JPH04155918A - 半導体成長装置 - Google Patents
半導体成長装置Info
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- JPH04155918A JPH04155918A JP28163090A JP28163090A JPH04155918A JP H04155918 A JPH04155918 A JP H04155918A JP 28163090 A JP28163090 A JP 28163090A JP 28163090 A JP28163090 A JP 28163090A JP H04155918 A JPH04155918 A JP H04155918A
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- growth
- reaction chamber
- gas
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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。
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〕
半導体を気相成長させるだの装置に関し。
急峻なヘテロ界面を有する半導体層をMOVPE法によ
って成長可能とすることを目的とし。
って成長可能とすることを目的とし。
上下の内壁が互いに水平且つ平行に設けられて成る反応
室と、基板を、その成長面を下方に向けて該反応室内中
央に支持する基板支持手段と、該基板の成長面に対向し
且つ該反応室の下方から鉛直方向上方に成長原料ガスを
導入するように設けられたガス導入口と、該反応室内に
導入された前記成長原料ガスを該基板表面に対して平行
な方向に排出するために設けられた排気口とを備えるよ
うに構成する。
室と、基板を、その成長面を下方に向けて該反応室内中
央に支持する基板支持手段と、該基板の成長面に対向し
且つ該反応室の下方から鉛直方向上方に成長原料ガスを
導入するように設けられたガス導入口と、該反応室内に
導入された前記成長原料ガスを該基板表面に対して平行
な方向に排出するために設けられた排気口とを備えるよ
うに構成する。
本発明は、半導体を気相成長させるための装置とくに有
機金属気相成長(Metal−Organic Vap
orPhase Epitaxy; MOVPE)法の
実施に適した装置に関する。
機金属気相成長(Metal−Organic Vap
orPhase Epitaxy; MOVPE)法の
実施に適した装置に関する。
半導体レーザやHEMT(High Electron
MobilityTransistor)と呼ばれる
高速トランジスタ等のような、バンドギャップの異なる
半導体層を積層して成る量子井戸構造を利用した半導体
装置が実用化されている。一般に、これらの半導体層は
GaAsやInPをはじめとする化合物半導体から成り
、量子井戸を構成するヘテロ界面か急峻であることか素
子特性上からみて望ましい。
MobilityTransistor)と呼ばれる
高速トランジスタ等のような、バンドギャップの異なる
半導体層を積層して成る量子井戸構造を利用した半導体
装置が実用化されている。一般に、これらの半導体層は
GaAsやInPをはじめとする化合物半導体から成り
、量子井戸を構成するヘテロ界面か急峻であることか素
子特性上からみて望ましい。
一方、上記のようなヘテロ界面を構成する化合物半導体
の成長法としては、有機金属化合物を成長原料ガスとし
て用いるMOVPE法が有望視されている。これは、成
長可能な化合物半導体の種類の多様性や大面積の基板全
面に厚さや組成が均一な結晶を成長可能であり、量産性
の点でMOVPE法が優れているためである。
の成長法としては、有機金属化合物を成長原料ガスとし
て用いるMOVPE法が有望視されている。これは、成
長可能な化合物半導体の種類の多様性や大面積の基板全
面に厚さや組成が均一な結晶を成長可能であり、量産性
の点でMOVPE法が優れているためである。
一方、急峻なヘテロ界面を有する半導体層を成長させる
ためには、成長室内部における成長原料ガスの切り替え
を急速に行うことか必要であり。
ためには、成長室内部における成長原料ガスの切り替え
を急速に行うことか必要であり。
また、成長室の壁面に付着した。原料ガスの熱分解生成
物が剥離して生じた塵埃による汚染から基板表面を保護
することが必要である。
物が剥離して生じた塵埃による汚染から基板表面を保護
することが必要である。
第6図は従来のMOVPE装置の構造の一例を示し。
反応室1内には2例えば、 GaAs結晶等から成る基
板7が、グラファイトから成る基板支持体4上に載置さ
れており、基板支持体4を高周波コイル6によって誘導
加熱して基板7を所定温度に保持する。そして9図示し
ない排気系に接続された排気口3を通じて反応室1内を
排気しながら、ガス導入口2から成長原料ガスを導入し
9反応室1内を所定圧力に維持することにより、基板7
上に所望の半導体を成長させる。なお9図において、符
号5は基板支持体4を回転させるための回転軸である。
板7が、グラファイトから成る基板支持体4上に載置さ
れており、基板支持体4を高周波コイル6によって誘導
加熱して基板7を所定温度に保持する。そして9図示し
ない排気系に接続された排気口3を通じて反応室1内を
排気しながら、ガス導入口2から成長原料ガスを導入し
9反応室1内を所定圧力に維持することにより、基板7
上に所望の半導体を成長させる。なお9図において、符
号5は基板支持体4を回転させるための回転軸である。
第6図の装置では9反応室1の上方から導入された成長
原料ガス8は、基板7に向かって下方に流れ1例えば6
00〜700℃に加熱された基板7の近傍で分解し、そ
の一部がガスの流れと拡散によって基板7表面に到達し
て半導体の成長に与かる。
原料ガス8は、基板7に向かって下方に流れ1例えば6
00〜700℃に加熱された基板7の近傍で分解し、そ
の一部がガスの流れと拡散によって基板7表面に到達し
て半導体の成長に与かる。
残りの分解ガスは、未分解の成長原料ガスとともに、排
気口3から反応室l外へ排出されるのであるが、基板7
の近傍で温度上昇した分解ガスの−1部が、熱対流によ
って反応室lの上方に巻き上げられる現象が生じていた
。この熱対流は、基板7上方に強い渦流8□を発生し、
成長原料ガスが、その導入を停止したのちも、長時間に
わたって反応室1内に残留する原因となる。その結果、
急峻なヘテロ界面を形成する妨げとなっていた。
気口3から反応室l外へ排出されるのであるが、基板7
の近傍で温度上昇した分解ガスの−1部が、熱対流によ
って反応室lの上方に巻き上げられる現象が生じていた
。この熱対流は、基板7上方に強い渦流8□を発生し、
成長原料ガスが、その導入を停止したのちも、長時間に
わたって反応室1内に残留する原因となる。その結果、
急峻なヘテロ界面を形成する妨げとなっていた。
なお、異なる半導体を成長させるために成長原料ガスの
切り替えを行う際には9例えば■−v族化合物半導体の
場合には1通常、■族の成長原料ガスが先に導入される
のであるが、上記のような渦流81による残留ガスを除
去するために、後続する成長におけるV族の成長原料ガ
スを長時間流すのは好ましくない。これは、基板7がこ
のような雰囲気に長時間曝されると、先行して成長した
半導体の表面が損傷を受けるためである。詳細は後述す
る。
切り替えを行う際には9例えば■−v族化合物半導体の
場合には1通常、■族の成長原料ガスが先に導入される
のであるが、上記のような渦流81による残留ガスを除
去するために、後続する成長におけるV族の成長原料ガ
スを長時間流すのは好ましくない。これは、基板7がこ
のような雰囲気に長時間曝されると、先行して成長した
半導体の表面が損傷を受けるためである。詳細は後述す
る。
上記のような渦流8.の滞留を回避するために。
第7図に示すような、ガス導入口2と基板7との配置を
上下逆にした構造の、いわゆるチムニ−型のMOVPE
長装置が詰装置れた。同図における符号は、第6図にお
ける対応部分と同一である。
上下逆にした構造の、いわゆるチムニ−型のMOVPE
長装置が詰装置れた。同図における符号は、第6図にお
ける対応部分と同一である。
第7図に示す装置においては、成長原料ガスは基板7の
下方から反応室1内に導入され9反応室1の上方から排
気されるため、基板7近傍での加熱によってガスに生じ
る浮力の方向は、流れの方向と一致する。したがって、
成長原料ガスは、前記のような渦流8.による滞留を生
じず、急速に切り替えが行われる。その結果、急峻なヘ
テロ界面の形成が可能となった。
下方から反応室1内に導入され9反応室1の上方から排
気されるため、基板7近傍での加熱によってガスに生じ
る浮力の方向は、流れの方向と一致する。したがって、
成長原料ガスは、前記のような渦流8.による滞留を生
じず、急速に切り替えが行われる。その結果、急峻なヘ
テロ界面の形成が可能となった。
しかしながら、第7図に示す装置においては。
反応室lの壁面に堆積した反応生成物から成る塵埃によ
る汚染の問題か生じた。すなわち、基板7近傍で熱分解
した成長原料ガスの大部分は9反応室1の上方の排気口
3に向かって流れるが、その過程において9反応室1の
壁面に反応生成物の膜が堆積する。この膜が剥離して微
細な塵埃としてガス導入口2に落下するのであるか、こ
の塵埃は成長原料ガスの流れによって運ばれ、基板7表
面に付着する。このような塵埃によって汚染された表面
に成長した半導体結晶には欠陥密度か大きい。
る汚染の問題か生じた。すなわち、基板7近傍で熱分解
した成長原料ガスの大部分は9反応室1の上方の排気口
3に向かって流れるが、その過程において9反応室1の
壁面に反応生成物の膜が堆積する。この膜が剥離して微
細な塵埃としてガス導入口2に落下するのであるか、こ
の塵埃は成長原料ガスの流れによって運ばれ、基板7表
面に付着する。このような塵埃によって汚染された表面
に成長した半導体結晶には欠陥密度か大きい。
この問題を解決するために、第8図に示すように2反応
室lの下部の形状を修正した気相成長装置を検討した。
室lの下部の形状を修正した気相成長装置を検討した。
同図における符号は、既掲の図における対応部分と同一
である。
である。
第8図に示す装置においては、前記のような反応室1の
壁面からガス導入口2への塵埃の落下か防止されるか1
反応室1内の下部に強制対流による強い渦流82が発生
し、第6図の装置における熱対流による渦流81と同様
に、成長原料ガスの滞留を生じる原因となり、急速なガ
スの切り替えができない。したがって、急峻なヘテロ界
面の形成が不可能であった。
壁面からガス導入口2への塵埃の落下か防止されるか1
反応室1内の下部に強制対流による強い渦流82が発生
し、第6図の装置における熱対流による渦流81と同様
に、成長原料ガスの滞留を生じる原因となり、急速なガ
スの切り替えができない。したがって、急峻なヘテロ界
面の形成が不可能であった。
上記のように、従来のMOVPE長装置に詰装置は。
■熱対流あるいは強制対流によって反応室内に成長原料
ガスが滞留して急峻なヘテロ界面が形成できない。
ガスが滞留して急峻なヘテロ界面が形成できない。
■反応室の壁面に堆積した反応生成物の剥離によって生
じた塵埃により基板表面が汚染されるために、成長した
結晶の欠陥密度を低減できない。
じた塵埃により基板表面が汚染されるために、成長した
結晶の欠陥密度を低減できない。
等の問題があった。
本発明は、上記のような渦流の発生と反応生成物の塵埃
による汚染とが同時に防止可能な構造を有するMOVP
E装置を提供し、これによって急峻なヘテロ界面を有し
、かつ、欠陥密度の低い半導体の成長を可能とすること
を目的とする。
による汚染とが同時に防止可能な構造を有するMOVP
E装置を提供し、これによって急峻なヘテロ界面を有し
、かつ、欠陥密度の低い半導体の成長を可能とすること
を目的とする。
上記目的は、上下の内壁が互いに水平且つ平行に設けら
れて成る反応室と、基板を、その成長面を下方に向けて
該反応室内中央に支持する基板支持手段と、該基板の成
長面に対向し且つ該反応室の下方から鉛直方向上方に成
長原料ガスを導入するように設けられたガス導入口と、
該反応室内に導入された前記成長原料ガスを該基板表面
に対して平行な方向に排出するために設けられた排気口
とを備えたことを特徴とする本発明に係る半導体成長装
置、または、上記において、前記反応室の前記上下の内
壁間の最大距離は該ガス導入口の口径以下であること、
または、上記において前記排気口は所定の間隔を以て複
数設けられていること。
れて成る反応室と、基板を、その成長面を下方に向けて
該反応室内中央に支持する基板支持手段と、該基板の成
長面に対向し且つ該反応室の下方から鉛直方向上方に成
長原料ガスを導入するように設けられたガス導入口と、
該反応室内に導入された前記成長原料ガスを該基板表面
に対して平行な方向に排出するために設けられた排気口
とを備えたことを特徴とする本発明に係る半導体成長装
置、または、上記において、前記反応室の前記上下の内
壁間の最大距離は該ガス導入口の口径以下であること、
または、上記において前記排気口は所定の間隔を以て複
数設けられていること。
または、上記において前記基板を前記上下の内壁に平行
に回転させる手段を備えたこと、または。
に回転させる手段を備えたこと、または。
上記において前記基板の回転手段を含む前記反応室の外
壁を覆う蓋部と、該蓋部内に前記基板の成長に寄与しな
いガスを導入する手段と、該ガスを排出する手段とを備
えたこと、または、上記において前記基板を背面から加
熱するための加熱手段を備えたこと、または、上記にお
いて前記ガス導入口近傍における前記反応室の壁面を冷
却する手段を備えたことのいずれかを特徴とする本発明
に係る半導体成長装置によって達成される。
壁を覆う蓋部と、該蓋部内に前記基板の成長に寄与しな
いガスを導入する手段と、該ガスを排出する手段とを備
えたこと、または、上記において前記基板を背面から加
熱するための加熱手段を備えたこと、または、上記にお
いて前記ガス導入口近傍における前記反応室の壁面を冷
却する手段を備えたことのいずれかを特徴とする本発明
に係る半導体成長装置によって達成される。
第1図は本発明の原理説明図であって、同図(a)は要
部断面を、同図(b)ないしくd)は平面配置を示す。
部断面を、同図(b)ないしくd)は平面配置を示す。
図示のように、ガス導入口2は、成長原料ガスか鉛直方
向上方に吹き出すように1反応室Iの下方の中央部に設
けられている。基板支持体4はガス導入口2の直上に配
置され、半導体成長が行われる表面を下方に向けた基板
7を固定する。排気口3は、該反応室内に導入された前
記成長原料ガスの分解ガスおよび未反応ガスを該基板表
面に対して平行な方向に排出するように設けられている
。
向上方に吹き出すように1反応室Iの下方の中央部に設
けられている。基板支持体4はガス導入口2の直上に配
置され、半導体成長が行われる表面を下方に向けた基板
7を固定する。排気口3は、該反応室内に導入された前
記成長原料ガスの分解ガスおよび未反応ガスを該基板表
面に対して平行な方向に排出するように設けられている
。
排気口3は、該反応室I内におけるガスの流れを鉛直線
に関して対称にするために2反応室1の側方に複数設け
られている。同図(b)ないしくd)には。
に関して対称にするために2反応室1の側方に複数設け
られている。同図(b)ないしくd)には。
反応室lの側方に等角度で2ないし4つの排気口3が配
置された場合が示されている。なお、排気口3の数が2
つの場合には9反応室1のす面形状は、同図(blに示
すような円形である必要はなく。
置された場合が示されている。なお、排気口3の数が2
つの場合には9反応室1のす面形状は、同図(blに示
すような円形である必要はなく。
排気口3と同軸の直管状であってもよい。
上記のように9本発明のMOVPE装置においては。
成長原料ガス8が1反応室1の下方から鉛直方向上方に
向かって流れる構造になっており、基板7の近傍で加熱
された成長原料ガス8は浮力によって上方に加速を受け
るのみてあり、したかって。
向かって流れる構造になっており、基板7の近傍で加熱
された成長原料ガス8は浮力によって上方に加速を受け
るのみてあり、したかって。
熱対流による渦流(第6図の81)が生じない。また1
反応室lの高さh(実際には基板7表面とガス導入口2
の最短距離)とガス導入口2の直径りとをh<Dなるよ
うにすれば、ガス導入口2の近傍に強制対流による渦流
(第8図の8□)か生じない。したかって、これら渦流
による成長原料ガスの滞留がなくなり、ガスの高速切り
替えか可能となる。さらに、ガス導入口2の上方には基
板7のみが存在するので9反応室1の壁面に堆積した反
応生成物が剥離してガス導入口2内に落下することがな
い。したかって、この反応生成物による塵埃か成長原料
ガス8によって運ばれて基板7表面に付着する問題か回
避される。
反応室lの高さh(実際には基板7表面とガス導入口2
の最短距離)とガス導入口2の直径りとをh<Dなるよ
うにすれば、ガス導入口2の近傍に強制対流による渦流
(第8図の8□)か生じない。したかって、これら渦流
による成長原料ガスの滞留がなくなり、ガスの高速切り
替えか可能となる。さらに、ガス導入口2の上方には基
板7のみが存在するので9反応室1の壁面に堆積した反
応生成物が剥離してガス導入口2内に落下することがな
い。したかって、この反応生成物による塵埃か成長原料
ガス8によって運ばれて基板7表面に付着する問題か回
避される。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
以下の図面において、既掲の図面におけるのと同じ部分
には同一符号を付しである。
には同一符号を付しである。
第2図は、半導体を成長させるための本発明に係るMO
VPE装置の概要を示す模式的要部断面図であって、こ
の具体的構成を、直径50mmの基板7表面に化合物半
導体結晶を成長する場合を前提に説明する。
VPE装置の概要を示す模式的要部断面図であって、こ
の具体的構成を、直径50mmの基板7表面に化合物半
導体結晶を成長する場合を前提に説明する。
反応室1は9例えばステンレス鋼または石英から成る円
形の中空体である。その上面には開口が設けられており
、基板支持体4によって支持された基板7がこの開口か
ら反応室1内に表出している。基板支持体4は9例えば
回転円板9に固定されており1回転軸10により回転円
板9を回転駆動することにより、基板支持体4および基
板7か回転するように構成さ”れている。この回転は、
基板7表面に成長する半導体結晶層の均一性を向上する
ために行われることは言うまでもない。なお。
形の中空体である。その上面には開口が設けられており
、基板支持体4によって支持された基板7がこの開口か
ら反応室1内に表出している。基板支持体4は9例えば
回転円板9に固定されており1回転軸10により回転円
板9を回転駆動することにより、基板支持体4および基
板7か回転するように構成さ”れている。この回転は、
基板7表面に成長する半導体結晶層の均一性を向上する
ために行われることは言うまでもない。なお。
反応室1の上面と回転円板9との間は、○リング等によ
る周知の封止手段12によりガス洩れが防がれている。
る周知の封止手段12によりガス洩れが防がれている。
このガス洩れが完全に防止されない場合を考慮すれば9
反応室lの前記開口の直径をできるだけ大きくシ、封止
手段12を可及的に排気口3に近く設けるのが有利であ
る。また9反応室1の上面に、基板支持体4および回転
円板9を包み込むような蓋部14を設け9反応室1と蓋
部14との間の空間に、結晶成長に寄与しないH2やN
2等のパージガスを流す方法も有効である。同図におい
て。
反応室lの前記開口の直径をできるだけ大きくシ、封止
手段12を可及的に排気口3に近く設けるのが有利であ
る。また9反応室1の上面に、基板支持体4および回転
円板9を包み込むような蓋部14を設け9反応室1と蓋
部14との間の空間に、結晶成長に寄与しないH2やN
2等のパージガスを流す方法も有効である。同図におい
て。
符号11は9例えば赤外線ランプのような加熱手段であ
って、これにより基板支持体4を加熱し、基板7を所定
温度に保持する。
って、これにより基板支持体4を加熱し、基板7を所定
温度に保持する。
基板7表面における結晶成長を均一にするために、ガス
導入口2の直径を、基板7の径にほぼ等しく 50mm
程度にするのが望ましい。前述のように。
導入口2の直径を、基板7の径にほぼ等しく 50mm
程度にするのが望ましい。前述のように。
反応室1の高さり、すなわち、ガス導入口2と基板7間
の距離は、ガス導入口2近傍における強制対流による渦
流の発生を防止するために、ガス導入口2の直径りより
小さくする。ただし、 h<Dなる条件を満足するた
めに、基板7からの輻射熱により反応室lのガス導入口
2近傍における壁面が加熱され、ここに反応生成物が堆
積することを避ける必要がある。結晶成長温度を代表的
な値である600°Cに設定する場合には、hの値が4
0mm程度になるように設計すればよい。また、ガス導
入口2の近傍における反応室lの壁面を冷却する手段を
設けることも有効である。
の距離は、ガス導入口2近傍における強制対流による渦
流の発生を防止するために、ガス導入口2の直径りより
小さくする。ただし、 h<Dなる条件を満足するた
めに、基板7からの輻射熱により反応室lのガス導入口
2近傍における壁面が加熱され、ここに反応生成物が堆
積することを避ける必要がある。結晶成長温度を代表的
な値である600°Cに設定する場合には、hの値が4
0mm程度になるように設計すればよい。また、ガス導
入口2の近傍における反応室lの壁面を冷却する手段を
設けることも有効である。
ガス導入口2の中心から排気口3までの距離りは2反応
室1に導入される成長原料ガス8の総流量を考慮して決
められる。例えば9反応室1内に導入された■族元素の
成長原料ガスとV族元素の成長原料ガスの総流量か、標
準状態のガス量に換算して、毎分5〜50リツトルであ
るとして、前記距離りは約200 mmが適当である。
室1に導入される成長原料ガス8の総流量を考慮して決
められる。例えば9反応室1内に導入された■族元素の
成長原料ガスとV族元素の成長原料ガスの総流量か、標
準状態のガス量に換算して、毎分5〜50リツトルであ
るとして、前記距離りは約200 mmが適当である。
これによって。
排気口3の外側に設けられたバルブ等の形状か。
反応室l内におけるガスの流れに対して与える影響がな
くなり、基板7近傍における成長原料ガス8の流れをよ
り滑らかにすることができる。
くなり、基板7近傍における成長原料ガス8の流れをよ
り滑らかにすることができる。
上記本発明のMOVPE装置においては、熱対流による
渦流が生じないため2反応室l内における成長原料ガス
8の流れのパターンや濃度分布等は。
渦流が生じないため2反応室l内における成長原料ガス
8の流れのパターンや濃度分布等は。
反応室l内の圧力に大きくは依存しなくなるため。
結晶成長時における圧力設定の自由度が大きくなる。た
だし9反応室l内における成長原料ガス8の流速を高め
、成長原料ガス8の切り替えるをより高速にするために
は、0.1気圧(760Torr)程度とするのが好ま
しい。
だし9反応室l内における成長原料ガス8の流速を高め
、成長原料ガス8の切り替えるをより高速にするために
は、0.1気圧(760Torr)程度とするのが好ま
しい。
反応室1の寸法を上記の通りとし、導入する成長原料ガ
ス8の総流量を毎分5リツトルとしたときの成長原料ガ
ス8の流線および流速分布、ならびに、成長原料ガスの
濃度分布をを、第3図および第4図に示す。これらの図
は、流体の運動を記述するナヴイエ・ストークス方程式
や連続方程式。
ス8の総流量を毎分5リツトルとしたときの成長原料ガ
ス8の流線および流速分布、ならびに、成長原料ガスの
濃度分布をを、第3図および第4図に示す。これらの図
は、流体の運動を記述するナヴイエ・ストークス方程式
や連続方程式。
および、希薄ガスの拡散方程式を有限要素法によって解
いたシミュレーション結果である。第3図(a)は流線
を、同図(b)は流速分布を、また、第4図は1反応室
lへの成長原料ガス8の導入を停止し。
いたシミュレーション結果である。第3図(a)は流線
を、同図(b)は流速分布を、また、第4図は1反応室
lへの成長原料ガス8の導入を停止し。
キャリヤガスである水素のみをパージガスとして導入し
続けたときに残留する成長原料ガスの濃度分布の経時変
化を示し、同図(alは成長原料ガスの導入停止直後(
t=Osec)、同図(b)は導入停止0.2秒後(t
=0.2sec) 、同図(e)は導入停止0.4秒後
(t=0.4sec)の様子である。第4図における曲
線は等濃度線であり、成長原料ガス8の初期濃度を1と
したときの濃度分布を0.1きざみで示している。なお
。
続けたときに残留する成長原料ガスの濃度分布の経時変
化を示し、同図(alは成長原料ガスの導入停止直後(
t=Osec)、同図(b)は導入停止0.2秒後(t
=0.2sec) 、同図(e)は導入停止0.4秒後
(t=0.4sec)の様子である。第4図における曲
線は等濃度線であり、成長原料ガス8の初期濃度を1と
したときの濃度分布を0.1きざみで示している。なお
。
上記のような流速分布や濃度分布を実際のガスについて
測定することは困難である。
測定することは困難である。
第3図から9反応室l内に渦流による成長原料ガス8の
滞留の発生がなく、また、第4図から。
滞留の発生がなく、また、第4図から。
反応室1への成長原料ガス8の導入停止してから0.4
秒後には、ガス導入口2から基板7にかけての全領域に
残留する成長原料ガスの濃度(C)が初期濃度C0の1
%以下となることが示されている。
秒後には、ガス導入口2から基板7にかけての全領域に
残留する成長原料ガスの濃度(C)が初期濃度C0の1
%以下となることが示されている。
これらから、上記本発明の気相成長装置においては、き
わめて高速で成長原料ガスの切り替えが可能となること
が分かる。
わめて高速で成長原料ガスの切り替えが可能となること
が分かる。
第4図を補足的に説明すると、結晶成長時には。
基板7表面で成長原料ガス8が消費されるために。
基板7に近づくほど濃度<C>は低くなり、基板7表面
ではC=0となる。一方、ガス導入口2における濃度(
C)は、t=0においてはC”C@、ガス導入停止直後
以降はC:0である。同図(a)ないしくC)には、
1=0において排気口3近傍まで拡がっている高濃度領
域が、ガス導入停止後の時間の経過とともに。
ではC=0となる。一方、ガス導入口2における濃度(
C)は、t=0においてはC”C@、ガス導入停止直後
以降はC:0である。同図(a)ないしくC)には、
1=0において排気口3近傍まで拡がっている高濃度領
域が、ガス導入停止後の時間の経過とともに。
パージガスによって押し流される様子が示されている。
第2図に示す本発明の気相成長装置を用いて。
例えばInGaAsとInPから成る量子井戸構造を構
成する半導体成長の工程を、第5図を参照して説明する
。
成する半導体成長の工程を、第5図を参照して説明する
。
例えばH2をキャリヤガスとするPH3雰囲気とされた
反応室l内でInP結晶から成る基板7を600℃に加
熱し、ガス導入口2を通じて、 Inの原料ガスであ
るトリメチルインジウム(TMI)を導入してInP結
晶を成長させる。InP結晶が所定厚さに達した時点で
、TMIの導入を停止し、 InP結晶の成長を止める
。TMIの導入停止してから時間t、経過後にPH,の
導入を停止し、同時にInGaAsのV族元素の原料ガ
スであるAsHsを導入する。AsH,を導入開始して
から時間t2経過後に、 InGaAsの■族元素の原
料ガスであるTMIとトリエチルガリウム(TEG)を
導入する。これにより基板7上に成長したInP結晶上
にInGaAs結晶が成長する。なお1通常、InP結
晶成長用のTMIとInGaAs結晶成長用のTMIと
は、流量が異なり9個別に制御されるために、第5図に
おいても別々に示しである。
反応室l内でInP結晶から成る基板7を600℃に加
熱し、ガス導入口2を通じて、 Inの原料ガスであ
るトリメチルインジウム(TMI)を導入してInP結
晶を成長させる。InP結晶が所定厚さに達した時点で
、TMIの導入を停止し、 InP結晶の成長を止める
。TMIの導入停止してから時間t、経過後にPH,の
導入を停止し、同時にInGaAsのV族元素の原料ガ
スであるAsHsを導入する。AsH,を導入開始して
から時間t2経過後に、 InGaAsの■族元素の原
料ガスであるTMIとトリエチルガリウム(TEG)を
導入する。これにより基板7上に成長したInP結晶上
にInGaAs結晶が成長する。なお1通常、InP結
晶成長用のTMIとInGaAs結晶成長用のTMIと
は、流量が異なり9個別に制御されるために、第5図に
おいても別々に示しである。
InGaA3結晶が所定厚さに達した時点で、 TEG
の導入を停止し、 InGaAs結晶の成長を止める。
の導入を停止し、 InGaAs結晶の成長を止める。
TEGの導入を停止してから時間js経過後にAsHs
の導入を停止し、同時にPH,を導入する。PH,を導
入開始してから時間t4経過後に、InP結晶成長用の
TMIを導入する。これにより、基板7上のInGaA
s結晶上にInP結晶が成長する。所定厚さのInP結
晶が成長したのち、TMIの導入を停止する。なお、こ
のInP結晶上にさらにInGaAs結晶を成長させる
場合には、TMIを導入してから時間t1経過後にpt
+aの導入を停止し、同時にAsHsの導入を開始す等
、上記の手順を繰り返して行う。
の導入を停止し、同時にPH,を導入する。PH,を導
入開始してから時間t4経過後に、InP結晶成長用の
TMIを導入する。これにより、基板7上のInGaA
s結晶上にInP結晶が成長する。所定厚さのInP結
晶が成長したのち、TMIの導入を停止する。なお、こ
のInP結晶上にさらにInGaAs結晶を成長させる
場合には、TMIを導入してから時間t1経過後にpt
+aの導入を停止し、同時にAsHsの導入を開始す等
、上記の手順を繰り返して行う。
上記のようにして、 InGaAs/InPヘテロ界面
から成る量子井戸構造が形成される。
から成る量子井戸構造が形成される。
上記の工程において、 InGaAs結晶を成長させる
前にInP結晶表面がAsHsに曝される時間t、およ
びInP結晶を成長させる前にInGaAs結晶表面が
PH。
前にInP結晶表面がAsHsに曝される時間t、およ
びInP結晶を成長させる前にInGaAs結晶表面が
PH。
に曝される時間t4をできるだけ短縮する必要がある。
これは、前述のように、 InP結晶表面がAsHfに
曝された場合、また、 InGaAs結晶表面がPHs
に曝された場合には、結晶表面のPまたはAsと気相中
のAsまたはPとの熱的な置換が行われ、結晶表面が損
傷を受けるためである。、二の損傷の実体は現在のとこ
ろ確かめられていないか、上記のような置換の結果生じ
たなんらかの応力歪による結晶欠陥であると考えられる
。このような損傷の影響は、結晶の表面欠陥や、後述す
るように、フォトルミネッセンスのスペクトル幅に現れ
る。
曝された場合、また、 InGaAs結晶表面がPHs
に曝された場合には、結晶表面のPまたはAsと気相中
のAsまたはPとの熱的な置換が行われ、結晶表面が損
傷を受けるためである。、二の損傷の実体は現在のとこ
ろ確かめられていないか、上記のような置換の結果生じ
たなんらかの応力歪による結晶欠陥であると考えられる
。このような損傷の影響は、結晶の表面欠陥や、後述す
るように、フォトルミネッセンスのスペクトル幅に現れ
る。
上記の時間t、およびt4は、直前の結晶成長における
V鉄属料ガスを排出するための期間であり。
V鉄属料ガスを排出するための期間であり。
上記のような損傷を避けるためには、できるだけ短縮す
る必要がある。従来の気相成長装置において、これらの
時間を短くした場合には、直前の結晶成長に用いられた
原料ガスが残留し、気相中には9例えばPHsとAsH
sが混在する期間が生じ、その結果、 InGaAs/
InPヘテロ界面近傍にInGaAsP混晶から成る遷
移層が形成されてしまう。すなわち。
る必要がある。従来の気相成長装置において、これらの
時間を短くした場合には、直前の結晶成長に用いられた
原料ガスが残留し、気相中には9例えばPHsとAsH
sが混在する期間が生じ、その結果、 InGaAs/
InPヘテロ界面近傍にInGaAsP混晶から成る遷
移層が形成されてしまう。すなわち。
急峻なヘテロ界面が得られない。なお、第6図に示した
従来の気相成長装置において残留ガスの影響かないよう
にするための最適時間t2およびt4は。
従来の気相成長装置において残留ガスの影響かないよう
にするための最適時間t2およびt4は。
1〜2秒程度である。
本発明のMOVPE装置においては、第4図に示したよ
うに、成長原料ガスの切り替え後0.4秒程度で、直前
の原料ガスが基板表面から排気口側に押しやられてしま
うので、その後ただちに結晶成長を開始させることがで
きる。したがって、結晶表面における上記のような損傷
は可及的少なくしつつ、急峻なヘテロ界面が形成可能と
なる。
うに、成長原料ガスの切り替え後0.4秒程度で、直前
の原料ガスが基板表面から排気口側に押しやられてしま
うので、その後ただちに結晶成長を開始させることがで
きる。したがって、結晶表面における上記のような損傷
は可及的少なくしつつ、急峻なヘテロ界面が形成可能と
なる。
本発明の気相成長装置により上記時間t、およびt4を
0.2〜0.5秒の間で設定して形成された厚さ10n
fflのInGaAs量子井戸を有するlnP/ In
GaAsP rnP構造のフォトルミネッセンスを4.
2にで測定したところ、その発光スペクトルの全半値幅
は約4 meVであった。これに対して、上記従来の気
相成長装置において時間t、およびt4を1〜2秒に設
定して形成された同様のInGaAs量子井戸構造のフ
ォトルミネッセンススペクトルの全半値幅は約5 me
Vと若干ブロードであった。これは、ヘテロ界面に前記
のような欠陥が生じたためである。
0.2〜0.5秒の間で設定して形成された厚さ10n
fflのInGaAs量子井戸を有するlnP/ In
GaAsP rnP構造のフォトルミネッセンスを4.
2にで測定したところ、その発光スペクトルの全半値幅
は約4 meVであった。これに対して、上記従来の気
相成長装置において時間t、およびt4を1〜2秒に設
定して形成された同様のInGaAs量子井戸構造のフ
ォトルミネッセンススペクトルの全半値幅は約5 me
Vと若干ブロードであった。これは、ヘテロ界面に前記
のような欠陥が生じたためである。
なお、上記本発明のMOVPE装置は結晶の成長のみな
らず非結晶半導体の成長や絶縁層の形成にも適用できる
ことは言うまでもない。
らず非結晶半導体の成長や絶縁層の形成にも適用できる
ことは言うまでもない。
上記のように9本発明によれば、化合物半導体から成る
ヘテロ界面を急峻かつ界面における結晶表面の損傷を可
及的少なく形成可能とし、量子井戸構造を利用して成る
半導体レーザやHEMT等の素子の性能向上および開発
促進を可能とする効果がある。さらに、これら素子の製
造にMOVPE法のような気相成長法を適用可能とし、
また、成長原料ガスの急速な切り替えにより製造工程が
効率化され、その結果、量産性の向上ならびにコスト低
減を可能とする効果がある。
ヘテロ界面を急峻かつ界面における結晶表面の損傷を可
及的少なく形成可能とし、量子井戸構造を利用して成る
半導体レーザやHEMT等の素子の性能向上および開発
促進を可能とする効果がある。さらに、これら素子の製
造にMOVPE法のような気相成長法を適用可能とし、
また、成長原料ガスの急速な切り替えにより製造工程が
効率化され、その結果、量産性の向上ならびにコスト低
減を可能とする効果がある。
第1図は本発明の原理説明図。
第2図は本発明のMOVPE装置の実施例説明図。
第3図は本発明のMOVPE装置における成長原料ガス
の流れの解析データ。 第4図は本発明のMOVPE装置における成長原料ガス
の濃度分布。 第5図は本発明のMOVPE装置によりInGaAs/
InPヘテロ界面を形成する際の成長原料ガス導入タ
イミングチャート。 第6図ないし第8図は従来のMOVPE装置における問
題点説明図 である。 図において。 lは反応室、 2はガス導入口。 3は排気口、 4は基板支持体。 5は回転軸、 6は高周波コイル。 7は基板、 8は成長原料ガス。 8□と82は渦流、 9は回転円板。 10は回転軸、 11は加熱手段。 12は封止手段、14は蓋部 である。 づ /f者明の厚理1兎明図 第 1 図 <a) 第 3 図 導入停Lfit ’) J l!J、 a 4 /)M
−al を化第 4 図 第 5 図 づ(来11)M0VPE麗イ【にあけ5問題点説明図(
でty>7)第 6 図 イ尤釆のl’/l0VPE衰Ll二♂(す5闇題声、言
楚朗図(ぞの2)第 7 図
の流れの解析データ。 第4図は本発明のMOVPE装置における成長原料ガス
の濃度分布。 第5図は本発明のMOVPE装置によりInGaAs/
InPヘテロ界面を形成する際の成長原料ガス導入タ
イミングチャート。 第6図ないし第8図は従来のMOVPE装置における問
題点説明図 である。 図において。 lは反応室、 2はガス導入口。 3は排気口、 4は基板支持体。 5は回転軸、 6は高周波コイル。 7は基板、 8は成長原料ガス。 8□と82は渦流、 9は回転円板。 10は回転軸、 11は加熱手段。 12は封止手段、14は蓋部 である。 づ /f者明の厚理1兎明図 第 1 図 <a) 第 3 図 導入停Lfit ’) J l!J、 a 4 /)M
−al を化第 4 図 第 5 図 づ(来11)M0VPE麗イ【にあけ5問題点説明図(
でty>7)第 6 図 イ尤釆のl’/l0VPE衰Ll二♂(す5闇題声、言
楚朗図(ぞの2)第 7 図
Claims (7)
- (1)上下の内壁が互いに水平且つ平行に設けられて成
る反応室と、 基板を、その成長面を下方に向けて該反応室内中央に支
持する基板支持手段と、 該基板の成長面に対向し且つ該反応室の下方から鉛直方
向上方に成長原料ガスを導入するように設けられたガス
導入口と、 該反応室内に導入された前記成長原料ガスを該基板表面
に対して平行な方向に排出するために設けられた排気口 とを備えたことを特徴とする半導体成長装置。 - (2)前記反応室の前記上下の内壁間の最大距離は該ガ
ス導入口の口径以下であることを特徴とする請求項1記
載の半導体成長装置。 - (3)前記排気口は所定の間隔を以て複数設けられてい
ることを特徴とする請求項1記載の半導体成長装置。 - (4)前記基板を前記上下の内壁に平行に回転させる手
段を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体成長
装置。 - (5)前記基板の回転手段を含む前記反応室の外壁を覆
う蓋部と、 該蓋部内に前記基板の成長に寄与しないガスを導入する
手段と、 該ガスを排出する手段 とを備えたことを特徴とする請求項4記載の半導体成長
装置。 - (6)前記基板を背面から加熱するための加熱手段を備
えたことを特徴とする請求項1記載の半導体成長装置。 - (7)前記ガス導入口近傍における前記反応室の壁面を
冷却する手段を備えたことを特徴とする請求項1または
6記載の半導体成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28163090A JPH04155918A (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 半導体成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28163090A JPH04155918A (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 半導体成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04155918A true JPH04155918A (ja) | 1992-05-28 |
Family
ID=17641792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28163090A Pending JPH04155918A (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 半導体成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04155918A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005055297A1 (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Tokyo Electron Limited | 半導体処理装置 |
| JP2008205090A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 気相成長装置 |
-
1990
- 1990-10-19 JP JP28163090A patent/JPH04155918A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005055297A1 (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Tokyo Electron Limited | 半導体処理装置 |
| JP2008205090A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 気相成長装置 |
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