JPH02221191A - Device for growing crystal by using gaseous source - Google Patents
Device for growing crystal by using gaseous sourceInfo
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- JPH02221191A JPH02221191A JP4123189A JP4123189A JPH02221191A JP H02221191 A JPH02221191 A JP H02221191A JP 4123189 A JP4123189 A JP 4123189A JP 4123189 A JP4123189 A JP 4123189A JP H02221191 A JPH02221191 A JP H02221191A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
し概要]
結晶成長室に原料ガスを供給するガス配管およびガス供
給セルの構成に新規な改良を行ったガスソース結晶成長
装置に関し、
ある成分の原料ガスを遮断した場合、結晶成長装置内の
残留ガスが結晶成長に与える問題を低減できるガスソー
ス結晶成長装置を堤供することを目的とし、
低圧雰囲気中でガスソースから結晶を成長させるための
ガスソース結晶成長装置において、第1の真空排気系に
接続されて低圧雰囲気中で基板上に結晶を成長させるた
め、基板を載置するための基板ホルダを収容する気密な
結晶成長室と、結晶成長用原料ガスを前記基板ホルダに
向けて供給するため、前記結晶成長室内に配置されたガ
ス供給セルと、前記ガス供給セルをガス源に制御可能に
接続するため、第1のパルプを備えて前記ガス供給セル
に接続されたガス導入路と、前記ガス供給セルを第2の
真空排気系に制御可能に接続するため、第2のパルプを
備えて前記ガス供給セルに接続されたガス排出路とを有
するように構成する。[Detailed Description of the Invention] Summary] Regarding a gas source crystal growth apparatus in which the configuration of the gas piping and gas supply cell for supplying raw material gas to the crystal growth chamber has been newly improved, when the raw material gas of a certain component is shut off. The purpose of the present invention is to provide a gas source crystal growth apparatus that can reduce problems caused by residual gas in the crystal growth apparatus to crystal growth, and in a gas source crystal growth apparatus for growing crystals from a gas source in a low pressure atmosphere. In order to grow crystals on a substrate in a low-pressure atmosphere by being connected to a first vacuum evacuation system, there is an airtight crystal growth chamber that accommodates a substrate holder on which the substrate is placed, and a crystal growth chamber that supplies raw material gas for crystal growth to the substrate. a gas supply cell disposed within the crystal growth chamber for supplying to a holder; and a first pulp provided with and connected to the gas supply cell for controllably connecting the gas supply cell to a gas source. a gas inlet passage connected to the gas supply cell, and a gas exhaust passage provided with a second pulp and connected to the gas supply cell for controllably connecting the gas supply cell to a second evacuation system. .
[産業上の利用分野]
本発明はガスソース結晶成長装置に関し、特に結晶成長
室に原料ガスを供給するガス配管およびガス供給セルの
構成に新規な改良を行ったガスソース結晶成長装置に関
する。[Industrial Field of Application] The present invention relates to a gas source crystal growth apparatus, and more particularly to a gas source crystal growth apparatus in which the configurations of gas piping and gas supply cells for supplying source gas to a crystal growth chamber are newly improved.
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
ピタキシャル結晶成長法は半導体製造の基礎技術であり
、その1つとして低圧雰囲気中でガスソースから結晶を
成長させるガスソース結晶成長法がある。その注目技術
として、最近ガスソース分子線エピタキシが開発されて
いる。An epitaxial crystal growth method in which a semiconductor film is epitaxially grown along a crystal substrate is a basic technology for semiconductor manufacturing, and one of them is a gas source crystal growth method in which a crystal is grown from a gas source in a low-pressure atmosphere. Gas source molecular beam epitaxy has recently been developed as a promising technology.
このガスソース分子線エピタキシは、化合物ガスを超高
真空の結晶成長室に導入し、結晶成長層を形成する。し
かし、ガス流の制御によって成長層の成分や厚さを正確
に制御することは器しい。In this gas source molecular beam epitaxy, a compound gas is introduced into an ultra-high vacuum crystal growth chamber to form a crystal growth layer. However, it is difficult to accurately control the composition and thickness of the grown layer by controlling the gas flow.
特にペテロ接合構造やpn接合構造のような界面構造を
形成する場合、急峻な組成変化が要望される。In particular, when forming an interface structure such as a Peter junction structure or a pn junction structure, a steep compositional change is required.
[従来の技術]
ガスソース分子線エピタキシ法は、従来の分子線エピタ
キシ(MBE)法における金属等の固体ソースに代って
ガスソースを用いるものである。[Prior Art] A gas source molecular beam epitaxy method uses a gas source instead of a solid source such as a metal in the conventional molecular beam epitaxy (MBE) method.
例えば、ガリウム砒素(GaAs )層やアルミニウム
ガリウム砒素(AIGaAS)層を成長する場合、■族
元素材料としてトリエチルガリウム(TEG:Ga(C
2H5) 3 ) 、トリエチルアルミニウム(TEA
;At(C2H5>3)等の有機金属ガスを用い、V族
元素材料としてアルシン(ASH3)等の水素化物ガス
が用いられる。For example, when growing a gallium arsenide (GaAs) layer or an aluminum gallium arsenide (AIGaAS) layer, triethyl gallium (TEG: Ga(C
2H5) 3), triethylaluminum (TEA
; An organometallic gas such as At (C2H5>3) is used, and a hydride gas such as arsine (ASH3) is used as the group V element material.
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る。This gas source molecular beam crystal growth method has advantages over the conventional MBE method, such as being able to reduce surface defects and easily achieving a high growth rate.
さらに、成長容器内の清浄な超高真空雰囲気を破ること
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。Furthermore, the source can be replaced without breaking the clean ultra-high vacuum atmosphere inside the growth container, which is said to have a great advantage in industrial production.
第2図(A)、(B)、(C)はそのガスソース分子線
結晶成長を行う従来の結晶成長装置を示している。結晶
成長装置全体を示す第2図(A)において、参照番号5
1は結晶成長室、52は基板(被成長基板ないしウェー
ハ)、53は基板52を支持するための基板ホルダ、5
4は基板加熱用のヒータ、55は分子線源セル、56は
分子線源セルに供給する原料ガスをオンオフ制御するた
めのパルプ、57はガス吸着用の液体窒素シュラウド、
58は真空排気系から結晶成長室51を遮断するための
ゲートパルプである0図示のように、基板52は基板ホ
ルダ53に保持され、ヒータ54で加熱さもて所定の基
板温度に設定される6例えば、基板52がGaAS基板
の場合に400〜700℃に加熱される。ここで、分子
線源セルは複数個がウェーハ52に対向して配置されて
いる。FIGS. 2(A), 2(B), and 2(C) show a conventional crystal growth apparatus for performing the gas source molecular beam crystal growth. In FIG. 2 (A) showing the entire crystal growth apparatus, reference number 5
1 is a crystal growth chamber; 52 is a substrate (a substrate to be grown or a wafer); 53 is a substrate holder for supporting the substrate 52;
4 is a heater for heating the substrate; 55 is a molecular beam source cell; 56 is pulp for controlling on/off the source gas supplied to the molecular beam source cell; 57 is a liquid nitrogen shroud for gas adsorption;
58 is a gate pulp for insulating the crystal growth chamber 51 from the vacuum evacuation system. As shown in the figure, the substrate 52 is held in a substrate holder 53 and heated by a heater 54 to set a predetermined substrate temperature. For example, if the substrate 52 is a GaAS substrate, it is heated to 400 to 700°C. Here, a plurality of molecular beam source cells are arranged facing the wafer 52.
第2図(B)、(C)は従来の分子線源セルの断面図を
示し、(B)は低温分解ガス用の低温用セルであり、(
C)は高温分解ガス用の高温用セルである。Figures 2 (B) and (C) show cross-sectional views of conventional molecular beam source cells, and (B) is a low-temperature cell for low-temperature decomposition gas;
C) is a high temperature cell for high temperature decomposition gas.
第2図(B)、(C)中、61はガス導入管、62はヒ
ータ、63は結晶成長室51の真空フランジ、64はヒ
ータ62の周囲の熱遮蔽板、65は焼結窒化硼素(PB
N)板である。In FIGS. 2(B) and (C), 61 is a gas introduction pipe, 62 is a heater, 63 is a vacuum flange of the crystal growth chamber 51, 64 is a heat shield plate around the heater 62, and 65 is a sintered boron nitride ( P.B.
N) It is a board.
第2図(B)に示す低温分解ガス用分子線源セルは、■
族原料ガスである分解しやすいトリエチルガリウム(T
EG)やトリエチルアルミニウム(TEA)等の有機金
属ガス等に用いられ、セル内はガス分子が凝縮しない程
度の50〜60゛Cに加熱されている。出口のPBN板
6板上5口からガス分子を放射する。The molecular beam source cell for low-temperature decomposition gas shown in Figure 2 (B) is
Triethylgallium (T
It is used for organometallic gases such as EG) and triethylaluminum (TEA), and the inside of the cell is heated to 50 to 60 degrees Celsius, a temperature that prevents gas molecules from condensing. Gas molecules are emitted from the 5 ports on the 6 PBN plates at the outlet.
第2図(C)に示す高温分解ガス用分子線源セルは、た
とえば、V族原料ガスであるアルシン(ASH3)等の
金属水素化物ガス等に用いられ、800〜900℃に加
熱されて、アルシンをAsとH2とに分解してAsを基
板に向かって放射する。The molecular beam source cell for high-temperature decomposition gas shown in FIG. 2(C) is used, for example, for metal hydride gas such as arsine (ASH3), which is a group V raw material gas, and is heated to 800 to 900°C. Arsine is decomposed into As and H2 and As is emitted toward the substrate.
高温用セルでは出口部分にヒータ62とPBN板6板上
5密に配置し、かつPBN板6板上5口を互いにずらせ
て、カスを高温に加熱されたPBN板65に衝突させて
ガスを分解する熱クラッキング部66が設けられている
。なお、低温分解ガス用分子線源セルには熱クラッキン
グ部66は設けられていない。In the high-temperature cell, heaters 62 and PBN plates 6 are closely arranged at the outlet, and the PBN plates 6 and 5 are shifted from each other to cause the scum to collide with the PBN plate 65 heated to a high temperature to release gas. A thermal cracking section 66 for decomposition is provided. Note that the thermal cracking section 66 is not provided in the molecular beam source cell for low-temperature decomposition gas.
これらの分子線源セルは、例えば、直径1/4インチ、
長さ約30crgの石英製チューブで形成され、セルの
先端とウェーハ52との間隔が比較的短く構成されてい
る。These molecular beam source cells are, for example, 1/4 inch in diameter,
It is formed of a quartz tube with a length of about 30 crg, and the distance between the tip of the cell and the wafer 52 is relatively short.
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AlGaAs層を成長
する場合、GaソースとしてTEG、AIソースとして
TEA、へSソースとしてアルシンを用い、V族元素原
料のアルシンは約900℃に加熱した高温用分子線源セ
ル(第2図(C))から放出し、■族元素原料のTEG
、TEAは約50〜60゛Cの低温用分子線源セル(第
2図(B))から放出する。アルシンは400〜700
℃に加熱したGaAs基板上では分解されないため、予
め分子線源セル内で加熱分解させて単体のAs分子ある
いは482分子として放射するのである。For example, when growing a GaAs layer or an AlGaAs layer using the gas source molecular beam epitaxial growth apparatus as described above, TEG is used as the Ga source, TEA is used as the AI source, and arsine is used as the S source. is emitted from a high-temperature molecular beam source cell (Fig. 2 (C)) heated to approximately 900°C, and
, TEA is emitted from a low temperature molecular beam source cell (FIG. 2(B)) at about 50 to 60°C. Arsine is 400-700
Since it is not decomposed on a GaAs substrate heated to .degree. C., it is thermally decomposed in advance in a molecular beam source cell and emitted as a single As molecule or 482 molecules.
一方、TEGやTEAは低い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ない0分子線源セルの管
壁に原料ガスが付着しない程度(50〜60℃)にセル
を加熱している。ガスソースは加熱したGaAs基板上
で分解して被着する。On the other hand, since TEG and TEA can be thermally decomposed at low temperatures,
In the molecular beam source cell, the cell is heated to such an extent (50 to 60° C.) that the source gas does not adhere to the tube wall of the molecular beam source cell, which is not thermally decomposed. The gas source is decomposed and deposited on the heated GaAs substrate.
例えば、A lGaAs/ GaAsヘテロ構造を成長
する場合、TEAの分子線源セルのガス導入パルプ56
を開閉することにより、A1組成をオンオフ制御して^
1GaAs層とGaAs層の切り替えを行う。For example, when growing an AlGaAs/GaAs heterostructure, the gas introduction pulp 56 of the TEA molecular beam source cell
By opening and closing, the A1 composition can be controlled on and off.
Switching between the 1GaAs layer and the GaAs layer is performed.
このようにして形成された半導体結晶はダブルへテロ(
DH)レーザやHEMT等の半導体装置、半導体集積装
置を製造するために用いられる。The semiconductor crystal formed in this way is a double hetero (
DH) Used to manufacture semiconductor devices such as lasers and HEMTs, and semiconductor integrated devices.
[発明が解決しようとする課題]
上述のように、ガス源から結晶成長室内のガス供給用の
セルまでのガス供給路にはパルプ56が備えられており
、ガス供給の遮断はパルプ56を閉じることで行ってい
た。[Problem to be Solved by the Invention] As described above, the gas supply path from the gas source to the gas supply cell in the crystal growth chamber is provided with the pulp 56, and when the gas supply is cut off, the pulp 56 is closed. That's what I was doing.
しかし、パルプ56を閉じても、このパルプ56からセ
ルの供給口までの間には原料ガスが残留しており、この
原料ガスはセルの供給口から放出されて基板52上に到
達する。基板52上には遮断した成分を含まない結晶層
を成長しようとしているのに、遮断した成分が入り込む
ことになる。However, even if the pulp 56 is closed, raw material gas remains between the pulp 56 and the cell supply port, and this raw material gas is released from the cell supply port and reaches the substrate 52. Although an attempt is made to grow a crystal layer that does not contain the blocked components on the substrate 52, the blocked components end up entering.
急峻な分布を持つ接合を形成しようとしても徐々に変化
する分布しか得られないことにもなる。Even if an attempt is made to form a junction with a steep distribution, only a gradually changing distribution will be obtained.
また、集積回路装置において、基板上に均質な成長膜が
必要な場合、成長膜の均質性を低下させることにもなる
。Further, in an integrated circuit device, when a homogeneous grown film is required on a substrate, the homogeneity of the grown film is reduced.
分子線源セルの供給口上にシャッタを付けて残留ガスの
流出を防ぐ試みらされているが、セル内に残留ガスがあ
ることは変らず、シャッタとセルの間の隙間を通ってガ
スが放出され基板に到達する。ガスの単位時間当りの流
出量は減っても、なくなるまでの時間はかえって増加す
る。このようにシャッタは完全な対策とはなっていない
、特にドーパントとして、例えばSiH4やSi2H6
等のガスを用いる場合、この残留ドーパントガスが問題
となってくる。Attempts have been made to prevent residual gas from flowing out by installing a shutter over the supply port of the molecular beam source cell, but there is still residual gas inside the cell, and gas is released through the gap between the shutter and the cell. and reaches the substrate. Even if the amount of gas flowing out per unit time decreases, the time it takes for the gas to run out increases on the contrary. In this way, the shutter is not a perfect countermeasure, especially when using dopants such as SiH4 and Si2H6.
When using a gas such as, this residual dopant gas becomes a problem.
本発明の目的は、ある成分の原料ガスを遮断した場合、
結晶成長装置内の残留カスが結晶成長に与える問題を低
減できるガスソース結晶成長装置を提供することである
。The object of the present invention is that when the raw material gas of a certain component is cut off,
It is an object of the present invention to provide a gas source crystal growth apparatus that can reduce problems caused by residual debris in the crystal growth apparatus on crystal growth.
本発明の池の目的は、ある成分の原料ガスを遮断した場
合、結晶成長装置内の残留ガスが自動的に排出されるガ
スソース結晶成長装置を提供することである。The purpose of the pond of the present invention is to provide a gas source crystal growth apparatus in which the residual gas in the crystal growth apparatus is automatically exhausted when the raw material gas of a certain component is cut off.
これらのガスソース結晶成長装置によって、急峻な分布
を有するヘテロ接合やp I’l接合の界面を形成する
。By using these gas source crystal growth apparatuses, interfaces of heterojunctions and p I'l junctions having a steep distribution are formed.
[課題を解決するための手段]
上述の目的は、ガス供給セルを排気系と接続するため、
パルプを備えたガス排出路をガス供給セルに接続したガ
スソース結晶成長装置によって達成される。[Means for solving the problem] The above purpose is to connect the gas supply cell to the exhaust system,
This is achieved by a gas source crystal growth apparatus in which a gas outlet with pulp is connected to a gas supply cell.
また、自動的に残留ガスを排出するには、ガス導入路の
パルプとガス排出路のパルプを同期して制御する制御系
を設ければ良い。Further, in order to automatically discharge the residual gas, it is sufficient to provide a control system that synchronously controls the pulp in the gas introduction path and the pulp in the gas discharge path.
第1図に本発明の原理説明図を示す、結晶成長室1は基
板2を支持する基板ホルダ3を収容し、第1の真空排気
系4に接続された気密容器である。A crystal growth chamber 1 shown in FIG. 1 is an airtight container that houses a substrate holder 3 that supports a substrate 2 and is connected to a first evacuation system 4.
結晶成長室1内にガス供給セル5が基板2と対向するよ
うに配置されている。このガス供給セル5は、第1のパ
ルプ6を有するガス導入路8によってガス源7に接続さ
れる一方、第2のパルプ9を有するガス排出路11によ
って第2の真空排気系10に接続されている。第1の真
空排気系と第2の真空排気系は同じものであってもよい
、また、ガス導入路8とガス排出路11とはパルプ6.
9とガス供給セル5との間の構造が一部共通であっても
よい。A gas supply cell 5 is arranged in the crystal growth chamber 1 so as to face the substrate 2 . This gas supply cell 5 is connected to a gas source 7 by a gas inlet 8 with a first pulp 6, while connected to a second evacuation system 10 by a gas outlet 11 with a second pulp 9. ing. The first evacuation system and the second evacuation system may be the same, and the gas introduction path 8 and the gas exhaust path 11 may be connected to the pulp 6.
Part of the structure between the gas supply cell 9 and the gas supply cell 5 may be common.
第1のパルプ6を閉じるとき、第2のパルプ9が同期し
て開くように制御系12をさらに設けてもよい。A control system 12 may further be provided so that when the first pulp 6 is closed, the second pulp 9 is opened synchronously.
[作用]
従来、カス導入F!@8の第1のパルプ6を閉じると、
その時第1のパルプ6とガス供給セル5の出口との間に
存在するガスは、ガス供給セル5の出口から出ていくし
かなかった。ガス供給セル5の出口と第1の真空排気系
4を結ぶガス流の経路上に基板2が存在するので、ガス
分子が基板2上に堆積することは避は難かった0本発明
のガスソース結晶成長装置によれば、ガス供給セル5を
第2の真空排気系10に接続するガス排出路11がある
ので、このパルプ9を開ければ、ガス供給セルラないし
ガス導入路8の第1のパルプ6よりセル5側の部分に残
留したガスを第2の真空排気系に排出することができる
。このため、残留ガスの排出が速くなる。また、ガス供
給セル5の出口から基板2の方向に向かうガス分子を著
しく減少させることができる。このようにして基板2上
に到達する残留ガスを量的、時間的に減少させることが
でき、急峻な分布を持つ界面を実現することができる。[Effect] Conventionally, waste introduction F! When the first pulp 6 of @8 is closed,
At that time, the gas existing between the first pulp 6 and the outlet of the gas supply cell 5 had no choice but to exit through the outlet of the gas supply cell 5. Since the substrate 2 exists on the path of the gas flow connecting the outlet of the gas supply cell 5 and the first evacuation system 4, it is inevitable that gas molecules will accumulate on the substrate 2. According to the crystal growth apparatus, there is a gas exhaust passage 11 that connects the gas supply cell 5 to the second evacuation system 10, so when this pulp 9 is opened, the gas supply cell or the first pulp of the gas introduction passage 8 is opened. The gas remaining in the portion closer to the cell 5 than the cell 6 can be exhausted to the second vacuum evacuation system. Therefore, the residual gas is discharged quickly. Furthermore, the number of gas molecules directed toward the substrate 2 from the outlet of the gas supply cell 5 can be significantly reduced. In this way, the residual gas reaching the substrate 2 can be reduced quantitatively and temporally, and an interface with a steep distribution can be realized.
さらに、ガス導入路8の第1のパルプ6とカス排出#1
11の第2のパルプ9を同期して制御する制御系を設け
ることにより、ガス供給を遮断すると自動的に残留ガス
を排出するようにすることができる。Furthermore, the first pulp 6 of the gas introduction path 8 and the waste discharge #1
By providing a control system that synchronously controls the eleven second pulps 9, residual gas can be automatically discharged when the gas supply is cut off.
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第3図(A)、、(B)、(C)は本発明の1実施例に
よるガスソース分子線結晶成長装置を示し、(A)は結
晶成長装置の要部全体、(B)、(C)は(A)の装置
に用いる低温用セルと高温用セルを示す。FIGS. 3(A), 3(B), and 3(C) show a gas source molecular beam crystal growth apparatus according to one embodiment of the present invention, in which (A) shows the entire main part of the crystal growth apparatus, (B), C) shows a low-temperature cell and a high-temperature cell used in the device of (A).
結晶成長室1はゲートパルプ18によって真空排気系に
接続された気密容器で形成され、その内部に基板Zを載
置する基板ホルダ3と、基板2を加熱するためのタンタ
ル線等のし−タ14を収容し、さらにガス分子を吸着し
て反射を防ぐ液体窒素冷却のシュラウド17を内壁上に
備えている。The crystal growth chamber 1 is formed of an airtight container connected to an evacuation system by a gate pulp 18, and includes a substrate holder 3 on which the substrate Z is placed and a heater such as a tantalum wire for heating the substrate 2. 14, and is further provided with a liquid nitrogen-cooled shroud 17 on the inner wall, which adsorbs gas molecules and prevents reflection.
図示の装置では結晶成長室1内に4つの分子線源を構成
するガス供給セル5が設けられている。この数は必要に
応じて増減できる。各ガス供給セル5には、第1のパル
プ6を備えたガス導入路8と第2のパルプ9を備えたガ
ス排出路11とが接続されている。In the illustrated apparatus, gas supply cells 5 constituting four molecular beam sources are provided in a crystal growth chamber 1. This number can be increased or decreased as needed. Each gas supply cell 5 is connected to a gas introduction path 8 provided with a first pulp 6 and a gas discharge path 11 provided with a second pulp 9.
第3図(B)、(C)は(A)に示す結晶成長装置のガ
ス供給セルと配管部の2つの構造を示す。FIGS. 3(B) and 3(C) show two structures of the gas supply cell and piping section of the crystal growth apparatus shown in FIG. 3(A).
ガス導入管8の第1のパルプ6よりガス供給セル5側に
、第2のパルプ9を備えたガス排出管11が設けてあり
、このガス排出管11は専用のターボ分子ボングで排気
されている。ガス供給セル5は、開口を有する焼結窒化
硼素(PBN)板25で出口を画定された空間であり、
タンタル線等のし−タ22で加熱されている。ヒータ2
2の外側には熱遮蔽板24が配置され、外部に熱が放射
されるのを防止する。23は結晶成長室1の壁となる真
空フランジである。第3図(C)の高温用セルでは出口
付近に開口の位置をずらせた複数のPBN板2板金5置
し、これらのPBN板を密に巻いたし−タ22が加熱す
る。ガス分子は何度がPBN板2板金5突して基板2に
向かうことになる、衝突の際、PBN板25から熱を受
けとるのでガス分子は高温で分解することになる。A gas exhaust pipe 11 equipped with a second pulp 9 is provided on the side of the gas supply cell 5 from the first pulp 6 of the gas introduction pipe 8, and this gas exhaust pipe 11 is exhausted by a dedicated turbo molecular bong. There is. The gas supply cell 5 is a space whose outlet is defined by a sintered boron nitride (PBN) plate 25 having an opening.
It is heated by a heater 22 such as tantalum wire. Heater 2
A heat shielding plate 24 is disposed on the outside of the housing 2 to prevent heat from being radiated to the outside. 23 is a vacuum flange that becomes the wall of the crystal growth chamber 1. In the high-temperature cell shown in FIG. 3(C), a plurality of PBN plates 2 and metal plates 5 with openings shifted in position are placed near the outlet, and these PBN plates are tightly wound and heated by the heater 22. The gas molecules collide with the PBN plate 2 and the metal plate 5 and head towards the substrate 2. During the collision, the gas molecules receive heat from the PBN plate 25, so the gas molecules decompose at a high temperature.
■−v族化合物半導体の成長においては、例えば■族元
素の原料ガスとしては、TEGやTEAのような有機金
属ガスを用い、V族元素の原料ガスとしては、アルシン
、ホスフィン等の水素化物を用いる。一般に有機金属ガ
スは分解しやすいので第3図(B)の低温用セルで供給
し、水素化物は分解しにくいので第3図(C)の高温用
セルで高温に加熱して分解した後基板に供給する。In the growth of ■-V group compound semiconductors, for example, organometallic gases such as TEG and TEA are used as source gases for group ■ elements, and hydrides such as arsine and phosphine are used as source gases for group V elements. use In general, organometallic gases are easily decomposed, so they are supplied using the low-temperature cell shown in Figure 3 (B), and hydrides are difficult to decompose, so they are heated to a high temperature and decomposed in the high-temperature cell shown in Figure 3 (C), and then the substrate is supplied. supply to.
ガス排出管11の第2のパルプ9は、ガス導入管8の第
1のパルプ6と開閉を同期させ、第2のパルプ9が開の
時は、自動的に第1のパルプ6が閉、第2のパルプ9が
閉の時は、自動的に第1のパルプ6が開となるように同
期制御系を設けてもよい。The second pulp 9 of the gas discharge pipe 11 synchronizes opening and closing with the first pulp 6 of the gas introduction pipe 8, and when the second pulp 9 is open, the first pulp 6 is automatically closed. A synchronous control system may be provided so that when the second pulp 9 is closed, the first pulp 6 is automatically opened.
このようなガス供給セルを用いて、例えば、アルシン(
八5H3)、)−リエチルガリウム(TEG)トリエチ
ルアルミニウム(TBA)を原料ガスとして使ってGa
AS/ A I GaAsヘテロ接合を形成する場合、
ガス導入管8および第1のパルプ6を介してガス供給セ
ル5内にこれらのガスを導入する。Using such a gas supply cell, for example, arsine (
85H3),)-ethylgallium (TEG) Ga
When forming an AS/AI GaAs heterojunction,
These gases are introduced into the gas supply cell 5 via the gas introduction pipe 8 and the first pulp 6.
アルシンには第3図(C)に示す高温用セルを用い、T
EG、TEAには第3図(B)に示す低温用セルを用い
る。3つのガス供給セルから分子線を供給し、GaAs
層の成長に移る時には、TEA用ガス供給セルのガス導
入管のパルプ6を閉にし、同時にガス排出管のパルプ9
を開にする。TEA用のガス供給セル内に残留している
TEAガスはガス排出管11を通して排気される。For arsine, use the high temperature cell shown in Figure 3 (C),
A low temperature cell shown in FIG. 3(B) is used for EG and TEA. Molecular beams are supplied from three gas supply cells, and GaAs
When moving on to layer growth, close the pulp 6 of the gas inlet pipe of the TEA gas supply cell, and at the same time close the pulp 9 of the gas exhaust pipe.
Open. The TEA gas remaining in the TEA gas supply cell is exhausted through the gas exhaust pipe 11.
第3図(A)、(B)、(C)に示すガスソース分子線
結晶成長装置を使用し、アルシン、TEG、TEAを導
入してGaAs基板上にAlGaAs層を成長する具体
例を説明する。基板温度は600℃とする。AlGaA
s層を約0.5μm成長した後、TEA用の分子線源セ
ルのガス導入管のパルプ6を閉じ、同時にガス排出管の
パルプ9を開けることによって、AlGaAs層の成長
を終わり、GaAs層の成長を開始する。GaAs層は
約0.1μm成長する。このようにして、成長した^1
GaAs/ GaAsヘテロ構造の界面の急峻性は、ス
パッタオージェ(AES>によるA1元素の深さ方向プ
ロファイルで調べることができる。従来のガス導入管の
開閉パルプ6だけを使って、同様に成分を制御して成長
したAlGaAs層 GaAsヘテロ構造と比較すれば
、上述の成長プロセスによる結晶においてはA1元素の
深さ方向プロファイルの急峻性は約5人となり、従来の
ものと比べて約半分となる。急峻なヘテロ結晶成長層の
形成に有効であることが判る。A specific example of growing an AlGaAs layer on a GaAs substrate by introducing arsine, TEG, and TEA using the gas source molecular beam crystal growth apparatus shown in FIGS. 3(A), (B), and (C) will be explained. . The substrate temperature is 600°C. AlGaA
After growing the s-layer to a thickness of about 0.5 μm, the pulp 6 of the gas introduction tube of the molecular beam source cell for TEA is closed and the pulp 9 of the gas exhaust tube is simultaneously opened to finish the growth of the AlGaAs layer and to remove the GaAs layer. Start growing. The GaAs layer grows approximately 0.1 μm. This is how I grew up ^1
The steepness of the interface of the GaAs/GaAs heterostructure can be investigated by the depth profile of the A1 element by sputter Auger (AES).The composition can be similarly controlled using only the opening/closing pulp 6 of the conventional gas introduction tube. Compared to a GaAs heterostructure, the steepness of the depth profile of the A1 element in the crystal produced by the above growth process is about 5, which is about half that of the conventional one. It can be seen that this method is effective in forming a heterocrystalline growth layer.
上記は■族元素の分子線を閉じる場合の実施例で説明し
たが、ジシラン(Si2H6)のようなドーパント用の
ガスのための分子線源セルを使用することによって急峻
なドーピングプロファイルを持つ結晶が成長できること
はもちろんである。ジシランの場合には第3図(C)の
高温用セルが使われる。The above example was explained in the case of closing the molecular beam of group Ⅰ elements, but by using a molecular beam source cell for a dopant gas such as disilane (Si2H6), a crystal with a steep doping profile can be created. Of course you can grow. In the case of disilane, the high temperature cell shown in FIG. 3(C) is used.
第4図(A)、(B)に本発明の他の実施例を示す、第
4図(A)において、ガス′a7からのガスはマスフロ
ーメータ32で一定の流量に制御され、ガス導入f#I
8に供給される。マスフローメータ32と結晶成長室1
内のガス供給セル5との間には第1の開閉パルプ6が配
置されてガス流をオンオフ制御している。第1の開閉パ
ルプ6が閉じられる時、第2の開閉パルプ9と第3の開
閉パルプ34が開かれる。第2の開閉パルプ9は、第1
の開閉パルプ6とガス供給セル5との間でガス導入路に
接続された第1ガス排出路11に設けられている。第1
の開閉パルプ6を閉じ、第2の開閉パルプ9を開けるこ
とによりガス供給セル5内の残留ガスを第1のガス排出
路11を介して真空排気できる。FIGS. 4(A) and 4(B) show other embodiments of the present invention. In FIG. 4(A), the gas from gas 'a7 is controlled to a constant flow rate by a mass flow meter 32, and the gas introduced f #I
8. Mass flow meter 32 and crystal growth chamber 1
A first opening/closing pulp 6 is arranged between the inner gas supply cell 5 and the gas supply cell 5 to control on/off of the gas flow. When the first opening/closing pulp 6 is closed, the second opening/closing pulp 9 and the third opening/closing pulp 34 are opened. The second opening/closing pulp 9
The first gas discharge passage 11 is connected to the gas introduction passage between the openable pulp 6 and the gas supply cell 5. 1st
By closing the opening/closing pulp 6 and opening the second opening/closing pulp 9, the residual gas in the gas supply cell 5 can be evacuated through the first gas exhaust path 11.
また、第3の開閉パルプ34は第2のガス排出路36に
設けられている。第2のガス排出路36は第1の開閉パ
ルプ6とマスフローメータ32との間でガス導入路8に
接続され、他端を排気系に接続されている。第1の開閉
パルプ6が閉じる時、第3の開閉パルプ34が開けられ
、マスフローメータ32からのガス流をバイパスさせる
。Further, the third open/close pulp 34 is provided in the second gas exhaust path 36. The second gas exhaust path 36 is connected to the gas introduction path 8 between the first openable pulp 6 and the mass flow meter 32, and the other end is connected to the exhaust system. When the first switching pulp 6 closes, the third switching pulp 34 is opened, bypassing the gas flow from the mass flow meter 32.
これら3つの開閉パルプ6.9.34は同期制御系38
によって同期して制御されている。すなわち、マスフロ
ーメータ32から供給されるガス流はガス導入路8か第
2のガス排出路36かのどちらかに送られ、結晶成長装
置1内のガス供給セル5はガス導入路8から原料ガスを
供給されるか、第1のガス排出路11によって排気され
る。These three opening/closing pulps 6.9.34 are controlled by the synchronous control system 38
synchronously controlled by. That is, the gas flow supplied from the mass flow meter 32 is sent to either the gas introduction path 8 or the second gas exhaust path 36, and the gas supply cell 5 in the crystal growth apparatus 1 receives the source gas from the gas introduction path 8. is supplied or exhausted through the first gas exhaust path 11.
このようなパルプ群6.9.34は第4図(B)に示す
ような4方ロパルプによって構成できる。Such a pulp group 6.9.34 can be constituted by a four-sided pulp as shown in FIG. 4(B).
第4図(B)において、A、B、C,Dが4つのボート
を示し、41.42.43がベローズパルプを示す。ボ
ートAをガス供給セル側に、ボートBをガス源側に、ボ
ートCとボートDとは排気系に接続する。パルプ41.
42を閉じた時、超高真空になる結晶成長室1に向かう
面にはベローズは表れない。In FIG. 4(B), A, B, C, and D represent four boats, and 41, 42, and 43 represent bellows pulp. Boat A is connected to the gas supply cell side, boat B is connected to the gas source side, and boats C and D are connected to the exhaust system. Pulp 41.
When the chamber 42 is closed, no bellows appear on the surface facing the crystal growth chamber 1, which is in an ultra-high vacuum.
このような4方ロパルプを、電磁的力やエア等の流体的
力によって制御してらよい。Such a four-way pulp may be controlled by electromagnetic force or fluid force such as air.
第5図(A>、(B)はエアシリンダ弁によって駆動す
る4方ロパルプを示し、(A)が平面図を、(B)がV
B−VB’線に沿う断面を示す。Figure 5 (A>, (B) shows a four-way pulp driven by an air cylinder valve, where (A) is a top view and (B) is a V
A cross section taken along the line B-VB' is shown.
第5図(A)において、A、B、(、Dが4方口を構成
する4つのボートであり、エアシリンダ弁44.45.
46がエアで3つのパルプを操作する駆動源である。In FIG. 5(A), A, B, (, D are four boats forming four ports, and air cylinder valves 44, 45.
46 is a drive source that operates the three pulps with air.
第5図(B)の断面図において、エアシリンダ弁44.
45.46は矢印で示すようなエア流を受けてその駆動
シリング47.48.49を移動させ、これらの駆動シ
リング47.48.49によってベローズパルプ41.
42.43が操作される1分岐A’ B’はボートA
、ボートBに向かう流路の入口である。3つのエア流を
同期制御することにより、第5図(A)、(B)の4方
ロパルプを同期制御することができる。In the cross-sectional view of FIG. 5(B), air cylinder valve 44.
45, 46 move their driving sills 47, 48, 49 in response to the air flow shown by the arrows, and these driving sills 47, 48, 49 move the bellows pulp 41.
42. 1 branch A'B' where 43 is operated is boat A
, is the entrance of the channel toward boat B. By synchronously controlling the three air flows, the four-way pulps shown in FIGS. 5(A) and 5(B) can be synchronously controlled.
以上実施例に沿って、本発明を説明したか、これら実施
例は同等制限的意味を持つものではない。Although the present invention has been described in accordance with the embodiments above, these embodiments are not intended to have an equivalent and restrictive meaning.
本発明の範囲内で種々の変更、修正、組み合わせ等がで
きることは当業者に自明であろう。It will be obvious to those skilled in the art that various changes, modifications, combinations, etc. can be made within the scope of the present invention.
「発明の効果」
以上説明したように、本発明によれば、ガス供給セルを
直接排気できるので、ガス供給セル内等の残留ガスを速
やかに排出でき、基板上に供給する原料ガスの組成を速
やかに変更できる。"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, since the gas supply cell can be directly evacuated, the residual gas in the gas supply cell etc. can be quickly discharged, and the composition of the raw material gas supplied onto the substrate can be changed. Can be changed quickly.
パルプを同期制御する場合は、自動的に遮断したガスの
排出が行える。When controlling pulp synchronously, the gas that has been shut off can be automatically discharged.
原料ガス組成の速やかな切換えにより、急峻なプロファ
イルを持つヘテロ接合やρn接合等の界面構造を実現で
きる。By quickly switching the raw material gas composition, interface structures such as heterojunctions and ρn junctions with steep profiles can be realized.
プ系を示す線区、
第5図(A)、(B)は、第4図(A)、(B)に示す
本発明の実施例に用いることのできるパルプの例を示し
、(A)が平面図、(B)が断面図である。Figures 5 (A) and (B) show examples of pulp that can be used in the embodiments of the present invention shown in Figures 4 (A) and (B). is a plan view, and (B) is a cross-sectional view.
図において、In the figure,
第1図は本発明の原理説明図、
第2図(A)、(B)、(C)は従来のガスソース分子
線結晶成長装置を示し、(A>が全体の断面図、CB>
、(C)が低温用および高温用のガス供給セル部の断面
図、
第3図(A)、(B)、(C)は本発明の1実施例によ
るガスソース分子線結晶成長装置を示し、(A)が全体
の断面図、(B)、(C)が低温用および高温用のガス
供給セル部の断面図、第4図(A)、(B)は本発明の
他の実施例を示し、(A)が要部のブロック図、(B)
がパル結晶成長室
基板
基板ホルダ
第1の真空排気系
ガス供給セル
第1のパルプ
ガス源
ガス導入路
第2のパルプ
第2の真空排気系
ガス排出路
同期制御系
41.42゜
44、 45
A、 B、 C
47、48
ヒータ
シュラウド
ゲートパルプ
ヒータ
フランジ
熱遮蔽板
PBN板
第3のパルプ
第2のガス排出路
43 ベローズパルプ
46 エアシリンダ弁
D ボート
49 駆動シリンダ
結晶成長室
基板
基板ホルダ
ヒータ
分子線源セル
パルプ
シュラウド
第1図
ゲートパルプ
ガス導入管
ヒータ
真空フランジ
熱遮蔽板
PBN板
熱クラッキング部
(A>全体図
(B)低温用セル
(C)高温用セル
bも
従来のガスソース分子嬢結晶成長装置
第2図
第3図(その1)
第3図(その2)
(A)要部
(B>パルプ系FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention. FIGS. 2 (A), (B), and (C) show a conventional gas source molecular beam crystal growth apparatus, where (A> is an overall cross-sectional view, and CB>
, (C) is a sectional view of a gas supply cell section for low temperature and high temperature, and FIGS. 3(A), (B), and (C) show a gas source molecular beam crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention. , (A) is a cross-sectional view of the whole, (B) and (C) are cross-sectional views of the gas supply cell parts for low temperature and high temperature, and FIGS. 4 (A) and (B) are other embodiments of the present invention. (A) is a block diagram of the main part, (B)
Pal crystal growth chamber Substrate substrate holder First evacuation system Gas supply cell First pulp gas source Gas introduction path Second pulp Second evacuation system Gas exhaust path Synchronous control system 41.42° 44, 45 A, B, C 47, 48 Heater shroud Gate Pulp heater flange Heat shield plate PBN plate Third pulp Second gas exhaust path 43 Bellows pulp 46 Air cylinder valve D Boat 49 Drive cylinder Crystal growth chamber Substrate substrate holder Heater Molecular beam source Cell pulp Shroud Figure 1 Gate Pulp gas inlet pipe Heater Vacuum flange Heat shield plate PBN plate Thermal cracking section (A> Overall view (B) Low temperature cell (C) High temperature cell B is also a conventional gas source molecular crystal growth apparatus No. 2 Figure 3 (Part 1) Figure 3 (Part 2) (A) Main part (B > Pulp system
Claims (1)
るためのガスソース結晶成長装置において、第1の真空
排気系(4)に接続されて低圧雰囲気中で基板(2)上
に結晶を成長させるため、基板(2)を載置するための
基板ホルダ(3)を収容する気密な結晶成長室(1)と
、 結晶成長用原料ガスを前記基板ホルダ(3)に向けて供
給するため、前記結晶成長室(1)内に配置されたガス
供給セル(5)と、 前記ガス供給セル(5)をガス源(7)に制御可能に接
続するため、第1のパルプ(6)を備えて前記ガス供給
セル(5)に接続されたガス導入路(8)と、 前記ガス供給セル(5)を第2の真空排気系(10)に
制御可能に接続するため、第2のパルプ(9)を備えて
前記ガス供給セル(5)に接続されたガス排出路(11
)と を有するガスソース結晶成長装置。(1) In a gas source crystal growth apparatus for growing crystals from a gas source in a low pressure atmosphere, the first vacuum evacuation system (4) is connected to grow crystals on a substrate (2) in a low pressure atmosphere. an airtight crystal growth chamber (1) that accommodates a substrate holder (3) on which a substrate (2) is placed; a gas supply cell (5) disposed within the crystal growth chamber (1); and a first pulp (6) for controllably connecting the gas supply cell (5) to a gas source (7). a gas introduction path (8) connected to the gas supply cell (5) by means of a second pulp (10) for controllably connecting the gas supply cell (5) to a second evacuation system (10); 9) and connected to the gas supply cell (5).
) and a gas source crystal growth apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041231A JP2773772B2 (en) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | Crystal growth equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041231A JP2773772B2 (en) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | Crystal growth equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221191A true JPH02221191A (en) | 1990-09-04 |
| JP2773772B2 JP2773772B2 (en) | 1998-07-09 |
Family
ID=12602635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1041231A Expired - Lifetime JP2773772B2 (en) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | Crystal growth equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773772B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001044128A (en) * | 1999-05-10 | 2001-02-16 | Sumitomo Chem Co Ltd | Semiconductor manufacturing apparatus member, semiconductor manufacturing apparatus, group 3-5 compound semiconductor, and light emitting device using the same |
Citations (3)
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-
1989
- 1989-02-20 JP JP1041231A patent/JP2773772B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2773772B2 (en) | 1998-07-09 |
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