向を任意に設定できる気相成長装置（例えば特許文献３）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７５９９２号公報
【特許文献２】特開２００９−９９７７０号公報
【特許文献３】特開２００４−２４１４６０号公報
【特許文献４】特開２００８−２１７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような気相成長装置に備えられるサセプタは、通常は平らな円盤状であるが、サセプタの大きさ、厚み、支持方法によっては、重力により垂れ下り等、変形することがある。サセプタが変形すると、原料ガスが設定された通りに流れなくなり、良好な気相成長が妨害され、さらに変形量が大きい場合は、サセプタがサセプタの対面や原料ガス導入部等の他の部材に接触して部材が破損する等の問題を生じる虞があった。
【０００８】
サセプタの重力による変形は様々な形態で生じるが、弾性変形であることが多く、例えば、リング状の部材によりサセプタの周縁部を支持する場合には、サセプタの中心部が下に凸に変形し、その結果として中心部が下向きに凸に変形した状態となり、円柱状の部材によりサセプタの中央部を支持する場合には、サセプタの周辺部が垂れ下り、その結果として中心部が上向きに凸に変形した状態となる。これらの例において示されるように、サセプタの変形量は、サセプタの直径が大きくなりサセプタの厚さが薄くなるほど大きくなる傾向があり、また気相成長温度が高いほど大きくなることが予測できる。また、フェイスアップ型より、フェイスダウン型の方が変形の影響を抑えることが困難である。
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする課題は、複数の基板ホルダーをサセプタにより保持するフェイスダウン型の気相成長装置であっても、１０００℃を超える気相成長温度を必要とするIII族窒化物半導体のフェイスダウン型の気相成長装置であっても、サセプタの重力あるいは加熱によるサセプタの変形の影響を抑制できる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意検討した結果、前述のような気相成長装置において、中心部が凸となるような撓みを有するサセプタを用い、中心部が上向きに凸となるように配置し、上から中心部を押圧して固定することにより、重力によるサセプタの変形の影響を抑制できることを見出し、本発明の気相成長装置に到達した。
すなわち、本発明は、基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタが備えられたフェイスダウン型の気相成長装置であって、中心部が上向きに凸となるように撓ませたサセプタを、上から中心部を押圧して配置したことを特徴とする気相成長装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の気相成長装置は、複数の基板ホルダーを保持する大きなサセプタを有するフェイスダウン型の気相成長装置、あるいは高温の気相成長温度を必要とするIII族窒化物半導体のフェイスダウン型の気相成長装置であっても、重力、ヒータの加熱によるサセプタの変形の影響を抑え、サセプタの対面や原料ガス導入部等の部材の破損を防止することができる。その結果、このようなサセプタが変形しやすい条件下の気相成長であっても、原料ガスが設定された通りに流通しやすくなり、基板に良好な気相成長を行なうことができる。
【００１２】
また、本発明の気相成長装置は、中心部が凸となるように撓ませたサセプタを上から押圧して位置を調節することができるので、重力による変形量をあらかじめ予測して正確な撓み量を有するサセプタを製作することを必要とせず、サセプタとその対面の間隙の大きさ（反応炉の上下幅）を容易に精度よく調整することができる。サセプタとその対面の間隙の大きさは、原料ガスの流れ状態に影響を及ぼすことが多いので、間隙の大きさが調整可能であることは、良好で安定した品質の結晶膜を得るためにも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタが備えられた気相成長装置に適用される。以下、本発明の気相成長装置を、図１〜図６に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
尚、図１、図６は、本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図であり、図２は、図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ａ−Ａ）であり、図３は、図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ｂ−Ｂ）であり、図４は、図１に示した気相成長装置に用いられるサセプタの上面構成図である。図５は、図４のサセプタの垂直断面構成図（断面Ｃ−Ｃ）であり、気相成長装置に取り付けられる前の押圧がかけられていない状態を示す。
【００１４】
本発明の気相成長装置は、図１に示すように、基板１を保持する基板ホルダー２、及び該基板ホルダー２を回転自在に保持するサセプタ３が備えられたフェイスダウン型の気相成長装置であって、前記サセプタ３は、図５に示すように、中心部が凸となるように撓ませたものであり、これを中心部が上向きに凸となるように配置し、上から中心部を押圧して構成した気相成長装置である。
尚、図１に示す本発明の気相成長装置の例においては、サセプタ３はリング状の架台２０によりその周縁部で支持され、押圧機構２２により上から押圧して配置されている。図１に示す気相成長装置で用いられるサセプタ３は、図４に示すように、上に凸となる撓みがあらかじめ設けられており、架台２０の上に設置したときに重力による垂れ下がり等の変形が生じても原料ガス導入部７に接することはない。さらにサセプタ３を押圧機構２２により押圧することにより、サセプタ３及びサセプタの対面４の間に生じる間隙を調整することもできる。
【００１５】
以下に、本発明の気相成長装置の細部について説明する。
図１に示すように、基板１は、成長面を下向きにした状態で基板ホルダー２により保持されている。基板ホルダー２は、直径が２インチ、３インチ、４インチ又は６インチの基板を１枚保持できるが、特にこれらの大きさの基板に限定されない。ここで、ヒータ５からの熱を基板１へ均一に伝達するために、均熱板１６を設けてもよい。基板ホルダー２は、基板ホルダー２の下面及びサセプタ３の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して、サセプタ３上に回転自在に保持されている。
【００１６】
サセプタ３は、直径３００〜１０００ｍｍ、厚さ３〜３０ｍｍの円盤状であることが好ましく、直径６００〜１０００ｍｍ、厚さ３〜２０ｍｍの円盤状であることがより好ましいが、特に限定されることはない。また、サセプタ３は、４〜１５個の基板ホルダー２を保持できることが好ましいが、特に限定されない。図５に示すように、サセプタ３には、中心部が凸となるような撓みが設けられており、この撓みは気相成長装置に設置されたときの重力による垂れ下がり等の変形と反対方向に凸、すなわち上に凸である。また、サセプタ３に設けられた撓みは球面状であることが好ましいが、球面状に限定されることはない。サセプタ３に設けられた撓み量は、重力により生じる変形量よりも大きく、１〜１０ｍｍであることが好ましいが、その撓み量に限定されることはない。また、押圧後のサセプタ３の撓み量は、通常は１ｍｍ以下である。尚、本発明において、気相成長装置に設置される前のサセプタの撓みは、重力がかかっていない状態で測定されるものとする。例えば、円盤状のサセプタの撓みは、円盤の半径方向を鉛直方向にして（円盤の外周の一端を紐等で吊るして）測定される。
【００１７】
前記のような形状を有するサセプタ３は、サセプタ３の下面及び架台２０の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して架台２０により回転自在に保持される。さらにサセプタ３は押圧機構２２により押圧され、押圧を調整することによりサセプタ３とサセプタの対面４との間の隙間距離が調整される。サセプタ３は押圧により略平板状になることが好ましく、サセプタ３とサセプタの対面４の押圧後の間隙は、８ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましいが、特にこれらの大きさの間隙に限定されない。押圧機構２２により所定の押圧がなされたサセプタ３は、サセプタの対面４とともに反応炉６を形成し、反応炉６は、反応容器１９に収められ密封されている。尚、ベアリング１７は、直径３〜１０ｍｍの球形であることが好ましい。ベアリング溝１８の鉛直方向の断面は、半円形、三角形又は四角形であることが好ましいが、特に限定されない。
【００１８】
図１に示すように、押圧機構２２により生じた押圧は、基板ホルダー回転駆動軸１０、基板ホルダー回転板１２及びベアリング１７を介してサセプタ３に伝達される。押圧機構２２としては、モータの生成するトルクを基板ホルダー回転駆動軸１０の軸方向の力に変換でき、サセプタ３の撓み量の変化をマイクロメータにより計測できる構造の押圧機構があるが、この構造に限定されることはない。
基板ホルダー２により保持された基板１は自転によって回転される。基板ホルダー２は、基板ホルダー２の下面及びサセプタ３の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して、サセプタ３の上に回転自在に保持される。基板ホルダー回転駆動器９からの回転駆動力は、まず、磁性流体シールを用いて反応容器１９に対して回転自在に封止された基板ホルダー回転駆動軸１０に伝達される。基板ホルダー回転駆動軸１０の基板ホルダー回転板側の先端には複数本のツメ１１が設けられており、ツメ１１が、基板ホルダー回転板１２の上面に設けられた差込口２３に差し込まれることにより脱着可能に噛み合わさり、回転駆動力が基板ホルダー回転板１２に伝達される。
【００１９】
基板ホルダー回転板１２は、基板ホルダー回転板１２の下面及びサセプタ３の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して、サセプタ３により回転自在に保持されている。基板ホルダー２は、原料ガス導入部７の周囲に設けられており、基板ホルダー回転板１２の外周に設けられた歯車と各基板ホルダー２の外周に設けられた歯車が噛み合わさることにより各基板ホルダー２に回転駆動力が伝達され、各基板ホルダー２は自転により回転する。基板ホルダー回転板１２は、直径１００〜５００ｍｍ、厚さ３〜２０ｍｍの円盤状であることが好ましいが、特に限定されない。基板ホルダー回転駆動軸１０は、直径１０〜５０ｍｍの円柱状であることが好ましいが、特に限定されない。尚、基板ホルダー回転板１２の歯車および基板ホルダー２の歯車は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
【００２０】
基板１は自転に加えて公転によっても回転する。サセプタ回転駆動器１３からの回転駆動力は、磁性流体シールを用いて反応容器１９に対して回転自在に封止されたサセプタ回転駆動軸１４に伝達される。サセプタ回転板１５はサセプタ回転駆動軸１４のサセプタ側先端に固定され、サセプタ回転板１５の外周に設けられた歯車とサセプタ３の外周に設けられた歯車が噛み合わさることによりサセプタ３に回転駆動力が伝達される。これによりサセプタ３が回転し、サセプタ３上に配置された基板ホルダー２は公転する。気相成長反応中は、基板ホルダー２を常時公転させることが好ましい。サセプタ回転駆動軸１４は、直径１０〜５０ｍｍの円柱状であることが好ましいが、特に限定されない。サセプタ回転板１５は、直径５０〜２００ｍｍ、厚さ３〜３０ｍｍの円盤状を有することが好ましいが、特に限定されることはない。尚、サセプタ回転板１５の歯車およびサセプタ３の歯車は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
【００２１】
反応炉６の中心部には原料ガス導入部７が設けられ、原料ガスは、原料ガス導入部７から放射状に吹き出し、基板１の成長面に対して水平に供給される。気相成長反応は、反応炉６において、ヒータ５により基板１を加熱しながら、原料ガス導入部７から原料ガスを供給することにより行われ、基板１の成長面には結晶膜が形成される。気相成長反応に用いられた原料ガスは、そのまま反応ガスとして反応ガス排出部８から排出される。気相成長反応中、基板ホルダー２は、常時自転させることが好ましく、常時自公転させることがより好ましい。サセプタ３及び基板ホルダー２の回転方向及び回転速度は、それぞれ、サセプタ回転駆動器１３及び基板ホルダー回転駆動器９の回転方向及び回転速度を変化させることにより、任意に設定することができる。各基板間において均一な膜厚及び膜質を得るためには、各基板ホルダー２を反応炉の中心に対して同一円周上に配置して、原料ガス導入部からの距離を等しくすることが好ましいが、特に限定されない。
【００２２】
基板ホルダー２、サセプタ３、基板ホルダー回転板１２及びサセプタ回転板１５は、カーボン系材料又はカーボン系材料をセラミック材料でコーティングしたものが好ましいが、特に限定されない。基板ホルダー回転駆動軸１０、ツメ１１及びサセプタ回転駆動軸１４は、金属、合金、金属酸化物、カーボン系材料、セラミック系材料、カーボン系材料をセラミック材料でコーティングしたもの、又はこれらの組み合わせが好ましいが、特に限定されない。ベアリング１７は、セラミック材料であることが好ましいが、特に限定されない。ここで、合金の例には、ステンレス又はインコネルがあるが、特に限定されない。カーボン系材料の例には、カーボン、パイオロリティックグラファイト（ＰＧ）、グラッシカーボン（ＧＣ）等があるが、特に限定されない。セラミックス系材料の例には、アルミナ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）等があるが、特に限定されない。
【００２３】
特に、基板ホルダー２、サセプタ３、基板ホルダー回転板１２及びサセプタ回転板１５は、ＳｉＣコートカーボン、ベアリング１７は、アルミナであることが好ましく、基板ホルダー回転駆動軸１０は、基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製とし、基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製とし、螺旋等で両者を固定することにより一体化したものが好ましく、ツメ１１は、ＳｉＣコートカーボン製で、基板ホルダー回転駆動軸の基板ホルダー回転板側部分の端面にあらかじめ一体として形成されていることが好ましい。サセプタ回転駆動軸１４は、ステンレス製であることが好ましい。
【００２４】
次に図６を用いて、本発明の気相成長装置の図１以外の一例を、図１の気相成長装置との違いを記述することにより詳細に説明する。したがって、図６に示す気相成長装置は、以下において特に記載のない部分は図１の気相成長装置と同様である。図６は、本発明の気相成長装置の図１以外の一例を示す垂直断面構成図である。
図６の気相成長装置に用いられるサセプタ３は、サセプタ３の外周部に歯車が設けられていない以外は図４と同様のものである。サセプタ回転駆動器１３からの回転駆動力は、磁性流体シールを用いて反応容器１９に対して回転自在に封止されたサセプタ回転駆動軸１４に伝達される。サセプタ回転駆動軸１４のサセプタ側の先端には複数本のツメ１１が設けられており、ツメ１１が、サセプタ３の上面に設けられた差込口２３に差し込まれることにより脱着可能に噛み合わさり、回転駆動力がサセプタ３に伝達される。これによりサセプタ３が回転し、サセプタ３上に配置された基板ホルダー２は公転する。
【００２５】
また、基板１は公転に加えて自転によっても回転される。すなわち、基板ホルダー２の外周に設けられた歯車が、反応容器１９に固定された歯車リング２５の内周に設けられた歯車と噛み合わることにより、基板１はサセプタ３の回転に伴って自転する。図６の気相成長装置において、サセプタ回転駆動軸１４は、直径１０〜５０ｍｍの円柱状であることが好ましいが、特に限定されない。尚、固定歯車２５の歯車および基板ホルダー２の歯車は、平歯車構造を有することが好ましいが、特に限定されることはない。
図６の気相成長装置において、サセプタ回転駆動軸１４は、基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製とし、基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製とし、螺旋等で両者を固定することにより一体化したものが好ましく、ツメ１１は、ＳｉＣコートカーボン製で、サセプタ回転駆動軸のサセプタ側部分の端面にあらかじめ一体として形成されていることが特に好ましい。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００２７】
［実施例］
（気相成長装置の製作）
図１〜５に示すような気相成長装置を製作した。まず、サセプタ３（ＳｉＣコートカーボン製、直径７２０ｍｍ、厚さ１１ｍｍ、６インチの基板を６枚保持可能）を製作したが、サセプタ３には、上に凸の撓みが３ｍｍの撓み量で設けられている。次に、直径６インチのサファイア基板を１枚保持可能である基板ホルダー２（ＳｉＣコートカーボン製）６個と、基板ホルダー回転板１２（ＳｉＣコートカーボン製、直径２５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を上記のサセプタ３により、ベアリング１７を介して保持し、基板ホルダー２と基板ホルダー回転板１２の平歯車を噛み合わせた。このように基板及び基板ホルダーを保持したサセプタ３を、サセプタ３の下面及び架台２０の上面に刻まれたベアリング溝１８により挟持されたベアリング１７を介して架台２０により回転自在に保持した。このときサセプタ３が重力により変形したが、中心部は上に凸に撓んだままであり、サセプタ３の撓み量は２．５ｍｍに減少した。
【００２８】
次に、基板ホルダー回転駆動機構及びサセプタ回転駆動機構を設けた。ツメ１１は、断面の直径５ｍｍ、長さ７ｍｍの円柱状であり、断面の直径２０ｍｍの基板ホルダー回転駆動軸１０の先端に等間隔で３本設けた。ツメ１１の差込口２３として、基板ホルダー回転板１２の上面に円柱状の凹部を各ツメに対して１つずつ設けた。基板ホルダー回転駆動軸１０はインコネル及びＳｉＣコートカーボンからなり、基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製（直径２０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの円柱状）とし、基板ホルダー回転板側部分をＳｉＣコートカーボン製（直径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱状）とし、両者をカーボン製の螺旋で固定することにより一体化して基板ホルダー回転駆動軸１０とした。ツメ１１はＳｉＣコートカーボン製であり、基板ホルダー回転駆動軸１０の下面にあらかじめ一体として形成した。サセプタ回転駆動軸１４は、直径２０ｍｍ、長さ３００ｍｍのステンレス製とし、サセプタ回転板１５は、直径１００ｍｍ、厚さ１１ｍｍのＳｉＣコートカーボン製とし、カーボン製の螺旋でサセプタ回転駆動軸１４のサセプタ側先端に固定した。尚、サセプタの対面４、及び架台２０はカーボン製とし、反応容器１９はステンレス製とした。
【００２９】
次に、サセプタ３を押圧できる押圧機構２２を設けた。押圧機構２２は、モータが生成するトルクを基板ホルダー回転駆動軸１０の軸方向の力に変換でき、サセプタ３の撓み量の変化をマイクロメータにより計測できる構造とした。サセプタ３を押圧機構２２により押圧し、その押圧を調整することによりサセプタ３とサセプタの対面４との間の隙間距離を調整し、サセプタ３を撓み量０ｍｍの略平面状とした。押圧後、サセプタ３と原料ガス導入部７の間隙は２ｍｍであり、サセプタ３とサセプタの対面４の間隙は５ｍｍであった。
【００３０】
（気相成長実験）
このような気相成長装置を用いて、基板１の表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させた。まず、基板ホルダー回転駆動器９及びサセプタ回転駆動器１３を稼働させて、基板の自転（１０ｒｐｍ）及び公転（１ｒｐｍ）を開始した。なお、すべての成長が終了するまで、基板の自転及び公転をこれらの速度で継続し、反応容器内を大気圧に保った。次に、原料ガス導入部から水素を流しながら基板の温度を１０５０℃まで昇温させ、基板のクリーニングを行った。続いて、ヒータ温度を５１０℃まで下げて、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア、キャリアガスとして水素を用いて、基板上にＧａＮからなる膜厚２０μｍのバッファー層の成長を行い、バッファー層成長後に、ＴＭＧのみ供給を停止し、ヒータ温度を１０５０℃まで上昇させた。その後、原料ガス導入部から、ＴＭＧとアンモニアの他に、キャリアガスとして水素と窒素を供給して、アンドープＧａＮの成長を１時間行った。
【００３１】
以上のようにＧａＮを成長させた後、基板を室温付近まで放冷させ、反応容器から取り出した。基板の自転及び公転の開始から終了まで、基板ホルダー回転駆動器及びサセプタ回転駆動器は正常に作動し、放冷後に、反応容器内の各部品を目視で点検したところ、腐食、破損等の異常はなかった。また、押圧機構２２による押圧を解除したところ、サセプタ３が有していた上に凸の撓みが自然に復元し、その撓み量は３ｍｍであった。
【００３２】
［比較例］
（気相成長装置の製作）
撓みを設けない（撓み量０ｍｍ）のサセプタを用い、押圧機構による押圧を行わなかった他は実施例と同様の気相成長装置を製作した。サセプタの重力による変形を測定した結果、サセプタの中心部で０．５ｍｍ垂れ下っていることが確認できた。
【００３３】
以上のように、本発明の実施例の気相成長装置により、重力により変形したサセプタが原料ガス流を妨害し、他の部材に接触することを防止できた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、熱ＣＶＤ法等のための気相成長装置として好適であり、例えば、青色又は紫外の発光ダイオード又はレーザーダイオード等の製造に用いられるIII族窒化物半導体の気相成長装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図である。
【図２】図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ａ−Ａ）である。
【図３】図１に示した気相成長装置の水平断面構成図（断面Ｂ−Ｂ）である。
【図４】図１に示した気相成長装置に用いられるサセプタの上面構成図である。
【図５】図４のサセプタの垂直断面構成図（断面Ｃ−Ｃ）であり、気相成長装置に取り付けられる前の押圧がかけられていない状態を示す。
【図６】本発明の気相成長装置の図１以外の一例を示す垂直断面構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 基板
２ 基板ホルダー
３ サセプタ
４ サセプタの対面
５ ヒータ
６ 反応炉
７ 原料ガス導入部
８ 反応ガス排出部
９ 基板ホルダー回転駆動器
１０ 基板ホルダー回転駆動軸
１１ ツメ
１２ 基板ホルダー回転板
１３ サセプタ回転駆動器
１４ サセプタ回転駆動軸
１５ サセプタ回転板
１６ 均熱板
１７ ベアリング
１８ ベアリング溝
１９ 反応容器
２０ 架台
２１ 蛇腹管
２２ 押圧機構
２３ 差込口
２４ 撓み量
２５ 歯車リング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタが備えられたフェイスダウン型の気相成長装置であって、中心部が上向きに凸となるように撓ませたサセプタを、上から中心部を押圧して配置したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
サセプタが少なくとも基板ホルダーに回転駆動力を伝達するための回転駆動軸を介して押圧される請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
押圧前のサセプタの中心部の撓み量が、１〜１０ｍｍである請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
押圧後のサセプタの中心部の撓み量が、１ｍｍ以下である請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダー、及び該基板ホルダーを回転自在に保持するサセプタが備えられたフェイスダウン型の気相成長装置であって、中心部が上向きに凸となるように撓ませたサセプタを、上から中心部を押圧して配置したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
サセプタが少なくとも基板ホルダーに回転駆動力を伝達するための回転駆動軸を介して押圧される請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
押圧前のサセプタの中心部の撓み量が、１〜１０ｍｍである請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
押圧後のサセプタの中心部の撓み量が、１ｍｍ以下である請求項１に記載の気相成長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３０６３３（Ｐ２０１３−３０６３３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５８８２（Ｐ２０１１−１６５８８２）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００２２９６０１）日本パイオニクス株式会社 (96)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００２２９６０１）日本パイオニクス株式会社 (96)
【Ｆターム（参考）】
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