JPH01224295A - ガスソース分子線結晶成長装置 - Google Patents

ガスソース分子線結晶成長装置

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JPH01224295A
JPH01224295A JP5020388A JP5020388A JPH01224295A JP H01224295 A JPH01224295 A JP H01224295A JP 5020388 A JP5020388 A JP 5020388A JP 5020388 A JP5020388 A JP 5020388A JP H01224295 A JPH01224295 A JP H01224295A
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JP
Japan
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gas
molecular beam
section
crystal growth
beam source
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JP5020388A
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Junji Saito
齊藤 淳二
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] ガスソース分子線結晶成長装置のうち、ガスを供給する
分子線源セルの新規な構成に関し、結晶成長層への炭素
などの不純物の混入を低減させることを目的とし、 分子線源セルの主ガス導入管に副ガス導入管を接続し、
主ガス導入管を複数の加熱帯に分割して、前記接続部よ
り原料ガスソースに近い側に配置した第1加熱帯を高温
度に加熱し、前記接続部より被成長基板に近い側に配置
した第2加熱帯を低温度に加熱して、金属水素化物ガス
を主ガス導入管より導入し、有機金属ガスを副ガス導入
管より導入して、分解温度の異なる複数のガスを混合反
応させて放射するように構成した分子線源セルを具備し
てなることを特徴とする。
[産業上の利用分野] 本発明はガスソース分子線結晶成長装置に係り、特に結
晶成長室にガスを供給する分子線源セルの新規な構成に
関する。
結晶基板に沿って半導体膜をエピタキシャル成長するエ
ピタキシー法(結晶成長法)は半導体製造の基礎技術で
あり、その注目技術として、最近、ガスソース分子線エ
ピタキシー法が開発されている。
しかし、このガスソース分子線エピタキシー法は化合物
ガスを熱分解させてエピタキシャル成長する方法である
から、結晶成長層へ不純物が混入し易く、その不純物混
入を出来るだけ少なくすることが要望されている。
[従来の技術] さて、ガスソース分子線エピタキシー法は、従来の分子
線エピタキシー(MBE)法における金属ソース源に代
ってガスソース源を用いるもので、例えば、GaAs 
(ガリウム砒素)層やAlGaAs (アルミガリウム
砒素)層を成長する場合、■族分子線源材料としてトリ
メチルガリウム(TMG ;Ga (CH3)3)、)
リエチルガリウム(TEG;Ga(C2H5)3)、)
リメチルアルミニウム(TMA ;Al (CH3) 
s ) 、  )リエチルアルミニウム(TEA ;A
t (C2H5) s )などのガスを用い、■族分子
線源材料としてアルシン(AsHa)などが用いられて
いる。
このガスソース分子線結晶成長法は従来のMBE法より
も表面欠陥が低減できること、速い成長速度が容易に得
られることなどの利点があり、且つ、分子線領域でのガ
ス使用であるために、成長過程はMOCVD (有機金
属熱分解)法よりもMBE法に近く、ガス流の開閉によ
って非常に急峻なヘテロ界面が容易に形成でき、更に、
成長容器内の清浄な超高真空雰囲気を大気に曝すことな
くソースの交換ができて、工業生産上大きな利点がある
とされているものである。
第3図はそのガスソース分子線結晶成長をおこなう従来
の結晶成長装置を示しており、■は結晶成長室、2は基
板(被成長基板;ウェハー)、3は基板ホルダー、4は
ヒータ、5は分子線源セル。
6はバルブ、7は液体窒素シュラウド、8はゲートバル
ブである。図示のように、基板2は基板ホルダー3に保
持され、ヒータ4で加熱されて、例えば、基板2がGa
As基板の場合には600〜700℃に加熱される。且
つ、分子線源セルは複数個が設けられ、複数の分子線源
セルがウェハー2に対向して配置されている。
第4図(a)、 (b)は従来の分子線源セルの断面図
を示し、同図(aJは高温分解ガス用、同図(b)は低
温分解ガス用である。第4図(a)に示す高温分解ガス
用分子線源セルは、例えば、V族ガスのアルシン(As
)13  ;金属水素化物ガス)などに用いられ、80
0〜900℃に加熱されて、AsとH2とに分解してA
sを基板に向かって放射するセルである。図中、11は
ガス導入管、 12はTa Cタンタル)製のヒータ。
13は真空フランジ、14は熱遮蔽板、15はPBN 
(焼結窒化硼素)板で、PBN15を有する出口部分に
高温に加熱されてガスを分解する熱クラッキング部Cが
設けられている。
また、第4図(b)に示す低温分解ガス用分子線源セル
は、■族ガスの分解し易いTMGやTMAなどの有機金
属ガスなどに用いられ、セル内は凝縮しない程度の50
〜60℃に加熱されて放射するセルである。図中の記号
は第4図(a)と同一部位に同一記号が付けであるが、
この低温分解ガス用熱りラブキング部Cが設けられてい
ない。なお、これらの分子線源セルはガス導入管11が
直径174インチ。
長さ約30csの石英製で、ガス導入管11の先端とウ
ェハー2との間隔が比較的に短く構成されている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、上記のようなガスソース分子線エピタキシャ
ル成長装置を用いて、例えば、GaAs層やAlGaA
s層を成長する場合には、GaソースとしてTMGやT
ECを用い、Asソースとしてアルシンを用いており、
且つ、■属元素のアルシンは約900℃に加熱した高温
用分子線源セル(第4図(a))から放出し、■属元素
のTMGは約50〜60℃の低温用分子線源セル(第4
図(b))から放出されるが、これはアルシンが600
〜700℃に加熱したGaAs基板上で分解されないた
め、予め分子線源セル内で加熱分解させて単体のAs分
子として放射するものである。
一方、TMGは低温度で熱分解できるから、分子線源セ
ル内では熱分解させず、分子線源セルの管壁に原料ガス
が付着しない程度(50〜60℃)に加熱して、加熱し
たGaAs基板上で分解して被着させている。
しかし、このように、GaAs基板上で熱分解させると
、Ga分子を分離したメチル基(CH3)やエチル基(
C2H!5)がそのまま蒸発せずに、その基が分解して
遊離した炭素が結晶成長層に混入し、不純物となって結
晶成長層の純度を低下させる欠点がある。例えば、甚だ
しい場合には炭素(C)濃度が1011?/−程度に達
してアクセプタ(p型)として働(。
本発明はこのような結晶成長層への炭素などの不純物の
混入を低減させることを目的とした分子線源セルを具備
したガスソース分子線結晶成長装置を提案するものであ
る。
[課題を解決するための手段] その目的は、分子線源セルの主ガス導入管に副ガス導入
管を接続し、主ガス導入管を複数の加熱帯に分割して、
前記接続部より原料ガスソースに近い側に配置した第1
加熱帯を高温度に加熱し、前記接続部より被成長基板に
近い側に配置した第2加熱帯を低温度に加熱して、金属
水素化物ガスを主ガス導入管より導入し、有機金属ガス
を副ガス導入管より導入して、分解温度の異なる複数の
ガスを混合反応させて放射するように構成した分子線源
セルを具備しているガスソース分子線結晶成長装置によ
って達成される。
[作用] 即ち、本発明は、金属水素化物ガスを分解する高温分解
ガス用分子線源セルと有機金属ガスを分解する低温分解
ガス用分子線源セルとを併合した構造の分子源セルに構
成し、セル内で有機金属ガスを金属分子とメチル基また
はエチル基とに分解させ、更に、このメチル基またはエ
チル基と金属水素化物ガスから分解した金属分子と反応
させ、その金属化合物として放射する。そうすると、基
板上で炭素が遊離し難く、炭素の混入を減少させること
ができる。
なお、メチル基またはエチル基とAsとが反応し易いこ
とは文献によって実験的に証明されていて、Japan
ese Journal of Applied Ph
ysics 26(3)+1987、 pp419〜4
22に記載されている。
[実施例] 以下1図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図は本発明にかかる分子線源セルの断面図を示して
おり、20は主ガス導入管、21は副ガス導入管、22
はTa製のヒータ、23は真空フランジ、24は熱遮蔽
板、25はPBN板で、Cは熱タラフキング部、Aは予
備加熱部、Bは低温加熱部である。
ガス導入管20.21の原料ガスソースに近いガス入口
26は直径174インチの細い石英管で構成し、予備加
熱部Aでガス導入管を拡げて直径1インチ程度とし、そ
の管径の部分に熱グラフキング部C9低温加熱部Bを配
設している。なお、第1加熱帯とは予備加熱部Aおよび
熱クラブキング部Cのことを意味し、第2加熱帯とは低
温加熱部Bのことを意味している。
ヒータ22は予備加熱部A、熱タラツキング部C5低温
加熱部Bに三分割され、熱タラフキング部CにはPBN
板25が配置されて、PBN板は複数の円板を一定間隔
(10鶴程度)で配置し、その各円板にはジグザクに孔
が設けてあり、その円板に当って原料ガスが効率良く分
解され、孔を通って先端27から分子が放射される。ま
た、熱遮蔽板24はTa (金属)とPBN (絶縁体
)とで構成されて、保温を目的としたものである。分子
線源セル全体の長さは30〜40cnである。
このような分子線源セルを用いて、アルシン(AsHa
)とトリエチルガリウム(TEG)を熱分解させて放射
する例を説明すると、予備加熱部Aの温度を300〜4
00℃、熱タラツキング部Cの温度を800〜900℃
、低温加熱部Bの温度を400〜500℃程度にする。
そうすると、主ガス導入管20のガス入口から流入した
AsH3ガスが予備加熱部Aで加熱されて熱クランキン
グ部Cに入り、熱りランキング部CでAsと水素とに分
解されて低温加熱部Bに入る。低温加熱部Bでは副ガス
導入管21のガス入口から流入したTEGガスがGaと
エチル基に分解され、そのエチル基とAsとが反応して
トリエチル砒素となって放射される。即ち、この分子線
源セルからはAs分子、 Ga分子、エチル基(未反応
のもの)およびトリエチル砒素が放射されるが、トリエ
チル砒素は基板上で炭素を遊離することが少なく、従っ
て、炭素不純物濃度の低い高純度な結晶成長層の成長を
助長する。
第2図は第1図に示す分子線源セルを設けた本発明にか
かるガスソース分子線結晶成長装置の例を示しており、
第3図と同一部位には同一記号を付けである。その他の
51.52は本発明の特徴とする分子線源セル、 53
.54は従来の部分線源セルを示している。
この第2図に示すガスソース分子線結晶成長装置を使用
し、51をAsH3とTEGとを導入するセル、53を
AsH3のみを導入するセル、54をTEGのみを導入
するセルとして、真空度1O−sTorr程度の結晶成
長室内でGaAs基板を600℃に加熱して、従来の分
子線源セル53.54を用いてGaAs層を成長し、ま
た、本発明にかかる分子線源セル51を用いてGaAs
層を成長した。その基板試料のGaAs層のホール測定
をおこなって、キャリア濃度を調べた結果、本発明にか
かる分子線源セルを用いると、単位体積当りの不純物濃
度を1桁ないし2桁減少させることができた。従って、
本発明にかかる分子線源セルを設けた結晶成長装置は、
高純度な結晶成長層の形成に有効である。
上記はAsH3とTEGを熱分解させる実施例で説明し
たが、■族としてPH3(ホスフィン)。
■族としてTMG、TEA、TMA、TElなどを使用
することもでき、高純度なAlGaAs層をも成長でき
ることは勿論である。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる分子線
源セルを設けたガスソース分子線結晶成長装置によれば
、高純度な結晶成長層が得られて、半導体装置の性能向
上に顕著に貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる分子線源セルの断面図、第2図
は本発明にかかるガスソース分子線結晶成長装置を示す
図、 第3図は従来のガスソース分子線結晶成長装置を示す図
、 第4図(a)、 (b)は従来の分子線源セルの断面図
である。 図において、 Aは予備加熱部、   Bは低温加熱部、Cは熱クラッ
キング部、 1は結晶成長室、   2は基板、 3は基板ホルダー、   4はヒータ、5は分子線源セ
ル、  6はバルブ、 7は液体窒素シュラウド8はゲートバルブ、20は主ガ
ス導入管、  21は副ガス導入管、22はTa製ヒー
タ、   23は真空フランジ、24は熱遮蔽板、  
  25はPBN板、26はガス入口、    27は
ガス導入管の先端、51、52は本発明にかかる分子線
源セル、53、54は従来の分子線源セル を示している。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  分子線源セルの主ガス導入管に副ガス導入管を接続し
    、主ガス導入管を複数の加熱帯に分割して、前記接続部
    より原料ガスソースに近い側に配置した第1加熱帯を高
    温度に加熱し、前記接続部より被成長基板に近い側に配
    置した第2加熱帯を低温度に加熱して、金属水素化物ガ
    スを主ガス導入管より導入し、有機金属ガスを副ガス導
    入管より導入して、分解温度の異なる複数のガスを混合
    反応させて放射するように構成した分子線源セルを具備
    してなることを特徴とするガスソース分子線結晶成長装
    置。
JP5020388A 1988-03-02 1988-03-02 ガスソース分子線結晶成長装置 Pending JPH01224295A (ja)

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JP (1) JPH01224295A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04228494A (ja) * 1990-04-19 1992-08-18 Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) エピタキシャル析出設備のための蒸気噴出源
US5222074A (en) * 1990-06-05 1993-06-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal decomposition cell

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