JP2009206167A

JP2009206167A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2009206167A
Application number: JP2008044674A
Authority: JP
Inventors: Wataru Tamura; 渉田村; Masaru Sasakura; 賢笹倉; Yukio Shirai; 幸夫白井; Mutsumi Morita; 睦森田; Tomoaki Kodama; 智昭児玉; Tatsuma Saito; 竜舞斎藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP5297661B2

Abstract

【課題】
排気系配管内への反応物の堆積を抑制することのできる気相成長装置を提供する。
【解決手段】
気相成長装置は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、前記チャンバ内において回転軸で支持され、成長基板を設置するためのサセプターと、前記サセプター上の成長基板に対して原料ガスを供給するガス供給手段と、前記サセプターと前記チャンバ内で対向し、又は前記サセプターを支持するステージと、前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有する構造体と、前記チャンバ内のガスの流れ方向から見て前記構造体の下流に設けられ、前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置に関する。

ＣＶＤ法や塩化物を用いたクロライドＶＰＥ法などの気相成長法は、結晶膜の形成には欠かせない技術である。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、気相結晶成長方法の一つで、主に半導体結晶成長に用いられている。

ＭＯＣＶＤは、材料ガスや水素、窒素、アルゴンなどのキャリアガス流量を制御するガス計量ユニット、ヒータで成長基板の温度を制御し該成長基板上に材料ガスを反応成長させるリアクターユニット、真空ポンプ、圧力制御器でリアクター圧力を制御する排気ユニットで構成される。ＭＯＣＶＤは、ガス計量ユニットで所望の流量に調整された有機金属を中心とした原料ガスを所望の圧力、温度に制御されたチャンバ内で熱分解、反応させ、成長基板上に所望の半導体結晶を得る装置である。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の場合、一般的にはＩＩＩ族原料に有機金属を用い、Ｖ族原料に特殊材料ガスを用いる。加熱されたチャンバ内に導入された原料が熱分解することで、適切な反応基が成長基板に供給され半導体結晶成長が行える。

図１１は、従来の気相成長装置２００の構成の一例を示す概略図である。

気相成長装置２００は、ガス制御装置１、グローブボックス２、サセプター３、チャンバ５、ガス供給部６、ステージ７、排気ポート８、トラップ機構９、排気ポンプ１０及び除害設備１１を含んで構成される。

ガス制御装置１から、ガス供給部６を介して供給されたプロセスガスがチャンバ５内で熱分解し、チャンバ５内の回転軸３ｓで支持されるサセプター３に設置された成長基板４に所望の材料膜を形成する。その後、プロセスガスは排気ガスとして排気ポート８を通じて排気ポンプ１０によりチャンバ５内から排出される。排気ガス中には大量に反応副生成物や未反応物が含まれるため、排気ポンプ１０の上流にこれらを専用に捕獲するためのトラップ機構９を配置する。また、排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に専用の除害設備１１が設置される。

従来の気相成長装置２００では、排気ガス中に大量の反応副生成物等が含まれ、これらが排気系配管や排気ポンプ１０に堆積し、排気圧力の不安定原因となる。成膜中に排気圧力が変動すると、所望の結晶膜を作成することが困難となる。

そこで、上述したように、従来の気相成長装置２００では、排気ポンプ１０の上流側に専用のトラップ機構９を設置する（例えば、特許文献１参照）。さらに、反応ガスに燐系材料が含まれる場合の発火事故を低減するための工夫を施したものが知られている（特許文献２参照）。しかし、トラップ機構は、いずれ閉塞し、排気圧力制御に支障が出るため、定期メンテナンスが必要である。気相成長装置の排気系配管のメンテナンスは、多大な労力が必要なだけでなく、燐や砒素を使用した場合、メンテナンス作業者が危険にさらされることがある。また、気相成長装置のメンテナンス頻度が高いと、製造工数の増大と装置停止による製造コストの上昇原因となる。

これに対して、トラップ機構内部に回転フィンを設置し、堆積するダストを機械的に除去することでメンテナンス性を向上させる技術が提案されている（特許文献３参照）。しかし、このようにトラップ機構のメンテナンス性を向上させようとすると、トラップ機構そのものの構造が複雑になってしまう。また、トラップ機構内のダストの堆積が解決されたとしても、トラップ機構に至るまでの排気系配管内の堆積による制御圧力の不安定化を解消することはできない。

排気系配管内の堆積を低減するものとしては、チャンバ内寸法を最適化し、チャンバ内部の側壁に冷却フィンを設置することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、結晶成長に影響するガスの流れを妨げないように冷却フィンを設置するには高度な技術を必要とするとともに、成長時に成長圧力や総流量を変えるような場合には、排気系配管へのダストの堆積量が変動することが考えられる。また、近年、結晶成長時にチャンバ内の室内寸法を変化させることが行われている（特許文献５参照）。

特開昭６３−２８９９２２号公報特開平０８−０８３７７３号公報特開平０６−３０２５２５号公報特開２００２−３６７９１３号公報特開２００５−５２３３８５号公報

本発明の目的は、排気系配管内への反応物の堆積を抑制することのできる気相成長装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、気相成長装置は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、前記チャンバ内において回転軸で支持され、成長基板を設置するためのサセプターと、前記サセプター上の成長基板に対して原料ガスを供給するガス供給手段と、前記サセプターと前記チャンバ内で対向し、又は前記サセプターを支持するステージと、前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有する構造体と、前記チャンバ内のガスの流れ方向から見て前記構造体の下流に設けられ、前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気手段とを有する。

また、本発明の他の観点によれば、気相成長装置は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、前記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内において、成長基板を設置するための面が略水平に設置され、かつ、回転軸で支持され、かつ、前記ガス供給部に対向して設置されたサセプターと、前記チャンバ内において前記サセプターを支持するステージと、前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有し、外縁部から略垂直下方向へ伸びる延伸部を有する構造体と、前記構造体方向から流れてくる排気ガスを排出するために前記チャンバ内の前記構造体の下方に設けられた排気ポートとを有する。

また、本発明のさらに他の観点によれば、気相成長装置は、内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、前記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内において、成長基板を設置するための面が略水平に設置され、かつ、回転軸で支持され、かつ、前記ガス供給部を中心としてその周囲に設置されたサセプターと、前記チャンバ内において前記サセプターと対向するステージと、前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有し、外縁部から略垂直下方向へ伸びる延伸部を有する構造体と、前記構造体方向から流れてくる排気ガスを排出するために前記チャンバ内の前記構造体の下方に設けられた排気ポートとを有する。

本発明によれば、排気系配管内への反応物の堆積を抑制することができる。

図１は、本発明の実施例による気相成長装置１００の構成を表す概略図である。図２は、本発明の実施例による気相成長装置１００のチャンバ５内を上から見た平面図である。

気相成長装置１００は、ガス制御装置１、グローブボックス２、サセプター３、チャンバ５、ガス供給部６、ステージ７、排気ポート８、排気ポンプ１０、除害設備１１、構造体１２を含んで構成される。

ガス制御装置１は、所望の流量に調整された原料ガス及びキャリアガスを、ガス供給部６を介してチャンバ５内に供給する。ガス供給部６は、サセプター３の略中央から原料ガスを供給し、かつ、サセプター３の成長基板４を設置する面に対して略平行方向へ原料ガスを流す。チャンバ５は、化学的に不活性なガス（主に窒素を用いる）で充填されるクローブボックス２内部に設置される。

チャンバ５内部は、所望の圧力、温度に制御可能であり、回転軸３ｓに支持されるサセプター３、サセプター３に対向して配置されるステージ７、排気ガスを下部方向（排気用配管１３）に排出するために設けられる複数の排気ポート８及び構造体１２が設置されている。サセプター３は、所望の材料膜を形成するための成長基板４を設置するための面を有し、チャンバ５内にガス供給部６を中心としてその周囲に、成長基板４を設置するための面が略水平になるように設置される。

なお、サセプター３は、回転軸を介してステージ７に支持されるように設置してもよい。サセプター３がステージ７に支持される場合は、ガス供給部６は、サセプター３に対向する側から原料ガスを供給し、かつ、サセプター３の成長基板４を設置する面に対して略垂直方向へ原料ガスを吹き付ける。

ガス制御装置１から、ガス供給部６を介して供給されたプロセスガスがチャンバ５内で熱分解し、チャンバ５内の回転軸３ｓで支持されるサセプター３に設置された成長基板４に所望の材料膜を形成する。その後、プロセスガスは排気ガスとして排気ポート８を通じて排気ポンプ１０によりチャンバ５内から排出され、排気用配管１３を通って、除害設備１１に送られる。除害設備１１は、排気ガス中の砒素などの有害な物質を除去する。

本発明の実施例によれば、燐や砒素を含む反応副生成物の多くが排気ポート８に侵入せずにチャンバ５内に堆積する。そこで、チャンバ５全体を化学的に不活性なガス（主に窒素を用いる）で充填されるグローブボックス２で囲う。このようにすることで、燐や砒素含有反応副生成物をグローブボックス２内で安全且つ簡単に処理できる。堆積物の処理方法としては、真空掃除機で直接堆積物を除去してもよいし、着脱可能な専用のダストボックスをチャンバ５内に設置するようにしてもよい。

本実施例では、排気ポート８は、チャンバ５内のガスの流れ方向から見て構造体１２の下流に設けられ、図２に示すように等間隔で４つが配置されている。なお、排気ポート径は、３５ｍｍとする。排気ポート８の径は、特殊な構造とする必要は無く、例えば、ＮＷ２５やＮＷ４０などの市販品を用いることができる。また、排気ポート８の数の反応副生成物の堆積効果への影響はほとんどないと考えられる。排気ポート８の数が増えれば、当然、排気ポート８への反応副生成物の侵入量は増えてくるが、本実施例のように、排気ポート８の数を４本程度とした場合は、チャンバ５の表面積に比べて、排気ポート８の面積が十分小さいのでほぼ無視することができる。また、排気ポート８の数を極端に増やすことも、工業的な見地から無意味であると考えられる。

本実施例による気相成長装置１００と、図１１を参照して説明した従来の気相成長装置２００との違いは、本実施例では、ステージ７上に該ステージ７よりも大きな径サイズの構造体１２を有することである。なお、構造体１２の外縁部１２ｐから排気ガスの流れ方向（図では、下方向）に構造体延伸部１２ｅを最適化された長さで設けるようにしてもよい。すなわち、構造体延伸部１２ｅは、サセプター３の成長基板４を設置する面に対して略垂直方向に伸び、該方向を延長した方向に排気ポート８が設けられる。また、本実施例による気相成長装置１００では、燐や砒素を含む反応副生成物の多くが排気ポート８に侵入せずにチャンバ５内に堆積するので、トラップ機構９が省略されている。

構造体１２の材質は、耐熱性、加工性、メンテナンス性などを考慮して、石英を用いている。なお、石英以外の材質、例えば、ステンレスやカーボンなどで構造体１２を作成してもよい。また、本実施例では、構造体１２は、ステージ７よりも径サイズが大きいものを使用し、該ステージ７上にステージ７全体を覆うように設置しているが、ステージ７の外縁部に当該外縁部からガス流路方向に突出するようにねじ式や挿入式で着脱可能に取り付けるように設置してもよい。また、ステージ７と一体に形成するようにしてもよい。つまり、構造体１２は、図に示したものに限らず、ガス流路を一部塞ぐかたちでガス流方向に直交する方向に突出する部分を含む形状であればよい。さらに、該突出する部分の先端からガス流方向に延伸する部分を含む形状としてもよい。

本発明者は、本発明の実施例による気相成長装置１００の構造体１２の径サイズ及び構造体延伸部１２ｅの長さの変化、原料ガスの流量及び成長圧力の変化による排気ポート８への反応副生成物の量の変化をシミュレーションした。なお、シミュレーション条件は、以下のとおりである。

原料ガスは、トリメチルガリウム及びアルシンとし、熱分解した原料ガスが反応し、壁面に吸着及び搬送されることとした。以下、特に記載のない場合は、キャリアガスは、水素とし、チャンバ５内部に供給されるガスの総流量は３０ＳＬＭとし、チャンバ５内圧力は１０ｋＰａでシミュレーションを行った。なお、本発明者は他の原料ガス、例えば、ホスフィンや他の有機金属類を用いてもシミュレーション結果に影響が無いことを確認している。チャンバ５内部の温度は７６０℃としたが、チャンバ５の内部温度を変えてもシミュレーション結果には影響しないと考えられる。

また、反応副生成物が排気ポート８に到達する程度を定量化するため、反応副生成物の減少率を以下の式（１）で定義する。多くの材料から発生する反応副生成物を一つ一つ定義することは困難であるため、簡易的な手段として、チャンバ５内に供給された原料ガスの分布を調査し、一定の比率で反応すると仮定している。

｛（ガス供給部６の噴出し口の原料ガス平均濃度−排気ポート８の原料ガス平均濃度）／ガス供給部６の噴出し口の原料ガス平均濃度｝×１００…（１）
原料ガスの平均濃度が高ければ反応副生成物も多く形成され、平均濃度が低ければ反応生成物の生成も少ないと考えられるため、上述の式（１）の減少率が大きいことは排気ポート８に入り込む反応副生成物の量が少なくなることを意味する。

図３は、本発明の実施例による構造体１２の外縁部１２ｐ周辺の部分拡大図である。

チャンバ内壁部５Ｗと構造体延伸部１２ｅとの距離をＳ［ｍｍ］、構造体外縁部１２ｐから構造体延伸部１２ｅの先端までの長さ（構造体１２がガス流方向へ伸びる長さ）をＬ［ｍｍ］、チャンバ５内壁縦寸法をＭ［ｍｍ］とした。ここでステージ７の外縁部（末端）とチャンバ内壁５ｗとの距離Ｓ_０を５０ｍｍで固定し、排気ポート径は３５ｍｍであり、４ポート等間隔で設置していると仮定した。また、サセプター３とステージ７との距離は１０ｍｍとした。

なお、本発明の実施例による構造体１２を含まない従来型の気相成長装置２００において上記条件でシミュレーションを行ったところ、Ｍ＝１３５ｍｍ、Ｓ_０＝５０ｍｍとした場合、上記式（１）による減少率は１０％程度になることがわかった。

図４は、本実施例の気相成長装置１００における第１のシミュレーション結果を示すグラフである。ここではＭ＝１３５ｍｍに固定し、Ｓを１０〜５０ｍｍに変化させたときのＬ／Ｓ_０に対する減少率の変化を示す。

このシミュレーションにより、Ｌが存在すること、すなわち構造体延伸部１２ｅが存在することにより、式（１）による減少率が増加することがわかる。すなわち、構造体延伸部１２ｅが存在することにより、排気ポート８への反応副生成物の輸送量が減少することがわかった。また、Ｌ／Ｓ_０が０．２以上であるとより効果的であることがわかった。

図５は、本実施例の気相成長装置１００における第２のシミュレーション結果を示すグラフである。ここでは、Ｍ＝１３５ｍｍに固定し、Ｌを０〜６０ｍｍに変化させたときのＳ／Ｓ_０に対する減少率の変化を示す。

このシミュレーションにより、Ｓ／Ｓ_０が小さくなるに従い、排気ポート８への反応副生成物の輸送量が減少することがわかった。また、Ｓ／Ｓ_０が０．８を超えると減少率の低下傾向が顕著であることがわかった。

図６は、本実施例の気相成長装置１００における第３のシミュレーション結果を示すグラフである。ここでは、Ｓ＝３０ｍｍに固定し、Ｌ＝０、１０、３０、６０ｍｍの各条件で、Ｍを変化させたときの反応副生成物の減少率の変化を示す。

このシミュレーションにより、Ｍが長いほうがやや減少率が増加する傾向が確認できたが、Ｍの変化に対しては減少率の変動は小さいことがわかった。従って、本発明の実施例による構造体１２により反応性生物の堆積の減少は、チャンバ内壁寸法に大きな影響を受けないことがわかった。

図７は、本実施例の気相成長装置１００における第４のシミュレーション結果を示すグラフである。ここでは、Ｌ＝６０ｍｍ、Ｍ＝１３５ｍｍに固定し、Ｓ＝１０、２０、３０ｍｍの各条件で、チャンバ内圧力を変化させたときの反応副生成物の減少率の変化を示す。

このシミュレーションにより、チャンバ内圧力が５ｋＰａ以下では、急激に減少率が低下するが、チャンバ内圧力が５ｋＰａ程度以上から常圧（〜１００ｋＰａ）の範囲では、減少率の変化は穏やかであることがわかった。気相成長、特にＭＯＣＶＤ成長では、減圧領域（およそ数ｋＰａ程度）から常圧付近までのさまざまな範囲で材料が作成され、成長中に圧力を変える場合もある。したがって、本発明の実施例による構造体１２を設置したことによる効果は、ＭＯＣＶＤ成長中のさまざまな成長圧力の変動に影響されないことがわかった。同様に、気相成長では、ガス流量変化もしばしば行われるが、Ｌ＝６０ｍｍ、Ｍ＝１３５ｍｍ、Ｓ＝３０ｍｍの条件で、ガス流量を１００Ｌ／ｍｉｎ以上流しても減少率は８０％程度で維持することがわかった。

以上のシミュレーション結果から、従来構造を有する気相成長装置２００（図１１）と本発明の実施例による気相成長装置１００（図１）を実際に作成し、本発明の実施例による効果を検証した。検証法として、本発明の実施例による気相成長装置１００に対しても、チャンバ５と排気ポンプ１０との間（従来の気相成長装置２００と同様の位置）にトラップ機構９を設け、該トラップ機構９の前段と後段の差圧を測定することで排気系への反応副生成物の到達具合を調査した。

トラップ機構９は、内部に吸着フィルターを備え、トラップ機構９全体を冷却する構造となっている。この検証では、従来の気相成長装置２００及び本発明の実施例による気相成長装置１００で同一構造、性能のトラップ機構９を使用した。この検証において、トラップ機構９の前段と後段の差圧が大きくなることは、トラップ機構９が閉塞していることを示す。

なお、チャンバ５の容積は約７００Ｌとした。また、ガス制御装置１は、有機金属を供給するラインとアルシンなどの水素化物を供給するラインとの２ラインから構成され、チャンバ５に導入されている。ただし、ガスの供給ラインの数や導入方法の違いが本発明の実施例の効果に影響することはないと考えられる。

また、この検証は、アルシン、ホスフィン及びトリメチルガリウムなどの有機金属材料を用い、成長温度６００〜９５０℃、総流量１０〜５０ＳＬＭ、成長圧力１０〜１００ｋＰａの条件下で実施した。キャリアガスは、水素を用いたが、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを用いても本発明の実施例の効果に影響はないと考えられる。

また、この検証では、ＩＩＩ−Ｖ族系の発光デバイス成長や単層成長の繰り返しを行った。発光デバイスの一例としては、ＧａＡｓ基板上へＧａＡｓバッファー層０．５μｍ、ＳｉドープＡｌ_０．７（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．３Ｐ層１μｍ、アンドープＡｌ_０．２（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．８Ｐ層０．２μｍ、ＺｎドープＡｌ_０．７（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．３Ｐ層１μｍ及びＺｎドープＧａＰ層３０μｍを順次積層してなるものがある。また、単層成長の一例としては、ＳｉドープＡｌ_０．７（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．３Ｐ層１μｍがある。なお、成長層の構成が多少異なっていても本発明の実施例の効果には影響しない。また、従来例と本発明の実施例による気相成長装置では、成長内容には多少の誤差は存在するが装置にかかる負担としての差は誤差レベルである。

図８は、図１１に示す従来の気相成長装置２００を用いて検証した差圧変化を示すグラフである。この検証では、Ｓ_０＝５０ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍとした。なお、図の縦軸は規格化差圧を示す。ここで規格化差圧とは、成長時の差圧を、メンテナンス後などのトラップ機構９取り付け直後の差圧で規格化したものである。

図に示すように、従来構造の気相成長装置２００を用いた場合は、規格化差圧は上昇傾向を示し、およそ２００〜４００時間の稼動でトラップ機構９の閉塞を示す閾値に達することがわかった。この場合、閉塞直前にトラップ機構９及び排気系配管１３の洗浄・取り付け等のメンテナンスが必要であった。なお、メンテナンスが必要となるまでの成長回数は１００回程度であった。また、図中の曲線の不連続は、メンテナンスを行ったことに由来する。

図９は、図１に示す本発明の実施例による気相成長装置１００を用いて検証した差圧変化を示すグラフである。この検証では、Ｓ_０＝５０ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍ、Ｌ＝７０ｍｍ、Ｓ＝４０ｍｍとした。なお、図の縦軸は規格化差圧を示す。構造体１２の材質は石英を用いた。

図に示すように、本発明の実施例による気相成長装置１００を用いた場合は、規格化差圧は、１０００時間以上稼動しても変化しないことが確認できた。この時点で検証に使用した排気系配管１３を取り外して検査したところ、多少の汚れが確認できたが、従来装置におけるような閉塞原因となる堆積物は確認できなかった。なお、成長回数は３００回以上である。

以上の検証により、本発明の実施例による気相成長装置１００では、構造体１２を設けることにより、反応副生成物が排気ポート８に侵入することを大幅に抑制できることが確認できた。したがって、従来構造の気相成長装置２００に比べて、排気系配管１３のメンテナンス頻度を劇的に減らすことができる。また、専用のトラップ機構９を必要としないことがわかった。

図１０は、本発明の実施例による気相成長装置１００及び従来構造の気相成長装置２００により作成した発光ダイオードの２０ｍＡでの寿命を比較実験した結果を示すグラフである。

この比較実験では、ＧａＡｓ基板上へｎ型ＧａＡｓバッファー層０．５μｍ、ｎ型Ａｌ_０．７（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．３Ｐクラッド層１μｍ、アンドープＡｌ_０．２（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．８Ｐ活性層０．２μｍ、ｐ型Ａｌ_０．７（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_０．３Ｐクラッド層１μｍを順次積層し、最後に電流拡散層としてｐ型ＧａＰ層３０μｍを形成した発光ダイオードを作成して、その２０ｍＡでの寿命を比較した。

本発明の実施例による気相成長装置１００により作成した発光ダイオードの相対光度変化は、従来構造の気相成長装置２００により作成した発光ダイオードと比べてもなんら変化が無いことが確認された。本発明の実施例では、反応副生成物が排気ポート８に侵入することを抑制するために、構造体１２を設けており、構造部を冷却するなどの結晶成長に影響する要因を含まない。本発明の実施例では、結晶成長部の温度分布やガス流の乱れを引き起こすことが無いので、結晶成長そのものにはなんら影響を及ぼさないことが確認できた。以上の実験結果により、本発明の実施例によれば、結晶成長に影響することなく排気圧力損失の発生しない気相成長装置が提供できる。

以上、本発明の実施例によれば、構造体１２を設けることにより、反応副生成物が排気ポート８に侵入することを大幅に抑制できるので、専用のトラップ機構９を必要としない。

また、本発明の実施例によれば、構造体１２を設けることにより、排気系配管１３内への反応副生成物の堆積が激減するため、長期にわたり圧力変動が生じない。また、排気系配管１３のメンテナンス頻度が大幅に減少するので、製造工程の簡素化ができる。

また、本発明の実施例によれば、チャンバ５内部の冷却やガス流に影響する構造をとることが無いため、高度な技術は必要とせず、また製品性能を劣化させること無く、排気系配管内への反応物の堆積を抑制することのできる気相成長装置を提供することができる。

なお、上述の実施例では、ＭＯＣＶＤを中心に説明したが、本発明は、ＣＶＤやＶＰＥなどの気相反応を利用した結晶成長装置全般に適用可能である。また、気相成長が可能な材料系であれば、どのような材料種を用いてもよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の実施例による気相成長装置１００の構成を表す概略図である。本発明の実施例による気相成長装置１００のチャンバ５内を上から見た平面図である。本発明の実施例による構造体１２の外縁部１２ｐ周辺の部分拡大図である。本実施例の気相成長装置１００における第１のシミュレーション結果を示すグラフである。本実施例の気相成長装置１００における第２のシミュレーション結果を示すグラフである。図６は、本実施例の気相成長装置１００における第３のシミュレーション結果を示すグラフである。図７は、本実施例の気相成長装置１００における第４のシミュレーション結果を示すグラフである。図８は、図１１に示す従来の気相成長装置２００を用いて検証した差圧変化を示すグラフである。図９は、図１に示す本発明の実施例による気相成長装置１００を用いて検証した差圧変化を示すグラフである。図１０は、本発明の実施例による気相成長装置１００及び従来構造の気相成長装置２００により作成した発光ダイオードの２０ｍＡでの寿命を比較実験した結果を示すグラフである。従来の気相成長装置２００の構成の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…ガス制御装置、２…グローブボックス、３…サセプター、４…成長基板、５…チャンバ、６…ガス供給部、７…ステージ、８…排気ポート、９…トラップ機構、１０…排気ポンプ、１１…除害設備、１２…構造体、１３…排気系配管、１００…気相成長装置

Claims

内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、
前記チャンバ内において回転軸で支持され、成長基板を設置するためのサセプターと、
前記サセプター上の成長基板に対して原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記サセプターと前記チャンバ内で対向し、又は前記サセプターを支持するステージと、
前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有する構造体と、
前記チャンバ内のガスの流れ方向から見て前記構造体の下流に設けられ、前記チャンバ内から排気ガスを搬出する排気手段と
を有する気相成長装置。
前記構造体は、さらにその外縁部から前記排気ガスの流れ方向に沿って伸びる延伸部を有する請求項１記載の気相成長装置。
前記延伸部の長さＬと、前記ステージの外縁部から前記チャンバの内壁までの距離Ｓ_０との比Ｌ／Ｓ_０が０．２以上である請求項１又は２記載の気相成長装置。
前記ステージの外縁部から前記チャンバの内壁までの距離Ｓ_０と前記構造体の外縁部から前記チャンバの内壁までの距離Ｓとの比Ｓ／Ｓ_０が０．８以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相成長装置。
前記チャンバ内の圧力が、５〜１００ｋＰａである請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
前記ガス供給手段は、前記サセプターの略中央から原料ガスを供給し、かつ、前記サセプターの成長基板を設置する面に対して略平行方向へ原料ガスを流す請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
前記ガス供給手段は、前記サセプターに対向する側から原料ガスを供給し、かつ、前記サセプターの成長基板を設置する面に対して略垂直方向へ原料ガスを吹き付ける請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
前記延伸部は、前記サセプターの成長基板を設置する面に対して略垂直方向に伸び、該方向を延長した方向に前記排気手段が設けられる請求項３記載の気相成長装置。
内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、
前記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内において、成長基板を設置するための面が略水平に設置され、かつ、回転軸で支持され、かつ、前記ガス供給部に対向して設置されたサセプターと、
前記チャンバ内において前記サセプターを支持するステージと、
前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有し、外縁部から略垂直下方向へ伸びる延伸部を有する構造体と、
前記構造体方向から流れてくる排気ガスを排出するために前記チャンバ内の前記構造体の下方に設けられた排気ポートと
を有する気相成長装置。
内部の温度及び圧力を制御可能なチャンバと、
前記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内において、成長基板を設置するための面が略水平に設置され、かつ、回転軸で支持され、かつ、前記ガス供給部を中心としてその周囲に設置されたサセプターと、
前記チャンバ内において前記サセプターと対向するステージと、
前記ステージに設置され、前記ステージよりも大きい径サイズを有し、外縁部から略垂直下方向へ伸びる延伸部を有する構造体と、
前記構造体方向から流れてくる排気ガスを排出するために前記チャンバ内の前記構造体の下方に設けられた排気ポートと
を有する気相成長装置。