JPH0195517A - 化合物半導体製造装置及び方法 - Google Patents

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］ 本発明は反応管を用いて気相成長させる化合物半導体製
造（ＭＯＣＶＤ）装置及び方法に係り、特にｎ、　ｍ、
　■、　Ｖ、　Ｖｌ族の有機金属化合物を、基板上にエ
ピタキシャル成長せしめるための横型反応管を用いた化
合物半導体製造装置に関する。

［従来の技術］ 従来開発されてきた有機金属化合物を用いた気相成長法
による半導体の製造法（ＭＯＣＶＤ）は、大きく分けて
二つのタイプに分類できる。即ち、縦型反応管を用いる
ものと、横型反応管を用いる、ものであって、前者は第
３図に示す如き、気相反応管として有機金属化合物のガ
スを縦型反応管゜の上部より下部に向って流し、半導体
成長用基板３にガス流をほぼ垂直に当てる方式であり、
後者は第４図に示す如く有機金属化合物のガスを横型反
応管１の水平方向に流し、このガス流に対し、斜め方向
に向けて載置した半導体成長用基板３鳴向けて流す方式
である。なお第３図及び第４図において２’　、２’は
サセプタであり、６は排気管である。

従来開発されてきた第３図の縦型反応管゜を用いた気相
成長法による半導体の製法においては、通常基板３を加
熱しておくことが必要であるため、基板３の近傍におい
て有機金属ガス流に乱れが生じ易いため、均一な組成の
半導体を作ることが雛しく性能の良好な半導体を得るこ
とが難しい。

このような難点のない気相成長法として有機金属ガスの
基板３の近傍での熱による乱流の発生を防止し得た反応
装置として、有機金属ガスの流れを水平方向としうる第
４図の横型反応管１を用いる方法が開発され、更に半導
体膜成長基板３の向きをガス流に対し、斜めの向きとす
ることによって、ガスの流れの層流化を図り、上記縦型
反応管１を用いた半導体膜成長装置の難点を解消したも
のとしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如く横型反応管を用いて化合物半導体を作る場合
、反応性気体の流れに乱れをできるだけ生じさせないよ
うにするため、従来より基板を反応性気体流の軸に対し
、４５°以下の傾き角度を設けて設置しである。ところ
がこのような方法にて化合物半導体を作る場合、反応管
内に設置した基板の先端から後端までは、かなりの距離
が生ずることは避けられず、基板の先端に生成する結晶
と後端に生成した結晶とはその構造に差が生ずることは
避けられなかったのである。

従来開発されてきた横型反応管すなわち横型炉では、原
料ガス流の上流側の気相成長速度が大きいため、基板の
下流側では原料濃度の減衰や、原料組成が上流側と異な
ったものとなり易い難点があり、精密なエピタキシャル
成長、ストイキオメトリコントロール、格子不整合コン
トロールをなし得た半導体膜を作るには十分なものとは
言えない。これは例えば１ｃ＋ｎ角のＧａ　Ａｓ基板を
用い後述する比較例の如く基板を回転することなく、他
は本発明の装置の運転条件と全く同一の条件にて運転し
、化合物半導体を作るとＧａ　Ａｓ基板上に成長したエ
ピタキシャル薄膜の格子不整合率は、成長せしめた膜の
場所によるバラツキが±０．２５％にも達する。これは
横型反応炉を用いた場合の各反応性気体成分の基板上に
おける濃度分布に不均一性を生ずることに基づくものと
考えられる。

これは使用する有機金属化合物の反応管内の濃度比Ｘは
、使用する有機金属化合物Ａとｈの濃度を各々［Ａ］、
　　［Ｂ］とすると なる関係で表わされ、濃度比Ｘと格子不整合率Δａ　／
　ａは直線関係を満たしているからである。

このような不都合を防ぐ方法として原料ガス導入口とは
別に、補充ガス導入管を基板近傍に設け、基板のガス導
入口上流側に基板下流側でのガス濃度差をなくし、かつ
ガス組成の均一化を図る方法もとられているが、この補
助ガスを導入する方法は、反応装置自体の構造が極めて
複雑となり、成長する半導体膜の膜厚不均一性が生じ易
いという難点が新たに生じてきた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者等は、横型反応管の利点を有しており、かつ横
型反応管の上述した如き不都合の生じにくい半導体の気
相成長装置を開発すべく検討した結果、本発明を完成し
たものである。本発明の特徴は、化合物半導体用原料を
気相状態で水平方向に供給する横型反応管内に、この気
体の水平方向の流れ方向に対し、４５°以下なる角度で
設置したサセプタをその上面に垂直な中心軸を中心に回
転せしめつつ気相成長させるところにある。即ち、本発
明によれば化合物半導体用原料を気相状態で横型反応管
内に供給し、前記反応管内に設けられたサセプタ上の基
板上に半導体を気相成長せしめる化合物半導体用気相成
長装置において、前記化合物半導体用原料が水平方向に
供給されるよう前記横型反応管が配されていて、前記サ
セプタの上面が水平面に対して４５＠以下の角度で傾斜
しており、前記サセプタの上面に対して垂直な中心軸を
中心に前記サセプタを回転させる手段を設けたことを特
徴とする化合物半導体製造装置が提供され、更に化合物
半導体用原料を気相状態で横型反応管内に供給し、前記
反応管内に設けられたサセプタ上の基板上に半導体を気
相成長せしめる化合物半導体製造方法において、前記化
合物半導体用原料を前記横型反応管内に水平方向に供給
し、前記サセプタの上面が水平面に対して４５＠以下の
角度で傾斜しつつ、前記サセプタの上面に対して垂直な
中心軸を中心に前記サセプタを回転させて前記基板上に
気相成長せしめることを特徴とする化合物半導体製造方
法が提供される。

［作　　用］ 本発明においては上述の如く、横型反応管内で基板を載
置するサセプタの上面が水平面に対して４５＠以下の角
度で傾斜していて、更にサセプタをその中心軸を中心に
回転せしめながら気相成長を行うので、基板上の各位置
において化合物半導体が均一に成長することとなる。

なお、本発明で用いる反応管は横型反応管であるため、
化合物半導体製造用原料であるガス体の反応管内での流
れを層流として流すことができるため、縦型反応管を用
いた場合の如く、反応性気体の基板近傍での対流に基づ
く気流の乱れが生じにくいため、所望とする組成及び結
晶構造を有する化合物半導体を作ることができる。

［実　施　例］ 以下図面と共に本発明の好適な実施例について説明する
。

第１図は本発明の化合物半導体製造装置の主要な部分、
すなわち反応管の部分の側断面図である。

横型反応管１の内部に回転可能に取り付けられたサセプ
タ２が設けられており、その上面に気相成長を行う基板
３を置くようになっている。サセプタ２はその上面が水
平面に対して４５°以下の角度で傾斜するよう支持軸５
にて支持されている。

図示の例ではサセプタ２の上面は水平面に対して５″傾
斜しているがこの角度は大きい程気相成長の効率が上昇
するので必要に応じて適宜増減できる。反応管１の左端
は化合物半導体原料の入口のための開口１ａであり、図
示しない装置から原料が導入される。反応管１の右端の
開口１ｂには排気管６が入子式に挿入されている。排気
管６の中央には回転軸４が回転可能に取り付けられてお
り、その左側には歯車７が取り付けられている。この回
転軸７は排気管６の外部の図示しない駆動源としてのモ
ータに接続されており、その回転駆動力が歯車７に伝達
される。歯車７はサセプタ２の周囲に設けられた凹凸状
歯部２ｂに係合しており、従って歯車７の回転により、
サセプタ２は支持軸５を中心に回転することとなる。な
お、この支持軸５はサセプタ２の上面２ａに対して垂直
でありサセプタ２の中心軸に一致している。

上記横型反応管１は石英ガラス製で内径１００ｍｍ。

長さ８５０　ｍｍのものを用いている。サセプタ２自体
はカーボン製であり、その上面２ａには凹部（図示せず
）が設けられており、この凹部内に基板３を入れること
により、サセプタ２の回転中に基板３が位置ずれを起す
ことを防止している。なお、サセプタ２の外表面はシリ
コンカーバイトのコーティングを施しである。

サセプタ２の下面に設けられた中心孔２ｃ内に前記支持
軸５の先端が嵌合するように構成されているが、この支
持軸５は石英ガラス製である。又、前記歯車７及び歯部
２ｂ更に回転軸４も石英ガラス製である。このように回
転摩擦を生ずる部分に石英ガラスを用いたのは、反応性
気体に対して不活性な材料を用いることにより、反応性
気体の吸着を防止すると共に１．硬度の高い材料を用い
ることにより、不要な粉埃の発生を防止するためである
。

基板３としては１ｃｍ角のＧａ　Ａｓ基板を用い、水平
方向のガス流の軸に対する傾斜角を前述のとおり５″と
した。又サセプタ２の回転速度は１ｒ、ｐ、１．とじ、
半導体成長温度は７００℃、圧力は２゜Ｔｏｒｒとした
。サセプタの回転速度によっては製造される半導体の均
質度質は直接影響を受けないが、あまり回転速度が高く
なると歯車７や回転軸４、支持軸７等の摩擦を生ずる部
分で粉埃等を発生することがあり、好ましくない。従っ
て３　ｒ、ｐ、ｍ、程度以下が望ましい。

有機金属化合物のうち■族としてトリメチルガリウム（
ＴＭＧａ）、）リメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を、Ｖ
族の化合物としてアルシン（Ａｓ　Ｈｓ　）　、ホスフ
ィン（ＰＨ３）を用い、Ｖ１ｍ比を１００とし、［Ｔ　
Ｍ　Ｇ　ａ］バ［ＴＭＧａ］＋［ＴＭＩｎ］）を表に示
す如き割合とし、ガス流速２４ｃｍ／ｓなる条件として
化合物半導体を作成し、格子不整合度（Δａ　／　ａ　
）を測定した結果を表に示した。

表に示した結果より本発明の化合物半導体製造装置を用
いると、格子不整合率は極めて小さなものとすることが
できることが分る。

上記実施例では基板３は１枚のみであったが、複数枚の
基板をサセプタ２の上面２ａに配することも可能である
。基板３の化合物半導体原料である反応性気体流に対す
る傾き角度は４５″以下であることが必要であり、この
傾斜角度が大きくなりすぎると、反応性気体の流れに乱
れが生ずるようになり、均一性に優れた化合物半導体の
製造に困難を生ずるようになる。通常この傾斜角度は上
記実施例で示したように３０°以下が好しく、０＠であ
ってもよい。

［発明の効果コ 以上詳細に説明したように本発明の化合物半導体製造装
置及び方法によれば、横型反応管内のサセプタ上面を水
平方向に対して４５＠以下の角度で傾斜し、更にサセプ
タをその中心軸を中心に回転しながらサセプタ上面に配
された基板上に気相成長を行うので、従来の装置、方法
による場合に比して極めて均一な気相成長を行うことが
でき、結果として均質な化合物半導体を製造することが
可能となる。すなわち、エピタキシャル成長した結晶の
場所による格子不整合度のバラツキを、回転がない横型
ＭＯＣＶＤ法に比較して、大幅に改善することができる
のである。更に量産を行うに際して歩留りを向上するこ
とができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化合物半導体製造 （ＭＯＣＶＤ）装置の一実施例の主要部を示す側断面図
、第２図は第１図におけるサセプタの回転機構を説明す
るための平面図、第３図は従来の縦型化合物半導体製造
装置の主要部を示す側断面図、第４図は回転機構を有し
ていない従来の横型化合物半導体製造装置の主要部を示
す側断面図である。 １．゜・・・反応管 ２．２’　、２’・・・サセプタ ２ａ・・・サセプタ上面　　　２ｂ・・・歯　部３・・
・基　板　　　　　　　４．４′・・・回転軸５・・・
サセプタ支持軸　　　６．６′・・・排気管７・・・歯
　車 発明者　　川西　英雄 布材　　清 都志　彰人 出　願　人　三菱レイヨン株式会社

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体用原料を気相状態で横型反応管内に
   供給し、前記反応管内に設けられたサセプタ上の基板上
   に半導体を気相成長せしめる化合物半導体用気相成長装
   置において、前記化合物、半導体用原料が水平方向に供
   給されるよう前記横型反応管が配されていて、前記サセ
   プタの上面が水平面に対して４５゜以下の角度で傾斜し
   ており、前記サセプタの上面に対して垂直な中心軸を中
   心に前記サセプタを回転させる手段を設けたことを特徴
   とする化合物半導体製造装置。
2. （２）前記サセプタの上面が前記水平面に対して略３０
   ゜傾斜していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の化合物半導体製造装置。
3. （３）前記回転させる手段が、前記反応管の外部の駆動
   源からの動力を伝達する回転軸と、前記回転軸の一端に
   取り付けられた歯車と、前記サセプタの外周に取り付け
   られ、前記歯車と係合する歯部とからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体製造装置
   。
4. （４）前記回転軸、前記歯車及び前記歯部が石英ガラス
   製であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   化合物半導体製造装置。
5. （５）化合物半導体用原料を気相状態で横型反応管内に
   供給し、前記反応管内に設けられたサセプタ上の基板上
   に半導体を気相成長せしめる化合物半導体製造方法にお
   いて、前記化合物半導体用原料を前記横型反応管内に水
   平方向に供給し、前記サセプタの上面が水平面に対して
   ４５゜以下の角度で傾斜しつつ、前記サセプタの上面に
   対して垂直な中心軸を中心に前記サセプタを回転させて
   前記基板上に気相成長せしめることを特徴とする化合物
   半導体製造方法。
6. （６）前記サセプタの上面を前記水平面に対して略３０
   ゜傾斜せしめつつ前記サセプタを回転することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の化合物半導体製造方法
   。
7. （７）前記サセプタを３ｒ．ｐ．ｍ．以下の速度で回転
   することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の化合
   物半導体製造方法。