JPH01239086A

JPH01239086A - 有機金属化学気相反応装置

Info

Publication number: JPH01239086A
Application number: JP6340588A
Authority: JP
Inventors: Tsunemasa Taguchi; 常正田口
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-25
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2714802B2

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】（産業上の利用分野）本発明は有機金属化学気相反応装置に関し、更に詳細に
は■−■族化合物又は■−■族化合物のエビクキンヤル
膜形成装置に関する。

（従来の技術）従来、Ｉ−Ｖ族化合物又は■−■族化合物の種々の結晶
膜の形成については、分子綿エビタキンヤル２去　（Ｍ
ＢＩ去；　　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉ
ｔａｘｉａｌ　　Ｍｅｔｈｏｄ）や有機金属化学気相反
応法（ＭＯＣＶＤ法；　Ｍｅｔａｌ　ＯｒｇａｎｉｃＣ
ｈｅ＋＋＋１ｅａｌ　Ｖａｐｏｒ　ＤｅｐｏＳｉｔｉｏ
ｎ　Ｍｅｔｈｏｄｌ等の低温結晶育成技術がよく知られ
ている。

（発明がＭ決しようとする課題）しかしながら、前者のＭ　Ｂ　Ｅ法は膜厚の制御避に秀
れているが、生産性が悪いという問題がある。

他方、後昔のＭＯＣＶＤ法は生産性に秀才１て（よいろ
が膜厚の制御性とその均一性の点で劣るという問題があ
った。

ＭＯＣＶＤのかかる欠点を改善する試みは種々なされて
おり、ある程度改善されてきているが、いまた目標とす
るレベルには達していない。

本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するために
なされｔこもので、ＭＯＣｖＤ法によろ■−■族化合物
又は■−■族化合物のエピタキシャル成長について膜厚
の均一性および膜厚の制御性の向上した有機金属化学気
相反応装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、結晶基板上にＩ−Ｖ族又は■−■族化合物の
エピタキシャル成長を行なわせる有機金属化学気相反応
装置において、ガス流を壁面に沿って下方向へ指向させ
ろへく縦断面又は横断面でみて湾曲形状の天井面を備え
る密閉形の反応容器と、該反応容器内部に配置され、該
反応容器の中央部又はやや上部に位置する支持面を有す
る支持台と、少なくとも前記支持面を加熱する加熱装置
と、一端開口部が前記支持台の側面近（で前記支持面よ
り下方に位置し、他端が前記反応容器外に配置された■
族、■族系有機金属ガス供給源に接続された１又は複数
の導入管と、一端開口部が前記支持面の直上に位置し、
他端が前記反応容器外に設置された■族、■族系−Ｗ機
金属ガス供給源に接続された１又は複数の導入管と、前
記各導入管に取付けられ、前記反応容器内に導入されろ
有機金属ガスの供給量、供給時間、供給タイミングを制
御する制御バルブと、該各側部バルブの開閉を制御する
ｔ子制御装置とを含んで構成されている。

（作　用）本発明の有機金属化学気相反応装置では、基板が支持台
の支持面に載置された後、導入管から■族又は■族有機
金属ガスが反応容器内に供給され、このガスは支持台の
横を通ってスムースな上昇流となり、基板表面上を極め
て均一に薄く覆う。これに、別の導入管によって反応容
器内に供給された■族又は■族の有機金属ガスが上方か
ら下りてきて、熱せられた基板の直上で混合反応し基板
上に結晶化する。■族、■族ガスや反応ガスは反応容器
の天井面などから側壁に沿ってスムースに流れ降り、排
出口から排出される。

（実施例）以下、本発明の有機金属化学気相反応装置を添付図面に
示された実施例について更に詳細に説明する。

第１図には、本発明の一実施例に係る有機金属化学気相
反応装置１が示されている。この有機金属化学気相反応
装置１は、特に■−■族、又は■−■族化合物のエピタ
キシャル成長を行なわせるもので、密閉形の反応容器２
を備えている。この反応容器２の天井面２ａ即ち容器内
の上面は反応ガスを内壁面に沿って下方向へスムースに
流すため湾曲した形に形成されている。この天井面２ａ
の湾曲形状は、反応ガスの下方向への流れを得るためで
あり、従って、球状、やや偏平な楕円球状。

太鼓状、又はドラム状などが含まれ、要するには縦断面
又は横断面でみたとき湾曲した形状であればよい。

反応容器２の内部には、基板３を支持する支持台４が配
置されている。この支持台４は反応容器２の中央部又は
やや上部に支持面４ａが位置するように設（ａされ、支
持面４ａたろ上面が水平なもので、この支持面４ａを加
熱するために該支持面４ａの裏面に隣接した位置であっ
て当該支持台４の内部に加熱装置５が配置されている。

この加熱装置５は支持台４の支持面４ａに載置された基
板３を温度制御するためのもので、板部材５ａに取付け
られたヒータ５ｂから構成されている。この加熱装置５
としては抵抗加熱方式のヒーターのほかハロゲンランプ
等でもよい。また、支持台４の支持面４ａのみならず、
該支持面４ａに隣接する側面４ｂも加熱することも好ま
しい。

この場合、側面４ｂの温度は１０〜１００℃２時にはそ
れ以上で基板３の温度よりも高温に保持することが後述
する理由によゆ好ましい。

このような反応容器２には■族又は■族系の有機金属ガ
スを導入するための導入管６，７が設けられている。゛
各導入管６，７の一端開ロ部６ａ。

７ａｌよ支持台４の支持面４ａの直上であって該支持面
４ａからｌｌの間隔内に位置決めされている。

この１１の寸法は、ＩＩ族、ＩＩＩ族有機金、属ガスを
いかに均一に基板３の直上で後述する■族又は■族有機
金属ガスと反応させろかという点で極めて重要である。

これらの導入管６，７の一端開口部１ａ、７ａは基板３
から離れ過ぎろとＩＩＩ−Ｖ族。

［−■族化合物の形成が早（起こり過ぎ膜質を損い、又
近付き過ぎると基板３の中央部のみ結晶の形成が進み、
膜厚の均一性が損われろ。従って、種々検討の結果、１
１は２０〜１．００　ｍｍであることがよく、好ましく
は３０〜５０＋ｎ！＠である。１１ば、導入管６，７に
おけろ反応容器２内での長さを調節したり、或いは取り
替久たり、支持体４を上下に移動ずろことにより、調節
することができろ。

また、この開口部６ａ、７ａは、直管、う、ンパ状管、
又は分散板入りのものなど種々の形状のものを（走用す
ることができる。

各導入管６，７の他端は反応容器２の外壁部に取付けら
れた逆止弁８，９を介してＩＩ族、ＩＩＩ族系ガス供給
源１０，１１に接続され、その間に上流側から順次減圧
弁１２．マスフローコントローラー１３および制御バル
ブ１４が設けられている。

反応容器２の上部には更に水素ガスを供給するための導
入管１５が設けられ、この導入管１５の一端開口部１５
ａは反応容器２の天井面２ａに近く、且つ他端は反応容
器２の外壁部に取付けられた逆止弁１６を介して水素ガ
ス供給源１７に接続され、その間に上流側から順次減圧
弁１２．純化装置１８．マスフローコントローラー１３
および制御バルブ１４が設けられている。

また、■族、■族系ガスを反応容器２内に導入する導入
管１９，２０の一端開ロ部１９ａ、２０ｎは、支持台４
の側面４ｂに沿い且つ支持面４ａよりｅ２だけ低い位置
で上方に向けて位置決めされている。種／？の検討によ
れば、１２は５〜１００　ｍｍがよく、好ましくは１０
〜５０ｍｍがよい。

これらの導入管１９．２０は反応容器２内を上方から側
方にかけてその内壁沿いに配管ずろと、反応容器２内の
気流を乱す要因となるので、第１図に示されろように反
応容器２の下部から反応容器２中に配管されろことが望
ましい。その結果として反応容器２内でのこれら導入管
１９．２０は支持台４の側面にほぼ沿うように立ち上が
って配置されろ。これにより、反応容器２内での導入管
１９．２０は、基板支持台４の加熱による輻射熱により
必然的に昇温し、その結果■族又は■族有機金属ガスの
スムースな上昇流と基板３面での拡がりを助けろことが
できろ。

すなわち、■族又は■族有機金属ガスは導入管１９．２
０内の流速に起因する慣性と導入管１９゜２０の昇温に
よる加熱を得て上昇流となり、基板３の表面付近では、
反応容器２の天井２ａの形状と支持台４の上面の方が側
面よりも温度が低いことによる温度差と更に（ま上方よ
り放出されろ■族又は■族有機金属ガスの下降流の助け
を得てゆるやかな横方向の流れとなり、基板３表面を■
族又は■原ガスがおおうこととなる。この場合、前述し
たように支持台４の側面４ｂ８積極的に加熱すれば、導
入管１９．２０の開口部１９ａ、２０ａから基板３の表
面の高さに至るまでの間に更に支持台側面からの加熱を
得て上昇を続けることになり、基板３の表面への■族又
■族ガスの流れが一層効果的になる。なお、支持台側面
に対する加熱の副次的効果として該支持台側面４ｂへの
不要な多結晶の付着を防止することができる。

これら導入管１９，２０の他端は反応容器２の下部外壁
部に取付けられた逆比弁２１，２２を介して■族、■族
系ガス供給源２３，２４に接続され、その間に上流側か
ら順次減圧弁１２．マスフローコントローラー１３およ
び制御バルブ１４が設けられている。

次に、反応容器２の下方側において導入管１９゜２０の
反対側又は、支持体脚部の直下には排出口２５が形成さ
れ、排気弁２６を介して排気管２７に接続されている。

通常、ＭＯＣＶＤ法では■族。

■族化合物に対して■族、■族化合物が２倍から１００
倍程度過剰に用いられ、従って未反応の過剰分は反応容
器２より外部に排出されろ。また、■族、■族有機金属
ガスはＨｅ、Ａｒなどの不活性ガスで希釈して用いられ
るので、この不活性ガスも排出される。この排出は、常
圧ＭＯＣＶＤ法の場合には自然放出であるが、本実施例
のように減圧ＭＯＣＶＤ法の場合、真空ポンプなどで積
極的にｔ−ｊなわれる。いずれの場合にも排出口２５は
第１図のように反応容器２の下方部に設けられろことが
よい。このように、排出口２５が下方部にあると、■族
、■族有機金属ガスは反応容器２の湾曲した天井向２ａ
から側壁に沿って下方向へゆっくりと流れ、基板３の上
回を効果的に覆うことができろ。

なお、第１図において、符号２８は排気系に設けられた
ｌ・ラップ、２９は同じく排気系に設けらｔ］たロータ
リポンプ、３０は同様に排気￥！：２７の末つ１４部に
設けられた排ガス処理装置をそれぞれ示している。町た
、各導入管６，７，１５，１９゜２０に設けられた制御
バルブ１４及びマスフローコントローラー１３は電磁弁
３１により制御され、該電磁弁３１は例えばコンピュー
タなどのようなＴハ子制ｔｉｌｌＩ装置３２によりその
駆動が制御されて、反応容器内に導入される有機金属ガ
スの供給量、供給時間、供給タイミングが制御される。

この制御バルブ１４には１秒以内の高速て作動するもの
が用いられ、短時間でのガスの導入遮断を可能としてい
る。このような高速応答性のよい制御バルブ１４を用い
る理由は、エピタキシャル成長は数時間程の反応時間を
要することもあるが、時には５〜１０秒程度程度めて短
い反応時間に膜形成を行うこともあり、このような場合
制御バルブ１４の切替えに時間を要していては膜厚の制
御ができないからである。従って長時間のエピタキシャ
ル成長を行う場合には緩慢な動きの制御バルブを史って
も差し仕えないが、極めて薄い均一な膜を形成するため
にはＭＯＣＶＤ装置では速い動きのできる制御バルブ１
４と電子制御装置３２による制御バルブ１４のシークエ
ンスコントロールが必要となる。

また、本発明の反応装置の材質としては、通常用いられ
ている石英、ステンレススチール、アルミニウム等を用
いろことができるが、反応系の組合せによっては、石英
からのＳｌ、ステンレススチールからのＮ１その他の重
金属、アルミニウム等がエピタキシャル膜へ汚染物質と
して混入ずろ場合があるため注意を要する。例えば、Ｉ
Ｉ−■族化合物の場合には、高純度アルミニウムの表面
を窒化チタンで皮覆したものが特に好適であり、またバ
ッキング（がスケット）の材質としてはアルミニウムが
好適である。

ところで、前述した有機金属化学気相反応装置１により
Ｉ［−Ｖ族化合物又はＩＩ−■族化合物などのエピタキ
シャル膜を基板３の表面に形成する場合、■族有機金属
ガスには、トリメチルガリウム（Ｇａ　（Ｃｔ−１３）
、）　、　）リエチルアルミニウム（Ａ　ｌ　ｆｃ２Ｈ
５）、）などの有機金属化合物が用いられ、■族有機金
属ガスにはアルシン（ＡｓＨ，）、ホスフィン（ＰＨ，
）　すどの水素化物を用いろことが多い。これらのガス
よりＧａＡｓ、　ＧａＡＪＡｓ、　ＧａＡｓＰなどＩ−
Ｖ族化合物のエピタキシャル膜が形成されるが、必要に
応じてＳｉ、　Ｓｎ、　Ｇｏ、　Ｚｎなとのガス状物を
同伴供給し、膜形成と同時にドーピングを行ない、Ｎ型
。

Ｐ型などの半導体とすることができる。

また、■族有機金属ガスには、ジメチルｊｌｌ紹（Ｚｎ
　（ＣＩ■、）２）、ジエチル亜Ｆａ　（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ
Ｊ２）　、レメチルカドミウム（Ｃｄ　（ＣＨ３）、、
）などの有機金属化合物が用いられ、■族有機金属ガス
にはＨ２Ｓ、　Ｈ２Ｓｅの水素化物のほかｒｅ　（ＣＨ
３）２．　Ｔ　ｅ　（Ｃ２Ｈ，）２などの有機系化合物
ガスも用いられろ。これらのガスよりＺ　ｎ、　Ｓ　。

Ｚｎ５ｅ、　Ｚｎ５Ｓａ、　ＣｄＳ、　ＣｄＴｅ、　Ｃ
ｄＨｇＴｅなど■−■族化合物のエピタキシャル膜が形
成されるが、これらにＩ、ＡＩ、Ｎａなどの化合物を同
伴させ、ドーピングすることもできろ。

このようなエピタキシャル成長を行なう結晶基板３とし
ては、Ｉ−Ｖ族化合物のエピタキシャル成長にはＧａＡ
ｓ、　ＧａＰ、　ｌ　ｎＰなどのｍ−ｖ原車結晶基板が
用いられ、他方、■−■族化合物のエピタキシャル成長
には従来から用いられてぃろＳｌ。

ＧａＡｓなどの異種単結晶基板又は近時用いられている
Ｚｎ５ｅ’、ＺｎＳのバルク結晶基板などが使用されろ
。

また、Ｓｉ単結晶基板上にＧａＡｓをＭＯＣＶＤ法でエ
ピタキシャル成長させる場合にも本実施例の装置１を使
用できろことはいうまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の有機金属化学気相反１色
・装置によれば、基板上をゆっくりと流れろ■族又は■
楔有機金属がスに、制御された量の■族又は■族有機金
属ガスを基板の直上で反応させ、エビタキンヤル成長さ
せろことができることから、従来ＭＯＣＶＤ法では均一
膜として達成したことのない１０人程度の薄さの均一な
膜を形成することができろ。更に、本発明によれば、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族及び■＝−Ｍ族の単層エピタキシャル成長だ
けではなく、混晶系のエピクキンヤル膜、同一種のホモ
接合。

異種原子を含むヘテロ接合のほか極めて薄いエビタキン
ヤル成長のくり返し等を可能とできるなど秀れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る有機金属化学気相反応
装置を概略的に示す構成説明図である。】　有機金属化学気相反応装置、２　反応容器、２ａ　
天井面、３　基板、４　支持台、４ａ　支持面、５　加
熱装置、６，７，１９，２０・導入管、６　ａ、　７　
ａ、　　１９　ａ、　２０　ａ　　開口部、１０゜１１
　」■族、■族系ガス供給源、１４　制御バルブ、２３
．２４　・■族、■族系ガス供給源、３１電磁弁、３２
・電子制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

　結晶基板上にIII−Ｖ族、II−VI族化合物のエピタキ
シャル成長を行なわせる有機金属化学気相反応装置にお
いて、ガス流を壁面に沿って下方向へ指向させるべく縦
断面又は横断面でみて湾曲形状の天井面を備える密閉形
の反応容器と、該反応容器内部に配置され、該反応容器
の中央部又はやや上部に位置する支持面を有する支持台
と、少なくとも前記支持面を加熱する加熱装置と、一端
開口部が前記支持台の側面近くで前記支持面より下方に
位置し、他端が前記反応容器外に配置されたＶ族、VI族
系有機金属ガス供給源に接続された１又は複数の導入管
と、一端開口部が前記支持面の直上に位置し、他端が前
記反応容器外に設置されたII族、III族系有機金属ガス
供給源に接続された１又は複数の導入管とを含んでなる
有機金属化学気相反応装置。