DE4404110A1 - Substrathalter für MOCVD und MOCVD-Vorrichtung - Google Patents

Substrathalter für MOCVD und MOCVD-Vorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Substrat­ halter für MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition = metallorganische chemische Dampfabscheidung), und bezieht sich insbesondere auf einen Substrathalter, welcher ein gleichförmiges Kristallwachstum eines zusammengesetzten Halbleiters ermöglicht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine MOCVD-Vorrichtung mit einem Hochgeschwindigkeits- Drehsuszeptor, der eine Vielzahl von Wafern trägt, und mit einem Mechanismus zum Drehen der Wafer auf dem Suszeptor.
Fig. 11 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen beispielhaften Substrathalter, der in einer MOCVD-Vorrich­ tung vorgesehen ist. Gemäß der Fig. weist ein Substrathal­ ter 1 aufweisend Molybdän (im folgenden einfach als Molyb­ dän-Substrathalter bezeichnet) eine Höhlung 1a in der Mitte der vorderen Oberfläche auf. Auf einem Teil der vorderen Oberfläche, bei dem die Höhlung 1a nicht vorhanden ist, ist ein polykristalliner Film 10 angeordnet. Ein Halbleiterwa­ fer 7 aufweisend InP oder dergleichen ist auf der flachen Oberfläche der Höhlung 1a befestigt. Unterhalb des Substrathalters 1 ist ein Heizmittel 9 zum Erwärmen des Wa­ fers 7 angeordnet. Substrathalter 1 und Heizmittel 9 sind innerhalb eines MOCVD-Reaktors angeordnet.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben.
Der Substrathalter 1 und der Wafer 7 werden durch das Heiz­ mittel 9 bis zu einer Temperatur von 600°C erwärmt. In den Reaktor eingeführte Quellengase wie beispielsweise PH₃ und AsH₃ werden aufgrund der vom Substrathalter 1 oder Wafer 7 abgegebenen Wärme zerlegt, wobei Bestandteile dieser Gase epitaktisch auf den Wafer 7 aufgewachsen werden. Während des epitaktischen Wachstums wird der polykristalline Film 10 auf dem Teil des Substrathalters 1 abgeschieden, bei dem der Wafer 7 abwesend ist.
Der Emissionsgrad bei der Oberfläche des Molybdän-(Me­ tall-)Substrathalters 1, d. h. die thermische Leitfähigkeit von der Oberfläche des Substrathalters 1 zum Quellengas ist von dem Emissionsgrad bei der Oberfläche des InP-Verbund­ halbleiterwafers 7 verschieden. Insbesondere beträgt der Emissionsgrad des Molybdän-Substrathalters 1 etwa 0,3, und der Emissionsgrad des InP-Wafers 7 etwa 0,1. Desweiteren vergrößert sich die Dicke des auf der Oberfläche des Molyb­ dän-Substrathalters 1 abgeschiedenen polykristallinen Fil­ mes 10 mit jedem Kristallwachstum, so daß der polykri­ stalline Film 10 den Emissionsgrad vergrößert, mit der Folge eines Emissionsgrades von etwa 0,5 bei der Oberfläche des Molybdän-Substrathalters 1, wie es in Fig. 5(a) darge­ stellt ist. Aufgrund des Unterschiedes in den Emissionsgra­ den zwischen dem Molybdän-Substrathalter 1 und dem InP-Wa­ fer 7 unterscheidet sich das Zerfallsverhältnis des PH₃-Gas auf dem Molybdän-Substrathalter 1 von demjenigen auf dem Inp-Wafer 7, d. h. erstgenanntes beträgt etwa 0,055, während das zuletztgenannte etwa 0,050 beträgt, wie es in Fig. 5(b) dargestellt ist. Demgemäß variiert das Einbauverhältnis von P-Atomen in einer InGaAsP-Schicht (In0,71Ga0,29As1-xPx), welche auf dem Wafer 7 aufgewachsen ist, beträchtlich zwi­ schen dem mittleren Teil und dem Randteil des Wafers, mit dem Ergebnis, daß die Zusammensetzung der auf dem Wafer aufgewachsenen InGaAsP-Schicht beträchtlich variiert, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Fig. 7 zeigt ein durch Photo­ lumineszenz erhaltenes Wellenlängenprofil der auf dem Wafer 7 aufgewachsenen InGaAsP-Schicht.
Falls ein polykristalliner InP-Film 3 epitaktisch auf einer Molybdänschicht 1 bei der gewöhnlichen epitaktischen Wachs­ tumstemperatur von 575 bis 675°C aufgewachsen wurde, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, schreitet das Wachstum mit un­ ebener Oberfläche fort, d. h. es wird ein dreidimensionales Wachstum durchgeführt. Der Emissionsgrad der Oberfläche der Molybdänschicht 1 in Kontakt mit dem Quellengas wird nicht geglättet, sondern variiert bei jedem Wachstum.
Bei dem Kristallwachstum mit einem Quellengas, welches eine große Wachstums-Temperaturabhängigkeit des Zerfallsverhält­ nisses besitzt, wie beispielsweise bei PH₃, variiert das Zerfallsverhältnis des Quellengases mit einem während des Wachstumsprozesses auftretenden Temperaturanstiegs. Falls demzufolge ein Mischkristall mit zwei Arten von Elementen der Gruppe V wie beispielsweise ein InGaAsP-Kristall auf ge­ wachsen wird, wird die Lauf-zu-Lauf-Variation der Zusammen­ setzung der aufgewachsenen Schicht erheblich vergrößert.
Die japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 1-206618 zeigt eine MOCVD-Vorrichtung, bei der die Gleichförmigkeit der Zusammensetzung der aufgewachsenen Schicht verbessert ist. Bei diesem Stand der Technik wird eine Mischkristall- Halbleiterschicht wie beispielsweise eine InGaAsP-Schicht und eine Verbund-Halbleiterschicht wie beispielsweise eine GaAs-Schicht epitaktisch auf einem InP-Substrat aufgewach­ sen, welches auf einem Graphitsuszeptor angeordnet ist. Der Graphitsuszeptor wird bei 630°C durch Hochfrequenzindukti­ ons-Heizen erwärmt, und H₂ wird als Trägergas verwendet. Eine Vielzahl von InP-Hilfsschichten sind um das InP- Substrat herum angeordnet, wodurch das epitaktische Wachs­ tum mit gleichförmiger Kristallinität und Zusammensetzung der aufgewachsenen Schicht über das InP-Substrat fort­ schreitet.
Des weiteren ist in Journal of Crystal Growth 107 (1991), Seiten 549 bis 554 eine seitliche und vertikale Steuerung der Zusammensetzung bei MOCVD-aufgewachsenen InP/GalnAs(P)- Strukturen dargestellt. Falls AsH₃ als Quellengas verwendet ist, ist es möglich, das Zerfallsverhältnis des AsH₃-Gases durch Einstellung des Temperaturprofils des Suszeptors gleichförmig einzurichten. Falls jedoch bei einer sogenann­ ten Thomas Swan-MOCVD-Vorrichtung das für das Wachstum der unteren GaInAs-Schicht benötigte AsH₃-Gas für das PH₃-Gas ausgetauscht wird, welches für das Wachstum der oberen InP- Schicht benötigt ist, verursacht ein ungenügender Gasaus­ tausch eine unregelmäßige Oberfläche der unteren GalnAs- Schicht, was die Gleichförmigkeit der Kristallzusammensetzung der oberen InP-Schicht in nachteiliger Weise beein­ flußt. Um diesen Nachteil zu beheben, wird bei dieser MOCVD-Vorrichtung Wasserstoffgas dem Gasstrom im Reaktor in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Gasstrom zum Zeit­ punkt des Quellengasersatzes hinzugefügt, wodurch das für das Wachstum der unteren GaInAs-Schicht benötigte AsH₃-Gas vollständig eliminiert wird. Daran anschließend wird PH₃- Gas für das Wachstum der oberen InP-Schicht in den Reaktor eingeführt. Da die Dicke der unteren GalnAs-Schicht gleich­ förmig ist, wird die Gleichförmigkeit der Zusammensetzung der InP/GaInAs-Schicht verbessert.
Desweiteren ist in der japanischen veröffentlichten Patent­ anmeldung Nr. 4-26586 ein Substrathalter für MBE (Molekularstrahl-Epitaxie) dargestellt, bei dem die Varia­ tion des Emissionsgrades bei der Oberfläche des Substrat­ halters verringert ist. Bei diesem Stand der Technik wird ein indiumplatierter Halter oder ein indiumfreier Halter verwendet. Ein auf dem Halter befestigtes Substrat wird mit einem Heizmittel von der rückseitigen Oberfläche her er­ wärmt. Der Molekularstrahl fällt auf die vordere Oberfläche des Substrates ein. Auf der gesamten Oberfläche des Substrathalters ist ein Tantalnitrid-(TiN)Film oder ein Graphitfilm ausgebildet, wobei der Substrathalter mit dem Molekularstrahl bestrahlt wird, oder auf ausgewählten Ab­ schnitten der Oberfläche, zur Kontrolle der Temperatur des Substrates auf dem Halter, wodurch der Emissionsgrad des Substrathalters vor dem Kristallwachstum in die Nähe eine Wertes von 0,5 gebracht wird, welches der Emissionsgrad des Halters nach dem Kristallwachstum, bei dem Moleküle abge­ schieden worden sind, beträgt, wodurch die Variation des Emissionsgrades des Substrathalters während des Kristall­ wachstums verringert wird.
Jedoch ist bei der bekannten MOCVD-Vorrichtung, welche den Molybdän-Substrathalter verwendet, die Verteilung der Zu­ sammensetzung der auf dem Wafer aufgewachsenen InGaAsP- Mischkristallschicht nicht gleichförmig. Desweiteren vari­ iert die Zusammensetzung der Mischkristallschicht und die Verteilung der Zusammensetzung in der Mischkristallschicht in nachteiliger Weise bei jedem Kristallwachstum.
Die Fig. 19(a) und 19(b) veranschaulichen einen beispiel­ haften Hochgeschwindigkeitsdreh-Scheibensuszeptor mit einem Substrathalter, wobei Fig. 19(a) eine Daraufsicht und Fig. 19(b) eine entlang der Linie A-A′ aus Fig. 19(a) genommene Schnittansicht darstellt. Der Suszeptor mit dem Substrat­ halter ist innerhalb eines MOCVD-Reaktors vorgesehen. Die Richtung des Gasstromes auf dem Suszeptor ist in den Fig. 20(a) und 20(b) verdeutlicht.
Wie in den Figuren dargestellt ist, ist eine Vielzahl von Wafern 400 auf einem Substrathalter 300a angeordnet. Der Substrathalter 300a ist auf einem Suszeptor 200a angeord­ net. Der Suszeptor 200a weist eine Drehachse 100 auf. Das Bezugszeichen 500 bezeichnet einen Reaktor.
Es folgt die Beschreibung der Betriebsweise.
Zu Beginn werden Wafer 400 auf den Substrathalter 300a ge­ legt, und der Substrathalter 300a wird auf den Suszeptor 200a gelegt. Der Suszeptor 200a mit dem Substrathalter 300a wird durch die Drehachse 100, welche mit einem (nicht näher dargestellten) Motor verbunden ist, bei der gewünschten Ge­ schwindigkeit in Drehung versetzt, beispielsweise mit 1000 Umdrehungen pro Minute (rpm).
Falls der Suszeptor 200a bei einer hohen Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, welche 500 rpm übersteigt, strömt das in den Reaktor 500 eingeführte Gas 90, beispielsweise AsH₃, TMG (Trimetchyl Gallium), oder H₂, wie es in den Fig. 20(a) und 20(b) dargestellt ist. Dies bedeutet, daß das senkrecht in Richtung Mitte des Substrathalters 300a einge­ führte Gas radial zum Rand des Substrathalters 300a paral­ lel zur Oberfläche des Substrathalters strömt, und mit der Drehung des Substrathalters verwirbelt wird. Die maximale Flußrate des Gases 90 beträgt 60 cm/sec.
Falls eine GaAs-Schicht auf jedem Wafer 400 aufgewachsen wird, wird H₂-Gas und AsH₃-Gas in den Reaktor eingeführt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Suszeptors 200a 1000 rpm erreicht. Der Suszeptor 200a wird bei einer gewünschten Temperatur von beispielsweise 700°C durch Widerstands-Hei­ zen, Lampen-Heizen, oder HF-Heizen erwärmt. Das Wachstum der GaAs-Schicht beginnt, wenn TMG-Gas dem Gasstrom im Re­ aktor hinzugefügt wird.
Fig. 21 veranschaulicht den Temperaturgradienten auf dem Suszeptor 200a während des Wachstums der GaAs-Schicht. Die Temperatur in der Umgebung des Randes des Suszeptors ist größer als die Temperatur in der Mitte. Dies bedeutet, daß die Wärme, welche dem Quellengasstrom 90 zugeführt wird, allmählich in Strömungsrichtung des Quellengasstromes an­ steigt, mit der Folge einer Differenz in den Zerfallsver­ hältnissen des Quellengases zwischen dem stromaufwärtigen Teil und dem stromabwärtigen Teil des Quellengasstromes, was Variationen in der Dicke, Zusammensetzung, und Träger­ dichte einer auf dem Wafer 400 aufgewachsenen Kristall­ schicht verursacht.
Es wurden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Ver­ ringerung der Variationen in der Dicke und der Zusammenset­ zung vorgeschlagen. Im folgenden werden einige von ihnen näher erläutert.
Fig. 22 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine MOCVD- Vorrichtung, welche in der japanischen veröffentlichten Pa­ tentanmeldung Nr. 61-287219 offenbart ist. In dieser Fig. bezeichnet die Bezugsziffer 210 einen Suszeptor. Drei Sa­ tellitenstufen 620, auf denen Wafer befestigt werden, und eine Hauptstufe 310 sind auf dem Suszeptor 210 angeordnet. Jede Satellitenstufe 620 besitzt eine Übersetzung 610 in der Mitte der rückseitigen Oberfläche. Die Hauptstufe 310 weist eine Vertiefung 340 auf, in welcher eine Übersetzung 320 angeordnet ist. Die Übersetzungen 610 der Satelliten­ stufen 620 wirken mit der Übersetzung 320 der Hauptstufe 310 zusammen, wobei die Hauptstufe 310 mit einem (nicht nä­ her dargestellten) Antrieb über eine Drehachse 110 verbun­ den ist. Beim Betrieb wird die Hauptstufe 310 mit einer Ge­ schwindigkeit von 20 rpm in Drehung versetzt. Mit der Dre­ hung der Hauptstufe 310 werden die Satellitenstufen 620 bei einer Geschwindigkeit von einigen zehn rpm in Drehung ver­ setzt, da die Übersetzungen 610 mit der Übersetzung 320 zu­ sammenwirken. Auf diese Weise wird ein auf jeder Satelli­ tenstufe 620 angeordneter Wafer über die Übersetzung 610 in Drehung versetzt und dreht sich um die Übersetzung 320 der Hauptstufe mit der Folge einer gleichförmigen Dicke einer auf dem Wafer aufgewachsenen Halbleiterschicht.
Die japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 62-85423 zeigt eine MOVPE-(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)-Vor­ richtung, bei der eine Vielzahl von Satellitenstufen, von denen jede ein GaAs-Substrat trägt, auf einer Hauptstufe angeordnet ist. Die Hauptstufe ist auf einer Drehachse an­ geordnet. Im Randbereich jeder Satellitenstufe sind Getrie­ bezähne ausgebildet. Eine Thermokopplungsröhre dringt über die Mitte der Hauptstufe und die Rotationsachse ein, und eine Übersetzung ist an einem Ende der Thermokoppelröhre auf der Oberfläche der Hauptstufe befestigt. Da die befe­ stigte Übersetzung mit den Übersetzungen der Satellitenstu­ fen zusammenwirkt, werden die Satellitenstufen mit der Dre­ hung der Hauptstufe in Drehung versetzt. Auf diese Weise dreht sich das GaAs-Substrat auf der Satellitenstufe um seine Achse und dreht sich um die befestigte Übersetzung in der Mitte der Hauptstufe, mit der Folge einer gleichförmi­ gen Dicke und Zusammensetzung einer auf dem GaAs-Substrat aufgewachsenen Verbund-Halbleiterschicht.
Eine weitere MOVPE-Vorrichtung ist in Journal of Crystal Growth 93 (1988), S. 207-215 veröffentlicht. Dieser MOVPE- Reaktor weist eine Substratabstützung mit einer Scheibenba­ sis, einer Hauptplattform, welche sich um eine Hauptmit­ tenachse dreht, und sieben Satellitenplateaus auf, von de­ nen jedes einen Wafer abstützt und jedes um seine Achse drehbar ist. Sowohl die Hauptplattform, als auch die Satel­ litenplattformen sind durch eine Gasfolie gestützt, welche auch die Drehung zur Verfügung stellt. Das Basisprinzip der Gasfolien-Drehung wird nachfolgend näher beschrieben. Eine Scheibe (in diesem Fall die Hauptplattform oder die Satel­ litenplattform) mit einer kleinen Achsenbohrung in ihrer unteren flachen Oberfläche bedeckt eine weitere Scheibe (die Basis oder die Hauptplattform) mit drei engen Spiral­ vertiefungen in ihrer oberen flachen Oberfläche. Jede Spi­ ralvertiefung weist eine kleine Öffnung in deren Ende in der Nähe der Mitte der Scheibe auf, aus der Gas von unten strömt. Die untere Scheibe weist des weiteren eine kleine Öffnung in der Mitte deren oberen Oberfläche auf, in die eine Achse eingepaßt ist, welche die obere Scheibe zen­ triert, aber nicht abstützt. Das aus den drei Öffnungen strömende Gas hebt die obere Scheibe an und versetzt sie in Drehung. Diese MOVPE-Vorrichtung liefert eine gleichförmige Dicke und Zusammensetzung einer auf dem Wafer aufgewachse­ nen Kristallschicht, welche durch die Satellitenplattform abgestützt ist.
Falls jedoch der Drehmechanismus der vorstehend beschriebe­ nen MOVPE-Vorrichtung auf einen Suszeptor einer MOCVD-Vor­ richtung, welche mit einer Hochgeschwindigkeit von etwa 1000 rpm in Drehung versetzt wird, angewendet wird, kann eine Zerstörung der Vorrichtung auftreten. Falls die Anzahl der Wafer für das Kristallwachstum vergrößert wird, wird der Drehmechanismus komplizierter, was zu weiteren Schwie­ rigkeiten führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun­ de, einen Substrathalter für MOCVD zur Verfügung zu stel­ len, bei dem die Gleichförmigkeit der Verteilung der Zusam­ mensetzung in einer auf einem Wafer, der durch den Substrathalter abgestützt ist, aufgewachsenen InGaAsP- Mischkristallschicht verbessert ist, und bei dem die Lauf- zu-Lauf-Variation der Zusammensetzung der InGaAsP-Schicht verringert ist.
Es ist des weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei­ ne MOCVD-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einen Hochgeschwindigkeits-Drehsuszeptor aufweist, der eine ver­ besserte Drehung eines darauf angeordneten Wafers ermög­ licht, wodurch eine Kristallschicht mit gleichförmiger Dicke, Zusammensetzung, und Trägerdichte über den Wafer un­ abhängig von der Richtung des Gasstromes erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Substrathalter gemäß An­ spruch 1 und 5 und eine MOCVD-Vorrichtung gemäß Anspruch 6, 7, 8, 9, 10 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein für MOCVD verwendeter Molybdänsubstrathalter zum Ab­ stützen eines Wafers, auf dem ein Kristallwachstum erfolgt, einen polykristallinen GaAs-Film mit einer flachen Oberflä­ che, der auf einem Teil der Oberfläche des Substrathalters aufgewachsen ist, bei dem der Wafer abwesend ist, und einen auf dem polykristallinen GaAs-Film aufgewachsenen polykri­ stallinen InP-Film auf. Jeder der polykristallinen Filme ist bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr und einer Tem­ peratur aufgewachsen, welche größer ist als die epitakti­ sche Wachstumstemperatur von 575°C.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein für MOCVD verwendeter Molybdänsubstrathalter zum Ab­ stützen eines Wafers, auf dem ein Kristallwachstum fort­ schreitet, einen polykristallinen InGaAsP-Film mit einer flachen Oberfläche auf, der auf einem Teil der Oberfläche des Substrathalters aufgewachsen ist, bei dem der Wafer ab­ wesend ist. Der polykristalline InGaAsP-Film ist bis zu ei­ ner Dicke von 0,3 µm oder mehr und bei einer Temperatur aufgewachsen, die größer ist als die epitaktische Wachs­ tumstemperatur von 575°C.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einer der vorstehend beschriebenen Molybdänsubstrathalter des weiteren eine zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters und des polykristallinen GaAs-Filmes oder des polykristallinen InGaAsP-Filmes zwischenliegenden SiC- Film auf.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein für MOCVD verwendeter Molybdänsubstrathalter zum Ab­ stützen eines Wafer, auf dem ein Kristallwachstum fort­ schreitet, einen polykristallinen InP-Film auf, der auf ei­ nem Teil der Oberfläche des Substrathalters, bei dem der Wafer abwesend ist, aufgewachsen ist. Der polykristalline InP-Film ist bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr und bei einer Temperatur von 400-550°C aufgewachsen, welche geringer ist als die epitaktische Wachstumstemperatur von 575°C.
Bei dem MOCVD-Verfahren unter Verwendung eines der vorste­ hend beschriebenen Molybdänsubstrathalter wird der Emissi­ onsgrad des Molybdänsubstrathalters bei einem Wert in der Nähe des Emissionsgrades des Wafers auf dem Substrathalter eingestellt, und demgemäß wird das Zerfallsverhältnis des PH₃-Gases auf dem Substrathalter bei einem Wert in der Nähe des Zerfallsverhältnisses auf dem Wafer eingestellt, wo­ durch die Variation des Einbauverhältnisses von P-Atomen in den InGaAsP-Mischkristall, d. h. die Variation der Zusammen­ setzung des InGaAsP-Mischkristalles verringert und die Lauf-zu-Lauf-Variation der Zusammensetzung des Mischkri­ stalles verringert wird.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine MOCVD-Vorrichtung einen Hochgeschwindigkeits-Drehsus­ zeptor auf mit einer Vielzahl von kleinen Achsenöffnungen auf seiner vorderen Oberfläche, einer Vorrichtung zum Hei­ zen des Suszeptors, einem Einlaß zum Zuführen von Quellen­ gasen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors, ein Substrathalter mit einer Vielzahl von Aperturen, welcher auf der vorderen Oberfläche des Suszept­ ors angeordnet ist, und einer Vielzahl von Wafer-Einsätzen, die auf der vorderen Oberfläche des Suszeptors über die Aperturen des Substrathalters angeordnet sind. Jeder Wafer- Einsatz trägt einen Wafer und weist eine Vielzahl von Flü­ geln auf seinem Randbereich und eine Drehachse in der Mitte der rückseitigen Oberfläche auf. Die Drehachse ist in der Achsenöffnung des Suszeptors eingepaßt. Die Quellengase werden an die Flügel des Wafer-Einsatzes geführt, wodurch der Wafer-Einsatz die Rotationsachse in Drehung versetzt.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine MOCVD-Vorrichtung einen Hochgeschwindigkeits- Drehsuszeptor, ein Mittel zum Heizen des Suszeptors, einen Einlaß zum Zuführen von Quellengasen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors, einen auf der Oberfläche des Suszeptors angeordneten Substrathalter mit einer Vielzahl von Höhlungen, wobei jede Höhlung einen Tragemechanismus auf ihrer oberen flachen Oberfläche be­ sitzt, und eine Vielzahl von Wafer-Einsätzen auf. Jeder Wa­ fer-Einsatz weist eine Vielzahl von Flügeln auf seinem Randbereich auf und ist auf der oberen flachen Oberfläche der Höhlung über den Tragemechanismus angeordnet. Die Quel­ lengase werden an die Flügel des Wafer-Einsatzes geführt, wodurch der Wafer-Einsatz den Tragemechanismus in Drehung versetzt.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine MOCVD-Vorrichtung einen Hochgeschwindigkeits-Drehsus­ zeptor, ein Mittel zum Heizen des Suszeptors, einen Einlaß zum Zuführen von Quellengasen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors, einen auf der Ob­ erfläche des Suszeptors angeordneten Substrathalter, der eine Vielzahl von Höhlungen aufweist, wobei jede Höhlung eine kleine Achsenöffnung in der Mitte seiner oberen fla­ chen Oberfläche und einen Tragemechanismus auf der oberen flachen Oberfläche aufweist, und eine Vielzahl von Wafer- Einsätzen auf. Jeder Wafer-Einsatz weist eine Vielzahl von Flügeln auf seinem Randbereich und eine Drehachse in der Mitte seiner rückseitigen Oberfläche auf. Der Wafer-Einsatz ist auf der oberen flache Oberfläche der Höhlung des Substrathalters derart angeordnet, daß die Rotationsachse in die kleine Achsenöffnung eingepaßt und die rückseitige Oberfläche des Wafereinsatzes in Kontakt mit dem Trageme­ chanismus ist. Die Quellengase werden den Flügeln des Wa­ fer-Einsatzes zugeführt, wodurch der Wafer-Einsatz die Ro­ tationsachse in Drehung versetzt.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine MOCVD-Vorrichtung einen Hochgeschwindigkeits-Drehsus­ zeptor, ein Mittel zum Heizen des Suszeptors, einen Einlaß zum Zuführen von Quellengasen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors, eine Substrathalter mit einer Vielzahl von Öffnungen, der auf der vorderen Ob­ erfläche des Suszeptors angeordnet ist, eine Vielzahl von Wafer-Einsätzen, die auf der vorderen Oberfläche des Sus­ zeptors über die Aperturen des Substrathalters angeordnet sind, auf. Jeder Wafer-Einsatz weist eine Achse in der Mitte seiner rückseitigen Oberfläche auf, welche durch den Suszeptor hindurchtritt und die rückseitige Oberfläche des Suszeptors erreicht, sowie eine Vielzahl von Flügeln, die mit dem Ende der Achse auf der rückseitigen Oberfläche des Suszeptors verbunden sind. In der Umgebung der Flügeln ist ein Gaszufuhrrohr auf der rückseitigen Oberfläche des Sus­ zeptors angeordnet, wobei Gas durch das Rohr an die Flügeln zugeführt wird, wodurch der Wafer-Einsatz die Achse in Dre­ hung versetzt.
Bei den vorstehend beschriebenen MOCVD-Vorrichtungen lie­ fert die Hochgeschwindigkeits-Drehung des Suszeptors die Drehung der Wafer auf den Wafer-Einsätzen um die Achse des Suszeptors, und bewirkt eine Verlängerung der Verweilzeit des Quellengases auf den Wafern, wodurch das Zerfallsver­ hältnis des Quellengases vergrößert wird. Die Drehung des Wafer-Einsatzes auf seiner Achse verursacht die Drehung je­ den Wafers, wodurch der Unterschied in den Quellengas-Zer­ fallsverhältnissen zwischen dem aufwärts strömenden Teil und dem abwärts strömenden Teil in dem Quellengasfluß ver­ ringert wird. Da die Position des Wafers zum Quellengasfluß während des Kristallwachstums über die Zeitdauer verschoben wird, kann eine Kristallschicht mit gleichförmiger Dicke, Zusammensetzung, und Trägerdichte über den Wafer erhalten werden, unabhängig von der Richtung des Quellengasflusses und von dem Unterschied in den Quellengas-Zerfallsverhält­ nissen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Substrathalters einer MOCVD-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Substrathalters einer MOCVD-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Substrathalters einer MOCVD-Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Substrathalters einer MOCVD-Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5(a) ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Diffe­ renz im Emissionsgrad zwischen einem Substrathalter und einem Halbleiter-Mischkristallsubstrat auf dem Halter;
Fig. 5(b) ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Diffe­ renz in den Quellengas-Zerfallsverhältnissen zwi­ schen dem Substrathalter und ein Substrat gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Vertei­ lungsprofiles der Zusammensetzung einer auf dem Substrat gemäß den Fig. 5(a)-5(b) aufgewachsenen Halbleiter-Mischkristallschicht;
Fig. 7 ein Diagramm zu Veranschaulichung eines Photolumi­ niszenz-Wellenlängenprofils der Halbleiter-Misch­ kristallschicht gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines auf einem Substrat, wel­ ches von einem beispielhaften Substrathalter abge­ stützt ist, aufgewachsenen polikristallinen InP- Filmes;
Fig. 9 eine Schnittansicht eines auf einem Substrat, wel­ ches von dem Substrathalter nach Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung abgestützt ist, aufgewachsenen polykristalli­ nen InP-Filmes;
Fig. 10 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Differenz in den Emissionsgraden zwischen dem Substrathalter gemäß Fig. 1 und einem durch den Halter abgestütz­ ten Halbleiter-Mischkristallsubstrat;
Fig. 11 eine schematische Schnittansicht eines beispielhaf­ ten Substrathalters;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Wafer-Stützanordnung ei­ ner beispielhaften MOCVD-Vorrichtung, bei der eine Vielzahl von Wafern gleichzeitig verarbeitet wird;
Fig. 13(a) und 13(b) eine Draufsicht und eine Schnitt­ ansicht zur Darstellung eines Substrathalters mit einer Abdeckplatte entsprechend einem fünften Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13(c) und 13(d) eine Draufsicht und eine Schnitt­ ansicht zur Darstellung eines Substrathalters mit einer Abdeckplatte entsprechend einem sechsten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13(e) und 13(f) eine Draufsicht und eine Schnitt­ ansicht zur Darstellung eines Substrathalters mit einer Abdeckplatte entsprechend einem siebten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14(a) und 14(b) eine Schnittansicht und eine Draufsicht zur Darstellung einer Wafer-Stützanord­ nung einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;
Fig. 14(c) und 14(e) eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines in der Wafer-Stützanordnung ent­ haltenen Wafer-Einsatzes;
Fig. 15(a) und 15(b) eine Draufsicht und eine Schnitt­ ansicht zur Darstellung einer Wafer-Stützanordnung einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15(c) eine Draufsicht zur Erläuterung eines Teiles der Anordnung;
Fig. 16(a) und 16(b) eine Draufsicht und eine Schnitt­ ansicht zur Darstellung einer Wafer-Stützanordnung einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16(c) eine Draufsicht zur Erläuterung eines Teiles der Anordnung;
Fig. 17(a) eine Schnittansicht einer Wafer-Stützanord­ nung einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;
Fig. 17(b) eine Draufsicht zur Darstellung einer rück­ seitigen Anordnung der Struktur;
Fig. 18(a) eine Schnittansicht einer Wafer-Stützanord­ nung einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung;
Fig. 18(b) eine bodenseitige Draufsicht eines in der Anordnung vorgesehenen Wafer-Einsatzes;
Fig. 19(a) und 19(b) eine Draufsicht und eine Schnitt­ ansicht zur Darstellung einer Wafer-Stützanordnung einer beispielhaften MOCVD-Vorrichtung;
Fig. 20(a) und 20(b) Diagramm zur Erläuterung der Rich­ tung des Quellengasstromes in der MOCVD-Vorrichtung gemäß den Fig. 19(a)-19(b);
Fig. 21 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Temperaturgradienten auf einem beispielhaften Suszeptor; und
Fig. 22 eine Draufsicht eines Suszeptors, der eine Vielzahl von Wafern stützt, auf dem jeder Wafer seine eigene Achse in Drehung versetzt und sich um eine Achse des Suszeptors dreht.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Teil eines Molybdänsubstrathalters für MOCVD entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung, und zwar den Teil außerhalb des Teiles, bei dem der Wafer angebracht ist.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 den Molybdän­ substrathalter. Ein polykristalliner GaAs-Film 2 mit einer Dicke von etwa 0,3 µm oder mehr ist auf dem Substrathalter 1 angeordnet, und ein polykristalliner InP-Film 3 mit einer Dicke von etwa 0,3 µm oder mehr ist auf dem Film 2 angeord­ net.
Es folgt die nähere Beschreibung des Herstellungsverfah­ rens.
Zu Beginn wird polykristallines GaAs auf der Oberfläche des Molybdänsubstrathalters 1 mit Ausnahme eines Waferbefesti­ gungsteiles bis zu einer Dicke von etwa 0,3 µm oder mehr zur Bildung des polykristallinen GaAs-Filmes 2 aufgewach­ sen. Daran anschließend wird polykristallines InP auf dem polykristallinen GaAs-Film 2 bis zu einer Dicke von etwa 0,3 µm oder mehr zur Bildung des polykristallinen InP-Fil­ mes 3 aufgewachsen. Das Wachstum wird bei der gewöhnlichen epitaktischen Wachstumstemperatur durchgeführt, d. h. bei 575-675°C.
Falls der polykristalline InP-Film 3 direkt auf der Ober­ fläche des Molybdänsubstrathalters 1 bei einer Temperatur von 575-675°C aufgewachsen wird, wird keine flache Oberf­ läche erzielt, wie es in Fig. 8 veranschaulicht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel, da der polykristalline GaAs- Film 2 vor dem Wachstum des polykristallinen InP-Filmes 3 aufgewachsen wird, schreitet das Wachstum des polykri­ stallinen InP-Filmes 3 mit einer flachen Oberfläche fort, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das Profil des Emissions­ grades dieses Substrathalters ist in Fig. 10 dargestellt. Da der flache polykristalline Film 10 auf dem Molybdän­ substrathalter 1 abgeschieden ist, beträgt der Emissions­ grad des Substrathalters 1 gleich dem Emissionsgrad von Molybdän, d. h. 0,3.
Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung, da der polykristalline GaAs-Film mit der flachen Oberfläche auf der Oberfläche des Molybdänsubstrat­ halters 1 vorhanden ist, schreitet das Wachstum des InP- oder InGaAsP-Kristalles auf dem Film 2 unter Ausbildung ei­ ner flachen Oberfläche weiter. Demgemäß wird der Emissions­ grad des Molybdänsubstrathalters 1 nach dem Kristallwachs­ tum zu einem Wert in der Nähe des Emissionsgrades des Wa­ fers 7 eingerichtet.
Unter Verwendung des Molybdänsubstrathalter gemäß dem er­ sten Ausführungsbeispiel konnte eine Laserdiode mit langer Wellenlänge unter Verwendung eines InGaAsP-Mischkristalles mit einer guten Ausbeute hergestellt werden, so daß die Produktivität verbessert wurde.
Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht einen Teil eines Moly­ bdänsubstrathalters für MOCVD außerhalb des Teiles, wo der Wafer angeordnet ist, entsprechend einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem zwei­ ten Ausführungsbeispiel wird ein polykristalliner InGaAsP- Film 4, beispielsweise ein In0,71Ga0,29As0,63P0,37-Film di­ rekt auf der Oberfläche des Molybdänsubstrathalters 1 bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr aufgewachsen. Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Emissionsgrad des Molybdänsubstrathalters 1 zu einem Wert in der Nähe des Emissionsgrades des Wafers 7 eingerichtet, d. h. es wird das in Fig. 10 dargestellte Profil des Emissionsgrades erzielt.
Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht einen Teil eines Moly­ bdänsubstrathalters für MOCVD mit der Ausnahme eines Tei­ les, bei dem der Wafer angebracht ist, entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche vor dem Wachstum des in Fig. 1 dargestellten polykristallinen GaAs-Filmes 2 oder vor dem Wachstum des in Fig. 2 darge­ stellten polykristallinen InGaAsP-Filmes 4 mit einem SiC- Film 5 mit einer Dicke von 10-500 µm überzogen. Auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird der Emissionsgrad des Molybdänsubstrathalters 1 zu einem Wert in der Nähe des Emissionsgrades des Wafers 7 eingerichtet, d. h. es wird das in Fig. 10 dargestellte Profil des Emissionsgrades erzielt.
Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht einen Teil eines Moly­ bdänsubstrathalters für MOCVD außerhalb eines Teiles, bei dem der Wafer angeordnet ist, entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel wird InP auf der Oberfläche des Molybdänsubstrathalters 1 bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr und bei einer Temperatur von 400-550°C aufge­ wachsen, welche geringer ist als die gewöhnliche epitaktische Wachstumstemperatur von 575°C, um einen polykristallinen InP-Film 6 mit einer flachen Oberfläche auszubilden. Auch bei diesem vierten Ausführungsbeispiel wird der Emissionsgrad des Molybdänsubstrathalters 1 zu einem Wert in der Nähe des Emissionsgrades des Wafers 7 eingerichtet, d. h. es wird das in Fig. 10 dargestellte Profil des Emissionsgrades erzielt.
Fig. 12 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen beispielhaften Suszeptor mit einem Substrathalter, auf dem eine Vielzahl von Wafern angebracht ist. Während bei den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbei­ spielen die polykristallinen Filme 2, 4, und 6 und der SiC- Überzugsfilm 5 auf dem Molybdänsubstrathalter 1, der ledig­ lich einen Wafer abstützt, gebildet sind, können diese Filme auf einem Teil der Oberfläche des in Fig. 12 gezeig­ ten Molybdänsubstrathalters ausgebildet sein, bei dem die Wafer 7 abwesend sind. Auch in diesem Fall wird der Emissi­ onsgrad des Molybdänsubstrathalters 1a zu einem Wert in der Nähe des Emissionsgrades des Wafers 7 eingerichtet.
Fig. 13(a) zeigt in einer Draufsicht einen Substrathalter für MOCVD zum Abstützen von sechs Zwei-Zoll-Wafern entspre­ chend einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 13(b) eine entlang der Linie A-A′ aus Fig. 13(a) genommene Schnittansicht zeigt.
Gemäß dieser Darstellung sind sechs Zwei-Zoll-Wafer 7 auf einem Molybdänsubstrathalter 1 angebracht, der einen Durch­ messer von 7 Zoll besitzt. Ein Teil der Oberfläche des Substrathalters 1 ist mit einer Platte 11a bedeckt, welche einen Verbundhalbleiter-Monokristall oder Verbundhalblei­ ter-Polykristall aufweist (im folgenden als Abdeckplatte bezeichnet). Die Abdeckplatte 11a umgibt fünf Achtel des Randbereiches jeden Wafers 7.
Während bei den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispielen die polykristallinen Filme und der SiC-Abdeckfilm direkt auf dem Molybdänsubstrathalter 1 aus­ gebildet sind, sind diese Filme bei diesem fünften Ausfüh­ rungsbeispiel auf der Abdeckplatte 11a gebildet.
Fig. 13(c) zeigt eine Draufsicht eines Substrathalters ent­ sprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung, und Fig. 13(d) zeigt eine entlang der Linie C-C′ aus Fig. 13(c) genommene Schnittansicht.
Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel ist ein monokri­ stalliner Verbundhalbleiter oder eine polykristalline Ab­ deckplatte 11c mit derselben Größe wie der Substrathalter 1 auf dem Substrathalter 1 angeordnet. Die Abdeckplatte 11c weist sechs Öffnungen bzw. Aperturen 30c auf, über die sechs Zwei-Zoll-Wafer 7 auf der Oberfläche des Substrathal­ ters 1 angebracht sind. Jede Öffnung 30c besitzt die glei­ che Größe wie der Zwei-Zoll-Wafer 7.
Fig. 13(e) zeigt eine Draufsicht eines Substrathalters ge­ mäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung, und Fig. 13(f) zeigt eine entlang der Linie E-E′ aus Fig. 13(e) genommene Schnittansicht.
Bei diesem siebten Ausführungsbeispiel sind drei Abdeck­ platten 11(e), von denen jede eine Öffnung 30(e) aufweist, auf dem Substrathalter 1 angeordnet. Ein Wafer 7 ist auf dem Substrathalter 1 über die Öffnung 30e der Abdeckplatte 11e angeordnet.
Bei den vorstehend beschriebenen fünften bis siebten Aus­ führungsbeispielen ist die Abdeckplatte 11a, 11c oder 11e auf dem Substrathalter 12 angeordnet, und der polykri­ stalline Film oder der SiC-Abdeckfilm gemäß den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auf der Abdeckplatte ausgebildet. Demgemäß ist die Gleich­ förmigkeit des Zerfallsverhältnisses des Quellengases auf dem Wafer im Vergleich zu den ersten bis vierten Ausfüh­ rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verbessert, wo­ durch die Gleichförmigkeit der Zusammensetzung in der auf dem Wafer aufgewachsenen Kristallschicht verbessert ist.
Fig. 14(a) und 14(b) zeigen eine Schnittansicht und eine Draufsicht zur Erläuterung eines Substrathalters auf einem Suszeptor einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 14(c) und 14(d) ist eine Schnittansicht und eine Draufsicht zur Erläuterung eines Wafer-Einsatzes, der auf dem Substrathal­ ter vorgesehen ist.
Gemäß der Darstellung ist ein Substrathalter 300b mit sechs Öffnungen 300b₁ auf einem Suszeptor 200b angeordnet. Der Suszeptor 200b ist durch eine Rotationsachse 100 abge­ stützt. Sechs Wafer-Einsätze 600a sind auf dem Suszeptor 200b über die Öffnungen 300b₁ befestigt. Jeder Wafer-Ein­ satz 600a besitzt auf seiner rückseitigen Oberfläche eine Achse 600a₂, welche in eine kleine Achsenöffnung 200b₁ des Suszeptors 200b eingepaßt ist. Der Durchmesser des Wafer- Einsatzes 600a, auf dem ein Zwei-Zoll-Wafer 400 angebracht werden soll, beträgt 51,2 mm. Vier Flügel 600a₁ sind am Randbereich des Wafer-Einsatzes 400 angeordnet. Jeder Flü­ gel besitzt eine Größe vom 5 mm × 3 mm, wobei der Abstand zwischen der rückseitigen Oberfläche des Wafer-Einsatzes und der unteren Kante des Flügels etwa 0,5 mm beträgt. Der Flügel bildet einen Winkel von 30° mit der Tangentenlinie des Umfangs des Wafereinsatzes aus.
Es folgt die nähere Beschreibung der Betriebsweise.
Falls der Suszeptor 200b mit hoher Geschwindigkeit von 1000 rpm in Drehung versetzt wird, strömt das in den Reaktor eingeführte Quellengas, wie beispielsweise AsH₃, TMG, oder H₂ zur Mitte des Substrathalter 300b mit einer Maximalge­ schwindigkeit von 60 cm/sec und verteilt sich radial in Richtung zum Randbereich des Substrathalters 300b parallel zur Oberfläche des Substrathalters. Da der Suszeptor 200b entgegen dem Uhrzeigersinn bei hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, strömt das Quellengas und verwirbelt mit der Rotation des Suszeptors 200a, wie es in Fig. 20(b) dargestellt ist. Das oberhalb der Wafer 400, die auf den Wafer-Einsätzen 600a angebracht sind, verwirbelnde Quellen­ gas trifft gegen die vier Flügel 600a₁ von jedem Wafer-Ein­ satz, wodurch ein Drehmoment auf den Wafer-Einsatz 600a ausgeübt wird, und der Wafer-Einsatz die Achse 600a₂ in Drehung versetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Wafer- Einsatzes ist nicht spezifiziert, so lange dieser auf dem Suszeptor 200b in Drehung versetzt wird.
Falls eine GaAs-Schicht auf jedem der Wafer 400 auf gewach­ sen wird, wird der Suszeptor 200b bis zur gewünschten Tem­ peratur, beispielsweise 700°C erwärmt, etwa durch Wider­ standsheizen, Lampenheizen, oder HF-Heizen, und es wird TM- G-Gas in den Reaktor eingeführt. Der Temperaturgradient auf dem Suszeptor 200b zu diesem Zeitpunkt ist in Fig. 21 dar­ gestellt. Man erkennt, daß die Temperatur in der Umgebung des Randbereiches des Suszeptors größer ist als die Tempe­ ratur in der Mitte, und demzufolge die dem Quellengasfluß zugeführte Wärme allmählich in Stromabwärts-Richtung des Quellengasflusses ansteigt. Bei diesem achten Ausführungs­ beispiel wird jedoch, da der Wafer 400 auf dem Wafereinsatz 600a wie vorstehend beschrieben in Drehung versetzt wird, die Position des Wafers 400 bezüglich des Quellengasflusses während der ganzen Zeit des Kristallwachstums verschoben, wodurch das Wachstum der GaAs-Schicht gleichförmig über den Wafer fortschreitet.
Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung wird zusätzlich zur Hochgeschwindigkeitsrotation des Suszeptors 200b, der die sechs Wafer 400 um die Achse 100 in Drehung versetzt, jeder Wafer auf dem Wafer-Einsatz 600a auf der Achse 600a₂ des Wafer-Einsatzes in Drehung versetzt. Während des Kristallwachstums bewirkt die Rotati­ on des Suszeptors eine Verlängerung der Verweildauer des Quellengases, wodurch das Zerfallsverhältnis des Quellenga­ ses vergrößert wird. Die Rotation jedes Wafers verschiebt die Position des Wafers bezüglich des Quellengasstromes ständig, so daß der Unterschied in den Zerfallsverhältnis­ sen des Quellengases zwischen dem abwärts strömenden Teil und dem aufwärts strömenden Teil Quellengasstromes verrin­ gert ist. Demgemäß wird unabhängig von der Richtung des Gasstromes eine Kristallschicht mit gleichförmiger Dicke, Zusammensetzung, und Ladungsträgerdichte über dem Wafer 400 erzielt.
Fig. 15(a) zeigt eine Draufsicht eines Wafer-Einsatzes auf einem Substrathalter einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung, und Fig. 15(b) zeigt eine entlang der Linie A-A′ aus Fig. 15(a) genommene Schnittansicht, und Fig. 15(c) zeigt eine Draufsicht eines′ Teiles des Substrathalters.
In diesen Fig. bezeichnet die Bezugsziffer 200 einen Sus­ zeptor mit einer Rotationsachse 100. Auf dem Suszeptor 200 ist ein Substrathalter 300c mit einem Durchmesser von 7 Zoll angeordnet. Auf der Oberfläche des Substrathalters 300c ist eine Höhlung 300c₃ ausgebildet. Ein Tragemechanis­ mus aufweisend zwei kreisförmige Vertiefungen 300c₁ und ei­ ne Vielzahl von in den Vertiefungen 300c₁ eingesetzten Ku­ geln 300c₂ ist auf der flachen Oberfläche der Höhlung 300c₃ angeordnet. Die Kugeln 300c₂ sind aus einem hitzebeständi­ gen Material wie beispielsweise SiC (Siliziumcarbid) oder Molybdän hergestellt. Ein Zwei-Zoll-Wafer 400 ist auf einem Wafer-Einsatz 600b mit derselben Größe wie der in Fig. 14(c) dargestellte Wafer-Einsatz 600a angebracht. Der Wa­ fer-Einsatz 600b besitzt vier Flügel 600b₁ auf seinem Rand­ bereich. Der Wafer-Einsatz 600 ist in der Höhlung 300c₃ des Substrathalters 300c derart eingesetzt, daß die rückseitige Oberfläche des Wafer-Einsatzes in Kontakt tritt mit dem Tragemechanismus.
Es folgt die nähere Beschreibung der Betriebsweise.
Falls das oberhalb des Substrathalters 300c bei der Drehung des Suszeptors 200 verwirbelnde Quellengas auf die vier Flügel 600b₁ des Wafer-Einsatzes 600b trifft, wird ein Drehmoment auf den Wafer-Einsatz 600b ausgeübt, wodurch der Wafer-Einsatz auf dem Tragemechanismus in Drehung versetzt wird, d. h. es wird eine Drehung des Wafers 400 erzielt.
Entsprechend dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung wird zusätzlich zur Hochgeschwindigkeitsrota­ tion des Suszeptors 200b, der den Wafer 400 um die Achse 100 in Drehung versetzt, die Rotation des Wafers durch den Wafer-Einsatz 600b erzielt, der auf dem Tragemechanismus in Drehung versetzt wird. Demgemäß bewirkt die Rotation des Suszeptors 200b während des Kristallwachstums eine Verlän­ gerung der Verweildauer des Quellengases auf dem Wafer, wo­ durch das Zerfallsverhältnis des Quellengases vergrößert wird. Aufgrund der Drehung des Wafers 400 wird die Position des Wafers hinsichtlich der Quellengasströmung ständig ver­ schoben, wodurch der Unterschied in den Quellengaszerfalls­ verhältnissen zwischen dem aufwärts strömenden Teil und ab­ wärts strömenden Teil des Quellengasstromes verringert wird. Demgemäß wird eine Kristallschicht mit gleichförmiger Dicke, Zusammensetzung, und Ladungsträgerdichte über den Wafer 400 erzielt, unabhängig von der Richtung des Gasflus­ ses.
Fig. 16(a) zeigt in einer Schnittansicht einen Wafer-Ein­ satz auf einem Substrathalter entsprechend einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Fig. 16(b) zeigt eine entlang der Linie A-A′ aus Fig. 16(a) ge­ nommene Schnittansicht, und Fig. 16(c) zeigt eine Drauf­ sicht eines Teiles des Substrathalters.
Gemäß diesen Fig. ist ein Substrathalter 300(d) mit einem Durchmesser von 7 Zoll auf dem Suszeptor angeordnet. Eine Höhlung 300d₃ ist auf der Oberfläche des Substrathalters 300d ausgebildet, und eine kleine Achsenöffnung 300d₁ ist in der Mitte der Höhlung 300d₃ ausgebildet. Eine kreisför­ mige Vertiefung 300d₄ ist entlang des Randbereiches der Höhlung 300d₃ ausgebildet, und eine Vielzahl von Kugeln 300d₂ aufweisend ein wärmebeständiges Material wie bei­ spielsweise SiC oder Molybdän ist in die Vertiefung 300d₄ eingesetzt. Ein Zwei-Zoll-Wafer 400 ist auf einem Waferein­ satz 600c von derselben Größe wie der Wafer-Einsatz 600a, welcher in Fig. 14(c) dargestellt ist, angeordnet. Der Wa­ fer-Einsatz 600c besitzt vier Flügel 600c₁ auf seinem Rand­ bereich und eine Rotationsachse 600c₂ in der Mitte seiner rückseitigen Oberfläche. Der Wafer-Einsatz 600c ist in die Höhlung 300d₃ des Substrathalter 300d derart eingesetzt, daß die Achse 600c₂ in die Achsenöffnung 300d₁ eingepaßt ist, und sich die rückseitige Oberfläche des Wafer-Einsat­ zes in Kotakt befindet mit dem Tragemechanismus, welcher die kreisförmige Vertiefung 300d₄ und die Kugeln 300d₂ auf­ weist.
Es folgt die nähere Beschreibung der Betriebsweise.
Falls das oberhalb des Substrathalters 300d nach Rotation des Suszeptors 200 verwirbelnde Quellengas auf die vier Flügel 600c₁ des Wafer-Einsatzes 600c trifft, wird ein Drehmoment auf den Wafer-Einsatz ausgeübt, wodurch der Wa­ fer-Einsatz auf der Achse 600c₂ in Drehung versetzt wird.
Der Tragemechanismus bewirkt hierbei eine glatte Rotation des Wafer-Einsatzes 600c.
Auch bei diesem zehnten Ausführungsbeispiel liefert die Hochgeschwindigkeitsrotation des Suszeptors 200 die Drehung des Wafers 400 um die Achse 100, und der Wafer-Einsatz 600 liefert die Drehung des Wafers 400 auf der Achse 600c₂, wo­ durch dieselben Wirkungen wie bei den achten und neunten Ausführungsbeispielen erzielt werden.
Fig. 17(a) zeigt eine Schnittansicht eines Teiles einer Wa­ fer-Stützanordnung, welche in einer MOCVD-Vorrichtung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, und Fig. 17(b) zeigt eine bodenseitige Draufsicht eines Rotationssuszeptors der Wafer-Stützanord­ nung.
Gemäß dieser Darstellung besitzt ein Suszeptor 200c sechs zylindrische Öffnungen 200c₁ und eine Rotationsachse 100. Auf dem Suszeptor 200c ist ein Substrathalter 300e angeord­ net. Ein Wafer-Einsatz 700, der einen Wafer 400 stützt, ist in eine Öffnung 300e₁ des Substrathalters 300e eingesetzt und auf der Oberfläche des Suszeptors 200c angebracht. Der Wafer-Einsatz 700 besitzt eine Rotationsachse 700a₁ in der Mitte seiner rückseitigen Oberfläche. Die Achse 700a₁ durchtritt jede zylindrische Öffnung 200c des Suszeptors 200c und besitzt vier Flügel 700a auf der rückseitigen Ob­ erfläche des Suszeptors 200c. Ein Gaszuführrohr 800 ist in der Umgebung der Flügel 700a des Wafer-Einsatzes 700 ange­ ordnet, wobei H₂-Gas an die Flügel 700a über das Gaszuführ­ rohr 800 zugeführt wird, wodurch der Wafer-Einsatz 700 die Achse 700a₁ in Drehung versetzt. Die gepunkteten Linien 900 in Fig. 17(b) veranschaulichen schematisch den H₂-Gasstrom.
Es folgt die nähere Beschreibung der Betriebsweise.
Da der Wafer-Einsatz 700 auf dem Rotationssuszeptor 200c die Rotationsachse 700a₁ aufweist, welche durch den Suszep­ tor 200c hindurchgeht, und die vier Flügel 700a bei einem Ende der Achse 700a₁ entgegengesetzt zu dem Ende in Kontakt mit dem Wafer-Einsatz 700 aufweist, versetzt der Wafer-Ein­ satz 700 die Achse 700a₁ in Drehung, falls H₂-Gas über das Gasrohr 800 an die Flügel 700a zugeführt wird.
Gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung bewirkt der Hochgeschwindigkeits-Rotationssuszeptor 200c die Drehung des Wafers 400 um die Achse 100, und der Wafer-Einsatz 700 bewirkt die Drehung des Wafers 400 auf der Achse 700a₁. Während des Kristallwachstumsprozesses verschiebt sich die Position des Wafers 400, auf dem das Kristallwachstum fortschreitet, ständig im Hinblick zur Quellengasströmung. Demgemäß kann selbst dann eine Kri­ stallschicht mit gleichförmiger Dicke, Zusammensetzung, und Ladungsträgerdichte über den Wafer 400 erzielt werden, un­ abhängig von der Richtung der Quellengasströmung, falls das Zerfallsverhältnis des Quellengases zwischen dem abwärts strömenden Teil und aufwärts strömenden Teil des Quellen­ gasflusses variiert.
Fig. 18(a) zeigt eine Schnittansicht einer Wafer-Stütz­ struktur einer MOCVD-Vorrichtung entsprechend einem zwölf­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Fig. 18(b) zeigt eine bodenseitige Draufsicht eines Wafer- Einsatzes, der in dieser Anordnung vorgesehen ist.
Gemäß dieser Darstellung weist ein Suszeptor 200g sechs Achsenöffnungen 200g₁ auf der vorderen Oberfläche und eine Rotationsachse 100g in der Mitte der rückseitigen Oberflä­ che auf. Ein Substrathalter 300g mit sechs Öffnungen 300g₁ ist auf dem Suszeptor 200g angeordnet. Sechs Wafer-Einsätze 700g, von denen jeder einen Wafer 400 stützt, sind auf dem Suszeptor 200g über die Öffnungen 300g₁ des Substrathalters 300g angebracht. Jeder Wafer-Einsatz 700g besitzt eine Achse 700g₂ und acht Flügel 700g₁ auf der rückseitigen Ob­ erfläche. Die Achse 700g₂ ist in jeder Achsenöffnung 200g₁ des Suszeptors 200g eingepaßt. Ein Gaszuführrohr 800g ist innerhalb der Rotationsachse 100g angeordnet. Sechs Gaspas­ sagen 800g₁ sind radial zwischen dem Substrathalter 300g und dem Suszeptor 200g angeordnet, von denen jeder mit dem Raum unterhalb jeden der sechs Wafer-Einsätze 700g verbun­ den ist.
Es folgt die nähere Beschreibung der Betriebsweise.
Das über das Gasrohr 800g in den Raum zwischen den
Substrathalter 300g und dem Suszeptor 200g eingeführte H₂- Gas strömt durch jede der sechs Gaspassagen 800g₁. Da die Gaspassage 800g₁ mit dem Raum zwischen dem Wafer-Einsatz 700 und dem Suszeptor 200g verbunden ist, wird das über die
Gaspassage 800g₁ strömende H₂-Gas an die Flügel 700g₁ auf der rückseitigen Oberfläche des Wafer-Einsatzes geführt, wodurch der Wafer-Einsatz 700 die Achse 700g₂ in Drehung versetzt.
Auch bei diesem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung werden dieselben Wirkungen wie bei den vor­ stehend beschriebenen achten bis elften Ausführungsbeispie­ len erzielt.

Claims (12)

1. Substrathalter für die metallorganische chemische Dampfabscheidung, welcher aufweist:
einen Molybdänhalterkörper (1) mit einer vorderen Ober­ fläche, auf der ein Verbundhalbleiterwafer angebracht ist und an den Quellengase geführt sind, und mit einer rückseitigen Oberfläche, welche vermittels Wärmestrah­ lung von einem Heizmittel erwärmt ist;
einen polykristallinen GaAs-Film (2), welcher auf einem Teil der vorderen Oberfläche des Molybdänhalterkörpers (1), bei dem der Verbundhalbleiterwafer abwesend ist, bei einer Temperatur, die größer ist als die epitakti­ sche Wachstumstemperatur von 575°C, bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr aufgewachsen ist; und
einen polykristallinen InP-Film (3), welcher auf dem polykristallinen GaAs-Film (2) bei einer Temperatur, die größer ist als die epitaktische Wachstumstemperatur von 575°C, bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr auf­ gewachsen ist.
2. Substrathalter für die metallorganische chemische Dampfabscheidung, welcher aufweist:
einen Molybdänhalterkörper (1) mit einer vorderen Ober­ fläche, auf der ein Verbundhalbleiterwafer angebracht ist und an den Quellengase geführt sind, und mit einer rückseitigen Oberfläche, welche vermittels Wärmestrah­ lung von einem Heizmittel erwärmt ist;
einen polykristallinen InGaAsP-Film (4), welcher auf einem Teil der vorderen Oberfläche des Molybdänhalter­ körpers (1), bei dem der Verbundhalbleiterwafer abwe­ send ist, bei einer Temperatur, welche größer ist als die epitaktische Wachstumstemperatur von 575°C, bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr aufgewachsen ist.
3. Substrathalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen der vorderen Oberfläche des Molybdänhal­ terkörpers (1) und dem polykristallinen GaAs-Film (2) liegenden SiC-Film (5).
4. Substrathalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen der vorderen Oberfläche des Molybdänhal­ terkörpers (1) und dem polykristallinen InGaAsP-Film (4) liegenden SiC-Film (5).
5. Substrathalter für die metallorganische chemische Dampfabscheidung, welcher aufweist:
einen Molybdänhalterkörper (1) mit einer vorderen Ober­ fläche, auf der ein Verbundhalbleiterwafer angebracht ist und an den Quellengase geführt sind, und mit einer rückseitigen Oberfläche, welche vermittels Wärmestrah­ lung von einem Heizmittel erwärmt ist; und
einen polykristallinen InP-Film (6), welcher auf einem Teil der vorderen Oberfläche des Molybdänhalterkörpers (1), bei dem der Verbundhalbleiterwafer abwesend ist, bei einer Temperatur von 400-550°C, welche niedriger ist als die epitaktische Wachstumstemperatur von 575°C, bis zu einer Dicke von 0,3 µm oder mehr aufgewachsen ist.
6. MOCVD-Vorrichtung, welche aufweist:
einen Hochgeschwindigkeits-Rotationssuszeptor mit ge­ genüberliegenden vorderen und rückseitigen Oberflächen;
einen auf der vorderen Oberfläche des Suszeptors ange­ ordneten Substrathalter;
ein Mittel zum Erwärmen des Suszeptors;
einen Einlaß zum Liefern von Quellengasen in eine Rich­ tung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors; und
eine Vielzahl von drehbaren Wafer-Einsätzen, welche auf der vorderen Oberfläche des Suszeptors über den Substrathalter angeordnet sind, wobei jeder Wafer-Ein­ satz eine Vielzahl von Flügeln aufweist, an welche ein Gasstrom geführt ist.
7. MOCVD-Vorrichtung, welche aufweist:
einen Hochgeschwindigkeits-Rotationssuszeptor (200b) mit gegenüberliegenden vorderen und rückseitigen Ober­ flächen und einer Vielzahl von kleinen Achsenöffnungen (200b₁) auf der vorderen Oberfläche;
ein Mittel zum Erwärmen des Suszeptors (200b);
einen Einlaß zum Liefern von Quellengasen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszep­ tors (200b);
einen Substrathalter (300b) mit einer Vielzahl von Öff­ nungen (300b₁), der auf der vorderen Oberfläche des Suszeptors (200b) angeordnet ist;
eine Vielzahl von Wafer-Einsätzen (600a), wobei jeder Wafer-Einsatz einen Wafer (400) stützt und eine Viel­ zahl von Flügeln (600a₁) auf seinem Randbereich und ei­ ne Rotationsachse (600a₂) in der Mitte seiner rücksei­ tigen Oberfläche aufweist, und auf der vorderen Ober­ fläche des Suszeptors (200b) über jede Öffnung (300b₁) des Substrathalters (300b) derart angeordnet ist, daß die Rotationsachse (600a₂) in der kleinen Achsenöffnung (200b₁) des Suszeptors (200b) eingepaßt ist; und
wobei die Flügeln (600a₁) des Wafer-Einsatzes (600a) dem Quellengasstrom ausgesetzt sind, wodurch der Wafer- Einsatz (600a) die Rotationsachse (600a₂) in Drehung versetzt.
8. MOCVD-Vorrichtung, welche aufweist:
einen Hochgeschwindigkeits-Rotationssuszeptor (200) mit gegenüberliegenden vorderen und rückseitigen Oberflä­ chen;
ein Mittel zum Erwärmen des Suszeptors (200);
einen Einlaß zum Liefern von Quellengasen in eine Rich­ tung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors (200);
einen Substrathalter (300c), der auf der vorderen Ober­ fläche des Suszeptors (200) angeordnet ist und eine Vielzahl von Höhlungen (300c₃) aufweist, wobei jede Höhlung einen Tragemechanismus (300c₁ und 300c₂) auf ihrer oberen flachen Oberfläche aufweist;
eine Vielzahl von Wafer-Einsätzen (600b), wobei jeder Wafer-Einsatz einen Wafer (400) stützt und eine Viel­ zahl von Flügeln (600b₁) auf seinem Randbereich auf­ weist, und auf der oberen flachen Oberfläche der Höhlung (300c₃) des Substrathalters (300c) über den Trage­ mechanismus (300c₁ und 300c₂) angeordnet ist; und
wobei die Flügel (600b₁) des Wafer-Einsatzes (600b) dem Quellengasstrom ausgesetzt ist, wodurch der Wafer-Ein­ satz (600b) den Rotationssuszeptor in Drehung versetzt.
9. MOCVD-Vorrichtung, welche aufweist:
einen Hochgeschwindigkeits-Rotationssuszeptor (200) mit gegenüberliegenden vorderen und rückseitigen Oberflä­ chen;
ein Mittel zum Erwärmen des Suszeptors (200);
einen Einlaß zum Liefern von Quellengasen in eine Rich­ tung senkrecht zur Oberfläche des Suszeptors (200);
einen Substrathalter (300d), der auf der Oberfläche des Suszeptors (200) angeordnet ist und eine Vielzahl von Höhlungen (300d₃) aufweist, wobei jede Höhlung eine kleine Achsenöffnung (300d₁) in der Mitte der oberen flachen Oberfläche und einen Tragemechanismus (300d₂ und 300d₄) auf der oberen flachen Oberfläche aufweist;
eine Vielzahl von Wafer-Einsätzen (600c), wobei jeder Wafer-Einsatz einen Wafer stützt (400) und eine Viel­ zahl von Flügeln (600c₁) auf seinem Randbereich und ei­ ne Rotationsachse (600c₂) in der Mitte seiner rücksei­ tigen Oberfläche aufweist, und auf der oberen flachen Oberfläche der Höhlung (300d₃) des Substrathalters (300d) derart angeordnet ist, daß die Rotationsachse (600c₂) in die Achsenöffnung (300d₁) eingepaßt ist und die rückseitige Oberfläche des Wafer-Einsatzes (600c) sich in Kontakt mit dem Tragemechanismus befindet; und
wobei die Flügeln (600c₁) des Wafer-Einsatzes (600c) dem Quellengasstrom ausgesetzt sind, wodurch der Wafer- Einsatz (600c) die Achse (600c₂) in Drehung versetzt.
10. MOCVD-Vorrichtung, welche aufweist:
einen Hochgeschwindigkeits-Rotationssuszeptor (200c) mit gegenüberliegenden vorderen und rückseitigen Ober­ flächen;
ein Mittel zum Erwärmen des Suszeptors (200c);
einen Einlaß zum Liefern von Quellengasen in eine Rich­ tung senkrecht zur vorderen Oberfläche des Suszeptors (200c);
einen Substrathalter (300e) mit einer Vielzahl von Öff­ nungen (300e₁), der auf der vorderen Oberfläche des Suszeptors (200c) angeordnet ist;
eine Vielzahl von Wafer-Einsätzen (700), die auf der vorderen Oberfläche des Suszeptors (200c) über die Öff­ nungen (300e₁) des Substrathalters (300e) angeordnet sind, wobei jeder Wafer-Einsatz (700) einen Wafer (400) stützt und eine Achse (700a₁) in der Mitte seiner rück­ seitigen Oberfläche aufweist, wobei die Achse (700a₁) durch den Suszeptor (200c) dringt und die rückseitige Oberfläche des Suszeptors (200c) erreicht, und eine Vielzahl von Flügeln (700a), die mit einem Ende der Achse (700a₁) auf der rückseitigen Oberfläche des Sus­ zeptors (200c) verbunden sind; und
ein Gasversorgungsrohr (800) zum Liefern eines Gases an die Flügel (700a) des Wafer-Einsatzes (700), wodurch der Wafer-Einsatz (700) die Achse (700a₁) in Drehung versetzt.
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