JPH02293393A - ホットウォールエピタキシャル成長装置 - 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】 〔概　要〕 〔崖業上の利用分野〕 本発明はホットウォールエピタキシャル成長装置に係り
、特に大量のソース材料が一度に収容できてエピタキシ
ャル成長時のソース材料の減少が少なくて済み、ソース
材料の蒸発成分が他のソース材料内に逆流するのを防止
したホントウオールエピタキシャル成長装置に関する。

ホットウォールエピタキシャル成長装置は、鉛テルル（
ＰｂＴｅ）や、鉛・錫・テルル（ＰｂＳｎＴｅ）等の■
■族の化合物半導体結晶や、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）
に代表されるＩ［［−Ｖ族化合物半導体結晶や、カドミ
ウムテルル（ＣｄＴｅ）等のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体
結晶を用いた光デバイスの形成、および集積回路の結晶
製造技術として確立しつつある。

このホットウォールエピタキシャル成長装置は高真空に
排気された室内に、形成すべき化合物半導体結晶のソー
ス材料を収容し、かつ側壁が加熱されたソース坩堝を複
数個配設し、該坩堝の開口部にエピタキシャル層を形成
する基板を設置し、その坩堝内の蒸発した成分を、基板
にエピタキシャル層として付着させるようにしている。

そのため、閉管型気相成長方法と類似しており、ソース
材料の蒸発した成分がホットウォールの側壁に衝突しな
がら基板上に到達するため、熱平衡に近い状態でエピタ
キシャル成長でき、形成される結晶層内に偏析を発生し
ない均一な組成、および均一なキャリア濃度の薄層状態
の結晶が得られる。

〔従来の技術〕

第５図は従来のホットウォールエピタキシャル成長装置
の説明図で、鉛テルル（ＰｂＴｅ）の基板上に鉛・ユー
ロピウム・テルル（ｐｂ＋−）Ｉ　Ｅｕｘ　Ｔｅ）のエ
ピタキシャル層を形成する装置である。

図示するように１０−７ｔｏｒｒ程度の高真空に排気さ
れた真空室１内には、二重管からなる坩堝２が設置され
、この坩堝２の上部にはエピタキシャル成長用基板３を
保持し、この基板を加熱するヒータ４ａを内蔵した基板
設置台５が設けられている。

坩堝２は有底の内筒２−１と、この内筒の上部を収容し
た外筒２−２とから形成されている。更に外筒２−２の
内部は階段状を呈して底部が２Ａ，２Ｂのように二箇所
形成されており、そのうちの一方の底部２Ｂより上部に
延びる仕切り板６が設けられ、この有底の内筒２−１の
底部にはテルル（Ｔｅ）よりなるソース７が収容され、
仕切り板６で仕切られた外筒２−２の片方の底部にはユ
ーロピウム（Ｅｕ）よりなるソース８が収容され、仕切
り板６で仕切られた外筒２−２の片方にはＰｂＴｅより
なるソース９が収容されている。

また内筒２−１の外壁にはヒータ４ｂが、外筒２−２の
外壁には二つのヒータ４ｃ，４ｄが設置されている。

この坩堝２は一般に石英管が用いられているが、必ずし
も石英管に限られるものではない。

このような坩堝２の外筒２−２の底部にソースとしての
ユーロピウム（　Ｅｕ）８を、また内筒２−１の底部に
はリザーバとしてのテルル（Ｔｅ）　７を、また前記仕
切り板６と外筒の内壁で形成される底部にはソースとし
てのＰｂＴｅ　９を収容する。

そして基板３、ＰｂＴｅソース９、Ｅｕソース８および
リザーバのＴｅ７をヒータ４ａ，　４ｄ，　４ｃ，　４
ｂでそれぞれ適当な温度に加熱することで、基板３上に
ＰｂＥｕＴｅのエピタキシャル層を形成していた。

このようにＴｅ７をリザーハとして用いるのは、Ｔｅは
易蒸発性のソースであるため、失われ易く、また結晶内
に成分として採り入れ難いのでリザーハとして設け、ソ
ースの供給量を多く保っている。

？発明が解決しようとする課題〕 然し、上記した従来構造の坩堝２を用い、同一条件でｐ
ｂ．■Ｅｕｘ　Ｔｅの結晶を成長した場合に於いて、成
長回数を重ねるごとに成長速度が低下したり、Ｘ値が次
第に変化する不都合が生じた。この理由は成長回数を重
ねる毎にソースとしてのＰｂＴｅやＥｕやＴｅの減少量
が多いためであると考えられる。

また坩堝２の外筒と内筒とが近接しており、そのためＩ
ｌ！ｕソース８より蒸発したＥｕの蒸発成分がｐｂＴｅ
のソース９の表面に到達して反応することでＥｕＴｅが
形成され、ＰｂＴｅのソース９の表面がＥｕＴｅで覆わ
れるためと考えられる。このＥｕＴｅの蒸気圧はｐｂＴ
ｅの蒸気圧に対して極端に蒸気圧が低いため、一旦Ｐｂ
Ｔｅの表面がＥｕＴｅで覆われると容易にＥｕＴｅは除
去できず、そのためＰｂＴｅの蒸発量が減少して成長速
度が低下したり、所望の組成のＰｂ＋−ｘ　ＥｕＸＴｅ
のエピタキシャル層が得られない不都合を生じる。

そのため、エピタキシャル層を成長する毎にソース８と
ソース９とを、新しいソースと交換しなければ成らない
不都合が有り、そのため、ソースを交換すると新たに真
空室内を高真空に排気する必要が生じ、作業効率が低下
する問題を生じた。

本発明は上記した問題点を除去し、ソース材料が一度に
大量に供給でき、かつ上記したソースの蒸発成分が他の
ソース内に逆流しないようにしたホットウォールエピタ
キシャル成長装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明のホットウオールエピ
タキシャル成長装置は、第１図の原理図に示すように、
エピタキシャル成長用基板３の直下の坩堝１２を、エピ
タキシャル成長用のソース材料を収容した複数のソース
坩堝１３Ａ．１３Ｂと接続管１４で接続するとともに、
前記接続管１４とソース坩堝１３Ａ，　１３Ｂとの接続
領域、前記接続管１４とエピタキシャル成長用基板直下
の坩堝１２との接続領域にソース坩堝より蒸発したエピ
タキシャル成長用ガスの逆流防止手段１５を設けたこと
で構成する．〔作　用］ 本発明のホットウォールエピタキシャル成長装置は、第
１図に示すようにエピタキシャル成長用基板が設置され
ている坩堝、つまりエピタキシャル成長用基板直下の坩
堝ｌ２に、所定の寸法の接続管１４を用いてエピタキシ
ャル成長用のソース材料を収容したソース坩堝１３Ａ，
　１３Ｂが接続され、ソース坩堝１３Ａ，１３Ｂ間の距
離が隔たっているため、各ソースの蒸発成分が相互に混
合する度合いが少なくなる。

また各ソース坩堝を加熱するヒータの温度が相互に影響
することが少なくなるので、所望の温度で各ソース坩堝
を加熱することができる。

またソース坩堝を独立に設けたことにより、従来より多
量にソースを収容できるため、最初に充填されたソース
の量に対するソースの減少比率が少なく成る。その結果
、数十回のエピタキシャル成長の繰り返し後でも、形成
されるエピタキシャル層の成長速度および組成に変動を
きたさない。

また基板直下の坩堝と接続管との接続領域、ソース材料
を収容したソース坩堝と接続管との接続領域にソース材
料より蒸発したエピタキシャル成長用ガスの逆流防止手
段を設けているので各ソースの藤発成分が逆流すること
がなくなる。

更に他のソースの蒸発成分が、他のソースの表面に飛来
して他のソースの上に飛来したソース成分の被膜を形成
することも無い。

この逆流防止手段は本発明者等が特願昭６４−５３６９
８４号に於いて既に出願しており、第１図を拡大した第
２図（ａ）と第２図（ｂ）に示すように、ガス接続管１
４とソース坩堝１３Ａ，　１３Ｂとの接続領域１４八、
ガス接続管１４と基板直下の坩堝１２との接続領域１４
Ｂを如く細く絞って微細な開口部２１を設け、この開口
部２１が球の中心０と成るようにして、矢印Ａに示すガ
スの移動方向側に向かって凸状の半球状の石英板よりな
る逆流防止千段１５を設置する。するとガスの移動方向
側と反対側より逆流するガスは石英板の中心部に当たっ
て反射し、また矢印Ａ方向より流れるガスは間隙２２を
通過して石英板に当たって反射して外部へ流出するよう
になる。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の実施例につき詳細に説
明する。

第３図は本発明のホットウォールエピタキシャル成長装
置の一実施例の要部説明図である。

図示するように、本発明の装置はエピタキシャル成長用
基板３が設置される坩堝、即ち基板直下の坩堝１２に所
定の寸法に延びた接続管１４が接続され、この接続管１
４に接続してＥｕのソースを収容するソース坩堝１３Ａ
　，　ＰｂＴｅのソースを収容するソース坩堝１３Ｂ　
，　Ｔｅのソースを収容するソース坩堝１３Ｃがそれぞ
れ接続されている． またソース坩堝１３八と接続管ｌ４との接続領域１４Ａ
，基板直下の坩堝１２と接続管１４との接続領域１４Ｂ
、基板直下の坩堝１２と接続管１４との接続領域１４ｃ
、ソース坩堝１３Ｂと接続管１４との接続領域１４Ｄ、
基板直下の坩堝１２と接続管ｌ４との接続領域１４Ｅ　
、接続管１４とソース坩堝１３Ｃとの接続領域１４Ｆに
それぞれ逆流防止用の石英板１５を設ける。

また図示しないが、上記ソース坩堝１３＾．　１３８，
　１３６の各々はソース材料が供給できるような擦り合
わせの石英蓋を設ける。

また前記ソース坩堝１３Ａ，　１３Ｂ，　１３Ｃの周囲
、および接続管１４の周囲にヒータ２３を設ける。

また図示しないが、これらのソース坩堝１３Ａ．　１３
Ｂ，１３Ｃやエピタキシャル成長用基仮３を設置する基
板設置台５等は総て前記した第５図に示した真空室内に
設置する。

このような装置の真空室内を１０−’ｔｏｒｒ程度の真
空度に成る迄排気した後、Ｅｕソース坩堝１３Ａの温度
が５４０゜Ｃ，ＰｂＴｅのソース坩堝１３Ｂの温度が５
６０℃、Ｔｅのソース坩堝１３Ｃの温度が４００゜Ｃと
し、接続領域１４Ｂの温度が５００゜Ｃ、接続領域１４
Ｃの温度が５４０″Ｃ１接続領域１４Ｅの温度がを３０
０″Ｃになるようにヒータ２３により加熱する。そして
基板３の温度を３００　’Ｃに保った状態で、前記基板
上にＰｂＥｕＴｅのエピタキシャル結晶を成長ずる。

このような装置によれば、各ソース坩堝１３Ａ，１３Ｂ
，１３Ｃの間の距離が隔たっているため、各ソース坩堝
１３Ａ．　１３Ｂ，　１３Ｃより蒸発したソースの蒸発
成分が相互に混合することが無く、また或るソースの１
発成分が他のソースの材料に混入することがない。

また各ガス接続管とソース坩堝との接続領域、基板直下
の坩堝とガス接続管との各接続領域には逆流防止手段が
設置されているため、各ソースより蒸発したガスが逆流
することがない。

尚、本実施例の他に逆流防止機構としては第４図に示す
ように、接続管ｌ４の内部に石英板よりなる邪魔板２４
を一枚づつ互い違いに接続管１４の内壁に対して隙間を
持たせるようにはめこんで形成しても良い。

以上述べたように本発明の装置によれば、エピタキシャ
ル成長用ソースの蒸発成分が相互に混合せず、またソー
ス材料が一度に大量に供給できるため、エピタキシャル
成長の回数を重ねても組成の変動しない高品質のエピタ
キシャル層が得られる。

ちなみに本実施例の装置を用いて、エピタキシャル層を
形成したところ、ソースを交換してから数１０回のエピ
タキシャル成長工程を行っても、組成変動が無い結晶性
の良好な、かつエピタキシャル層の膜厚の安定したエピ
タキシャル層が得られた。

〔発明の効果］ 以上述べたように本発明の装置によれば、一度に大量の
エピタキシャル成長用ソース材料を坩堝に供給できるた
め、エピタキシャル成長を重ねても組成変動の少ないエ
ピタキシャル結晶が得られる。また各々のソース坩堝と
供給管との接続領域には逆流防止機構が設置されている
ため、異種ソースの蒸発成分が他のソース内に逆流する
現象が防止されるため、組成の安定した結晶性の良好な
エピタキシャル層が容易に形成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理図、 第２図（ａ）および第２図（ｂ）は本発明の装置の要部
説明図、 第３図は本発明の一実施例の説明図、 第４図は逆流防止機構の他の実施例の説明図、第５図は
従来の装置の説明図である。 図に於いて、 ３はエピタキシャル成長用基板、１２は基板直下の坩堝
、１３Ａ，　１３Ｂ，　１３Ｃはソース坩堝、１４はガ
ス接続管、１４Ａ，　１４Ｂ，　１４Ｃ，　１４０，　
１４Ｅ，　１４Ｆは接続領域、１５は逆流防止千段（石
英板）、２１は開口部、２２は間隙、２３はヒータ、２
４は邪魔板を示す。 不発萌ｊ茗償〉Ｉ閑理の 第　１　図 滞完朗の暮ｔの娑帥政胡図 レ１ミ〉−２≦Ｅフ月ヵー失ラ日ミ已イＩＪ，ｌｌ声ｚ
ａｇａコ第３図 ！　３，ｔ　７５，ＴｉｊｌＪ１１イっ４ｔｒ　Ｋｍ例
ｔｙ＋　Ｔｉｔ　ａＪｑ図第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　真空室（１）と、該真空室内に設置され、上部が開放
   で側壁にヒータを備えた坩堝（１２）と、該坩堝上にエ
   ピタキシャル成長用基板（３）を設置する基板設置台と
   を有する装置に於いて、 前記坩堝（１２）をエピタキシャル成長用のソース材料
   を収容した複数のソース坩堝（１３Ａ、１３Ｂ）と接続
   管（１４）で接続するとともに、前記接続管とソース坩
   堝との接続領域（１４Ａ）、前記接続管とエピタキシャ
   ル成長用基板直下の坩堝との接続領域（１４Ｂ）に前記
   ソース坩堝より蒸発したエピタキシャル成長用ガスの逆
   流防止手段（１５）を設けたことを特徴とするホットウ
   ォールエピタキシャル成長装置。