JPH0136691B2 - - Google Patents
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- JPH0136691B2 JPH0136691B2 JP57030034A JP3003482A JPH0136691B2 JP H0136691 B2 JPH0136691 B2 JP H0136691B2 JP 57030034 A JP57030034 A JP 57030034A JP 3003482 A JP3003482 A JP 3003482A JP H0136691 B2 JPH0136691 B2 JP H0136691B2
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- Japan
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- wafer
- tube
- compound semiconductor
- heating table
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3414—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
- H10P14/3421—Arsenides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
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-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10P14/3422—Antimonides
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明は急峻な不純物濃度勾配をもつ多層構造
の化合物半導体を製造する結晶製造装置に関す
る。
の化合物半導体を製造する結晶製造装置に関す
る。
(b) 技術の背景
硼素(B)、アルミニウム（Al）、ガリウム（Ga）、
インジウム（In）などの族元素と窒素（Ｎ）、
燐（Ｐ）、砒素（As）、アンチモン（Sd）などの
族元素とが共有結合して正四面体配位をとり閃
亜鉛鉱形或はウルツ鉱形の結晶構造をとるガリウ
ム砒素（GaAs）、インジウムアンチモン
（InSb）、インジウム砒素（InAs）などの―
族化合物半導体は公知である。これらの―族
化合物半導体の単結晶は水平ブリツジマン法、帯
域溶融法、単結晶引上げ法などの溶融法か或は材
料の昇華を利用するか輸送剤による化学反応を利
用する気相エピタキシヤル法など各種の方法を用
いて育成されている。こゝでマイクロ波用ダイオ
ード、トランジスタ或はレーザ素子などの半導体
素子は単結晶ウエハにドナー不純物又はアクセプ
タ不純物を拡散させるか単結晶ウエハ上にこれら
の不純物を含んだ同種の結晶をエピタキシヤル成
長させて半導体の電導のタイプ（電子電導、正孔
電導）および電導度の異つた半導体領域を作り、
これを用いることによつて各種のデバイスが形成
されている。
インジウム（In）などの族元素と窒素（Ｎ）、
燐（Ｐ）、砒素（As）、アンチモン（Sd）などの
族元素とが共有結合して正四面体配位をとり閃
亜鉛鉱形或はウルツ鉱形の結晶構造をとるガリウ
ム砒素（GaAs）、インジウムアンチモン
（InSb）、インジウム砒素（InAs）などの―
族化合物半導体は公知である。これらの―族
化合物半導体の単結晶は水平ブリツジマン法、帯
域溶融法、単結晶引上げ法などの溶融法か或は材
料の昇華を利用するか輸送剤による化学反応を利
用する気相エピタキシヤル法など各種の方法を用
いて育成されている。こゝでマイクロ波用ダイオ
ード、トランジスタ或はレーザ素子などの半導体
素子は単結晶ウエハにドナー不純物又はアクセプ
タ不純物を拡散させるか単結晶ウエハ上にこれら
の不純物を含んだ同種の結晶をエピタキシヤル成
長させて半導体の電導のタイプ（電子電導、正孔
電導）および電導度の異つた半導体領域を作り、
これを用いることによつて各種のデバイスが形成
されている。
さてダイオード、トランジスタなど電導キヤリ
ヤの種類が異る半導体層の接合を用いるデバイス
においては高い整流比をもつていることが必要で
あり、これは急峻な不純物濃度勾配をもつ半導体
層を作ることによつて実現できる。本発明はこの
ような急峻な濃度勾配をもち多層構造をとる化合
物半導体をエピタキシヤル成長せしむる結晶成長
装置の構造に関するものである。
ヤの種類が異る半導体層の接合を用いるデバイス
においては高い整流比をもつていることが必要で
あり、これは急峻な不純物濃度勾配をもつ半導体
層を作ることによつて実現できる。本発明はこの
ような急峻な濃度勾配をもち多層構造をとる化合
物半導体をエピタキシヤル成長せしむる結晶成長
装置の構造に関するものである。
(c) 従来技術と問題点
第１図は従来のエピタキシヤル成長装置の断面
構造を示す。同図において、化合物半導体単結晶
からなるウエハ１はグラフアイト製の加熱台２の
上に置かれており、この加熱台２の内部には保持
棒３の内部に熱電対４が挿入されており、これに
よりエピタキシヤル成長させるウエハ１の温度測
定がされるようになつている。また石英製の反応
容器５の上部には化合物半導体をエピタキシヤル
成長させるための原料ガスを導入する複数個の導
入口６が設けられておりまた反応容器５の下部に
は排出口７が設けられている。こゝで化合物半導
体の原料ガスとドーパントは給気口６より導入さ
れて混合した状態でウエハ面に供給され、高周波
誘導加熱炉８により加熱されたウエハ１の面上で
分解してエピタキシヤル成長が行われ、分解が終
つた不要ガスは排気口７より除去される。かゝる
従来の縦形気相成長装置において急峻な多層構造
をもつエピタキシヤル層を成長させるためには次
の何れかの方法がとられていた。
構造を示す。同図において、化合物半導体単結晶
からなるウエハ１はグラフアイト製の加熱台２の
上に置かれており、この加熱台２の内部には保持
棒３の内部に熱電対４が挿入されており、これに
よりエピタキシヤル成長させるウエハ１の温度測
定がされるようになつている。また石英製の反応
容器５の上部には化合物半導体をエピタキシヤル
成長させるための原料ガスを導入する複数個の導
入口６が設けられておりまた反応容器５の下部に
は排出口７が設けられている。こゝで化合物半導
体の原料ガスとドーパントは給気口６より導入さ
れて混合した状態でウエハ面に供給され、高周波
誘導加熱炉８により加熱されたウエハ１の面上で
分解してエピタキシヤル成長が行われ、分解が終
つた不要ガスは排気口７より除去される。かゝる
従来の縦形気相成長装置において急峻な多層構造
をもつエピタキシヤル層を成長させるためには次
の何れかの方法がとられていた。
(1) 原料ガスの流量を大にする。
(2) 原料ガスをウエハ近くまで細管を用いて導入
する。
する。
(1)の方法は反応容器中の原料ガスの交換は速に
行われるが、ウエハおよび原料ガスの分解温度や
ガスの流れなどが変る結果としてエピタキシヤル
成長の均一性を損うと云う欠点がありまた(2)の方
法は成長過程の温度調節を熱電対によらず赤外線
温度計を用いて行うような場合には視野を遮るた
め使えないと云う欠点があり、急峻な不純物濃度
をもつ多層構造をエピタキシヤル成長法により形
成することは困難であつた。
行われるが、ウエハおよび原料ガスの分解温度や
ガスの流れなどが変る結果としてエピタキシヤル
成長の均一性を損うと云う欠点がありまた(2)の方
法は成長過程の温度調節を熱電対によらず赤外線
温度計を用いて行うような場合には視野を遮るた
め使えないと云う欠点があり、急峻な不純物濃度
をもつ多層構造をエピタキシヤル成長法により形
成することは困難であつた。
(d) 発明の目的
本発明は急峻な不純物濃度分布をもつ化合物半
導体の多層構造をエピタキシヤル成長させる結晶
成長装置を提供するにある。
導体の多層構造をエピタキシヤル成長させる結晶
成長装置を提供するにある。
(e) 発明の構成
本発明によれば、この目的は、保持棒により保
持されている加熱台の上にウエハを固定し、加熱
台を中心として内壁部に緩く嵌合するライナ管を
備え、外周部に高周波誘導加熱用コイルを備える
下部反応管と、この下部反応管よりも内径が小さ
く、側面に種類の異なる反応ガスが導入される複
数のガス導入管を備え、上部に赤外線温度計によ
りウエハの温度測定を可能とする頭頂部を備えた
上部反応管とが接続して設けられており、複数の
ガス導入管より装置内に流入する反応ガス種の切
り換えを行うことにより急峻な濃度勾配をもち多
層構造をとる化合物半導体層をエピタキシヤル成
長させる結晶成長装置の使用により解決すること
ができる。
持されている加熱台の上にウエハを固定し、加熱
台を中心として内壁部に緩く嵌合するライナ管を
備え、外周部に高周波誘導加熱用コイルを備える
下部反応管と、この下部反応管よりも内径が小さ
く、側面に種類の異なる反応ガスが導入される複
数のガス導入管を備え、上部に赤外線温度計によ
りウエハの温度測定を可能とする頭頂部を備えた
上部反応管とが接続して設けられており、複数の
ガス導入管より装置内に流入する反応ガス種の切
り換えを行うことにより急峻な濃度勾配をもち多
層構造をとる化合物半導体層をエピタキシヤル成
長させる結晶成長装置の使用により解決すること
ができる。
(f) 発明の実施例
第２図は本発明にかゝる化合物半導体結晶の成
長装置の説明図また第３図はこれを用いて作られ
る電界効果トランジスタ（FET）の構成図であ
る。
長装置の説明図また第３図はこれを用いて作られ
る電界効果トランジスタ（FET）の構成図であ
る。
以下化合物半導体としてGaAsを用いる実施例
について本発明を説明する。
について本発明を説明する。
第３図に示すマイクロ波用GaAsFETは厚さ約
500μmのGaAsウエハ基板９の上にクローム元素
（Cr）をドープした厚さ２〜3μmの高抵抗の
GaAsバツフア層１０がありこの上に厚さが約
0.3μmで不純物濃度ｎが１×1017cm-3のＮ型の
GaAs動作層１１が何れもエピタキシヤル成長法
で作られ、この動作層１１に金・ゲルマニウム合
金（Au・Ge合金）を拡散させてソース（Ｓ）電
極とドレイン（Ｄ）電極を作り、また中央部にア
ルミニウム（Al）からなるゲート（Ｇ）電極を
形成した構造をしている。ここでGaAsFETが優
れた電気的特性を示すためにはバツフア層１０か
ら動作層１１への不純物濃度勾配が急峻な勾配を
もつて行われていることが必要である。
500μmのGaAsウエハ基板９の上にクローム元素
（Cr）をドープした厚さ２〜3μmの高抵抗の
GaAsバツフア層１０がありこの上に厚さが約
0.3μmで不純物濃度ｎが１×1017cm-3のＮ型の
GaAs動作層１１が何れもエピタキシヤル成長法
で作られ、この動作層１１に金・ゲルマニウム合
金（Au・Ge合金）を拡散させてソース（Ｓ）電
極とドレイン（Ｄ）電極を作り、また中央部にア
ルミニウム（Al）からなるゲート（Ｇ）電極を
形成した構造をしている。ここでGaAsFETが優
れた電気的特性を示すためにはバツフア層１０か
ら動作層１１への不純物濃度勾配が急峻な勾配を
もつて行われていることが必要である。
第２図の本発明に係る装置はこれを実現するも
ので、第１図の従来の装置と較べて次のような特
徴がある。
ので、第１図の従来の装置と較べて次のような特
徴がある。
(1) 反応管において原料ガスが導入される上部反
応管１２部分がエピタキシヤル成長が行われる
下部反応管１３よりも細く形成されている。
応管１２部分がエピタキシヤル成長が行われる
下部反応管１３よりも細く形成されている。
(2) 下部反応管１３内部にライナ管１４が設けら
れている。
れている。
(3) 上部反応管１２の頭頂部１５は光学的に透明
に作られている。
に作られている。
こゝで反応管は石英製であり上部反応管１２の
外周側面には複数個のガス導入口（この実施例の
場合４個）が設けられており本実施例の場合、ア
ルシン（AsH3）１６、トリメチールガリウムGa
（CH3）3１７、硫化水素（H2S）１８、クローム
カルボニルCr（CO）6１９などの原料ガスが供給さ
れるようになつており、上部反応管１２において
混合されて加熱台２の上に置かれたGaAsウエハ
１に垂直に供給されるようになつている。こゝで
AsH3とGa（CH3）3は Ga（CH3）3＋AsH3→GaAs＋3CH4 …(1) の反応によつてGaAsを気相成長させるためのも
のであり、Cr（CO）6は第３図におけるバツフア層
１０を成長させるためのドーパントまたH2SはＮ
型動作層１１を成長させるためのドーパントであ
る。
外周側面には複数個のガス導入口（この実施例の
場合４個）が設けられており本実施例の場合、ア
ルシン（AsH3）１６、トリメチールガリウムGa
（CH3）3１７、硫化水素（H2S）１８、クローム
カルボニルCr（CO）6１９などの原料ガスが供給さ
れるようになつており、上部反応管１２において
混合されて加熱台２の上に置かれたGaAsウエハ
１に垂直に供給されるようになつている。こゝで
AsH3とGa（CH3）3は Ga（CH3）3＋AsH3→GaAs＋3CH4 …(1) の反応によつてGaAsを気相成長させるためのも
のであり、Cr（CO）6は第３図におけるバツフア層
１０を成長させるためのドーパントまたH2SはＮ
型動作層１１を成長させるためのドーパントであ
る。
第２図において上部反応管１２が細く作られて
いる理由はガスの導入口１６〜１９よりウエハ１
までの反応管の容積を少くすることによりガスの
交換を容易とするもので、これにより急峻な立上
り分布をもつ多層構造が可能となる。すなわち第
３図に示すGaAsFETのバツフア層１０は上部反
応管１２に設けられている４個の導入口の内
AsH3１６、Ga（CH3）3１７およびCr（CO）6１９
の３つ導入口より供給される原料ガスにより行わ
れまた動作層１１は１６〜１８の３つの導入口よ
り供給される原料ガスを用いてエピタキシヤル成
長を行はしめて形成される。さて実施例の場合、
反応容器は総べて石英製であるが、本発明の第２
の特徴として前記上部反応管１２に連続する下部
反応管１３の内側にライナ管１４が設けられてい
ることで、これは容器と同様に石英製であつてこ
の上端は上部反応管１２に緩く嵌合するようにな
つている。このライナ管１４を設ける目的は原料
ガスの流通路を規制してガスの容積を少くし不純
物濃度分布の急峻な変化を可能とすると共に下部
反応管１３が熱分解生成物によつて汚染されるこ
とを防いでいる。すなわち原料ガスはライナ管１
４の内側を通りウエハ１に導かれるために細管を
用いてウエハの直上まで原料ガスを導いたのと同
様な結果となり急峻な濃度勾配が可能となる。
いる理由はガスの導入口１６〜１９よりウエハ１
までの反応管の容積を少くすることによりガスの
交換を容易とするもので、これにより急峻な立上
り分布をもつ多層構造が可能となる。すなわち第
３図に示すGaAsFETのバツフア層１０は上部反
応管１２に設けられている４個の導入口の内
AsH3１６、Ga（CH3）3１７およびCr（CO）6１９
の３つ導入口より供給される原料ガスにより行わ
れまた動作層１１は１６〜１８の３つの導入口よ
り供給される原料ガスを用いてエピタキシヤル成
長を行はしめて形成される。さて実施例の場合、
反応容器は総べて石英製であるが、本発明の第２
の特徴として前記上部反応管１２に連続する下部
反応管１３の内側にライナ管１４が設けられてい
ることで、これは容器と同様に石英製であつてこ
の上端は上部反応管１２に緩く嵌合するようにな
つている。このライナ管１４を設ける目的は原料
ガスの流通路を規制してガスの容積を少くし不純
物濃度分布の急峻な変化を可能とすると共に下部
反応管１３が熱分解生成物によつて汚染されるこ
とを防いでいる。すなわち原料ガスはライナ管１
４の内側を通りウエハ１に導かれるために細管を
用いてウエハの直上まで原料ガスを導いたのと同
様な結果となり急峻な濃度勾配が可能となる。
次に第３の特徴は上部反応管１２の頭頂部１５
を透明体（この場合透明石英）で形成することに
より赤外線温度計２０を用いて直接にウエハ１の
温度制御が行える点である。なおこれは第１図に
示す従来例のように保持棒３の内部に熱電対を備
える構造でもよいが、直接にエピタキシヤル成長
面の温度を測定する方が正確に結晶成長を制御す
ることができる。なお第２図において、２１はウ
エハ１を加熱する高周波誘導加熱用コイルであ
る。
を透明体（この場合透明石英）で形成することに
より赤外線温度計２０を用いて直接にウエハ１の
温度制御が行える点である。なおこれは第１図に
示す従来例のように保持棒３の内部に熱電対を備
える構造でもよいが、直接にエピタキシヤル成長
面の温度を測定する方が正確に結晶成長を制御す
ることができる。なお第２図において、２１はウ
エハ１を加熱する高周波誘導加熱用コイルであ
る。
かかる構成によれば、ウエハ面に均一に成長を
行うために保持棒を回転させることが容易である
が熱電対を備える構造ではそれに対応することが
困難である。
行うために保持棒を回転させることが容易である
が熱電対を備える構造ではそれに対応することが
困難である。
以上のような、本発明は不純物濃度分布が急峻
に変化するエピタキシヤル成長層を得るための装
置であり、GaAsFETの製造について説明したが
第２図の本発明に係る装置において導入口の数を
増すことにより組成の異なる多層構造を作ること
ができる。例えば導入口よりトリメチールアルミ
ニウムAl（CH3）3をGa（CH3）3およびAsH3と同時
に導入すればGaAlAsの組成をもつ半導体層をエ
ピタキシヤル成長させることができるし、これら
の多層構造は光学素子の作製に有効である。な
お、前記実施例にあつては、縦型の結晶成長装置
について述べたが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、横型の結晶成長装置に対しても適用す
ることができる。
に変化するエピタキシヤル成長層を得るための装
置であり、GaAsFETの製造について説明したが
第２図の本発明に係る装置において導入口の数を
増すことにより組成の異なる多層構造を作ること
ができる。例えば導入口よりトリメチールアルミ
ニウムAl（CH3）3をGa（CH3）3およびAsH3と同時
に導入すればGaAlAsの組成をもつ半導体層をエ
ピタキシヤル成長させることができるし、これら
の多層構造は光学素子の作製に有効である。な
お、前記実施例にあつては、縦型の結晶成長装置
について述べたが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、横型の結晶成長装置に対しても適用す
ることができる。
(g) 発明の効果
本発明によれば、上部反応管を細長く形成する
と共に下部反応管にライナ管を設け、また頭頂部
を透明にして赤外線温度計を用いて温度調整を行
うことにより急峻な濃度勾配をもつ多層な化合物
半導体層の成長を可能とする成長装置が提供され
る。
と共に下部反応管にライナ管を設け、また頭頂部
を透明にして赤外線温度計を用いて温度調整を行
うことにより急峻な濃度勾配をもつ多層な化合物
半導体層の成長を可能とする成長装置が提供され
る。
第１図は従来の結晶成長装置、第２図は本発明
に係る結晶成長装置また第３図は電界効果トラン
ジスタの実施例である。 図において１はウエハ、２は加熱台、４は熱電
対、５は反応容器６，１６，１７，１８，１９は
導入口、９はGaAsウエハ、１０はバツフア層、
１１は動作層、１２は上部反応管、１３は下部反
応管、１４はライナ管。
に係る結晶成長装置また第３図は電界効果トラン
ジスタの実施例である。 図において１はウエハ、２は加熱台、４は熱電
対、５は反応容器６，１６，１７，１８，１９は
導入口、９はGaAsウエハ、１０はバツフア層、
１１は動作層、１２は上部反応管、１３は下部反
応管、１４はライナ管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 保持棒３により保持されている加熱台２の上
にウエハ１を固定し、該加熱台２を中心として内
壁部に緩く嵌合するライナ管１４を備え、外周部
に高周波誘導加熱用コイル２１を備える下部反応
管１３と、 該下部反応管１３よりも内径が小さく、側面に
種類の異なる反応ガスが導入される複数のガス導
入管１６，１７，１８，１９を備え、上部に赤外
線温度計２０によりウエハ１の温度測定を可能と
する頭頂部１５を備えた上部反応管１２とが接続
して設けられており、 前記複数のガス導入管１６，１７，１８，１９
より装置内に流入する反応ガス種の切り換えを行
うことにより急峻な濃度勾配をもち、多層構造を
した化合物半導体層をエピタキシヤル成長させる
ことを特徴とする結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57030034A JPS58147112A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57030034A JPS58147112A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58147112A JPS58147112A (ja) | 1983-09-01 |
| JPH0136691B2 true JPH0136691B2 (ja) | 1989-08-02 |
Family
ID=12292530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57030034A Granted JPS58147112A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58147112A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5527241Y2 (ja) * | 1974-05-20 | 1980-06-30 |
-
1982
- 1982-02-26 JP JP57030034A patent/JPS58147112A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58147112A (ja) | 1983-09-01 |
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