JPH04338636A - 半導体気相成長装置 - Google Patents

半導体気相成長装置

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JPH04338636A
JPH04338636A JP14648391A JP14648391A JPH04338636A JP H04338636 A JPH04338636 A JP H04338636A JP 14648391 A JP14648391 A JP 14648391A JP 14648391 A JP14648391 A JP 14648391A JP H04338636 A JPH04338636 A JP H04338636A
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JP
Japan
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gas
reaction tube
susceptor
semiconductor vapor
gas introduction
Prior art date
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Pending
Application number
JP14648391A
Other languages
English (en)
Inventor
Nozomi Matsuo
松尾 望
Takeshi Aisei
武 愛清
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04338636A publication Critical patent/JPH04338636A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、より均質な結晶膜を基
板上に成長しうるようにした半導体気相成長装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体気相成長装置の1例を図5
に示す。同図は原料としてTMGa(トリメチルガリウ
ム)、TMAl(トリメチルアルミニウム)、AsH3
 (アルシン)及びキャリアガスとして水素を用いるM
OCVD(有機金属化学気相成長)法の1例を示す横断
面図で、1は石英又はステンレス製の反応管、2は被成
長基板を保持するカーボン製のサセプタ、3は被成長基
板であるGaAs基板、4は反応管中に原料ガスの供給
を行うガス導入管である。カーボンサセプタ2は高周波
誘導体加熱、抵抗加熱、赤外線ランプ加熱等の方式によ
り500〜800℃の高温に加熱される。一般に気相成
長法では矢印で示される原料ガスの流れを均一に広げ、
基板3上に均質な結晶膜を成長させることが必要となる
。 特に量産装置においては図4に示すように複数枚の基板
を並べ同時に成長を行う技術が重要となるため、反応炉
の大型化に伴いガス流の均一化はますます重要なポイン
トとなる。また上記の原料ガスの混合比は成長されるG
ax Al1−x Asの組成比や結晶の品質を左右す
るため非常に重要であることはもちろんである。
【0003】図5は水平におかれたGaAs基板3に対
し原料ガス流を概略平行に流すいわゆる横型反応炉の例
を示すものであるが、この横型反応炉で原料ガスを均一
に広げるためには、反応管のガス導入管4からサセプタ
2に至る反応管壁を比較的小さな角度θで徐々に広げる
ことが必要となり、反応管壁の形状設計が極めて重要と
なる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記図5に示す反応炉
構造ではガスの広がりの均一性が反応管壁の設計や作製
精度、及びガス導入管4の組立て時の位置精度等に極め
て敏感であり、反応炉の洗浄に伴う再組立てや部品交換
後に結晶膜の均一性が再現性よく得られないという問題
があった。
【0005】また、上記の理由により反応管壁の広がり
角θを例えば20°以下と、小さくする必要があるが、
このためガス導入管4からサセプタ2上のGaAs基板
3に至る距離Lが長くなり、またこれに伴いガス導入管
4からGaAs基板3に至るガス助走路の体積も増加す
るため例えばGaAs/GaAlAs等のヘテロ接合膜
を成長する場合には、ガスの置換速度が遅く、ヘテロ接
合界面で結晶組成の急峻な切りかえが行われず、所望の
結晶特性を得ることができないという難点があった。こ
の問題を解決するため広がり角θを大きくした装置が提
案されており、これは図6に示される。同図において広
がり角θ´をθより大きくし助走距離LをL’に小さく
している。なお同図において図4と同符号は同じものを
示す(以下同様であり、各図において同符号は同じもの
を示す。)。しかし図6の場合では、矢印で示されるガ
ス流は助走路の途中にガス流の渦wを生じ、このため、
反応管壁に大量の反応生成物5が付着し、またガス流の
渦のため、ガスの置換速度も十分に改善されないことか
ら所望の品質の均一結晶膜を得ることができなかった。
【0006】したがって本発明の目的は上記の問題点を
解決することにあり、原料ガス流の均一な広がりを反応
管壁の設計や作製精度、ガス導入管の組立て精度等の影
響を受けずに容易に実現可能とし、また原料ガスの助走
路を短縮してガスの置換速度を改善、面内に渡り均一、
均質でかつヘテロ接合部の結晶組成が急峻な高品質結晶
膜の作製を可能とした半導体気相成長装置を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は(1)反応管と
この反応管中に設置され、被成長基板を保持するサセプ
タ、このサセプタを加熱する加熱手段及び前記反応管中
に原料ガスを供給するガス導入部を有し、かつ原料ガス
が前記サセプタ上に保持される基板の表面に対して概略
平行に流れる半導体気相成長装置において、蒸気ガス導
入部は少なくとも2本のガス導入管を有してなり、かつ
、前記ガス導入管の各導入管を互いに独立流量制御しう
るようにしたことを特徴とする半導体気相成長装置、及
び(2)前記反応管中の前記ガス導入管と前記サセプタ
の中間に分散手段として多孔質又は網状の障壁板を設け
たことを特徴とする請求項1記載の半導体気相成長装置
、を提供するものである。
【0008】
【実施例】次に本発明を図示の実施例に従ってさらに詳
細に説明する。図1は本発明の半導体気相成長装置の1
実施例を示すものである。図1の(I)は横断面図、(
II)は縦断面図である。図4、5と同符号は同じもの
を示す。図中6は本発明においてガス導入部であり、A
、B、C、Dの4つの導入管及びそれぞれに対応する4
つの流量調整器vからなる。前記4つの導入管には、H
2中に原料としてTMGa、TMAl、AsH3 が所
定の濃度で含まれる原料ガスが分岐されて供給されるた
めそれぞれの導入管から流量調整器を通して反応管中に
供給されるガス中の原料ガスをそれぞれ独立に調整でき
る。そこで、例えばA〜Dの流量調整器vを調整し、流
量をすべて5SLMとし、総流量を20SLMにした場
合、ガス流に直角方向の膜厚分布はサセプタの中央部(
反応管の内央部)から周辺部(反応管の内壁近傍)に向
けて減少傾向を呈する。これは反応管側壁に近いガス流
の流速が側壁の影響で中央部に比べて遅くなるためと考
えられる。しかし、総流量を20SLMに固定し、A、
Dのガス流量の比率をB、Cよりも増加させることによ
り解消され、膜厚の均一性が向上する。
【0009】また本装置を用いて作製したGaAs/G
aAlAs積層膜のヘテロ界面の組成急峻性はTEM(
透過電子顕微鏡)観察により2原子層以下と極めて良好
であることが確認された。これはガス導入管からサセプ
タに至るガスの助走距離L”を短くし、これによりこの
部分の体積も大幅に小さくされ、かつ、上記A〜Dの流
量比を調整することにより渦の発生の少ない均一なガス
流が実現されたためである。
【0010】図2は本発明の他の実施例を示すものであ
る。上記図1のガス導入部6とサセプタ2の中間に多孔
質又は網状の障壁を設置したものである。これにより各
ガス導入管から放出されるガス流の局所集中を防止し、
ガス流中の渦の発生をさらに低減できる。7はガス導入
部6とサセプタ3の中間の反応管中に設置されたステン
レス網である。
【0011】図3はさらに他例の実施例であり、図中9
は石英製の内管のガス導入管とサセプタの中間に設けら
れた石英製の多孔板である。同図に示すように、石英製
内管に傾斜部を設けることにより、ガス流に沿った膜厚
の均一性も図2の場合よりも一層向上され、これに整流
用の多孔板を付加し、かつ流量調整バルブの流量比の調
整を行うことにより、一度に多数枚の基板3に対して均
一で、かつヘテロ界面の急峻性に優れる良質な結晶膜を
形成することが可能である。なお1aはパージ水素ガス
導入口、8aは傾斜部を示す。同図に示すように、基板
の位置が変わっても膜厚は一定である。
【0012】なお、図3にも示すように配列される導入
管の数は図1、図2のように4本と限る必要はなく、反
応炉の大きさ、処理枚数や要求される均一性等に応じ適
宜に設定される。また図4の他の実施例に示すように導
入管を2つ以上の集合10、11に分け、各集合に対し
、ガス濃度成分の異なるガスを供給し、各集合ごとに各
々の導入管に対してガス濃度の等しい原料ガスを各々流
量調整して供給してもよい。さらに図3の水素パージガ
ス導入管のように、必要に応じて上記の配列された導入
管の他に独立したガス導入管を設けても本発明の効果は
何ら影響を受けるものではない。
【0013】さらに、本発明においてウエハの回転を行
うことにより、結晶膜への均一性がさらに向上させるこ
とができる。また、上記実施例ではGaAs/GaAl
As結晶膜の作製工程を例に説明したが、本発明は用い
る原料や作製する結晶の組成に制限を加えるものではな
く、例えば、原料にTMIn(トリメチルインジウム)
、TMGa、AsH3 、PH3 (ホスフィン)を用
い、InP/InGaAsP系の結晶膜を作製する場合
にも、本発明の適用により結晶膜の均一化やヘテロ界面
の急峻性に対し、十分な効果が発揮される。さらに、本
発明の効果をさらに向上するために用いられる多孔質又
は網状の障壁板は実施例で用いられたステンレス材や石
英材である必要な必ずしもなく、モリブデンやカーボン
をはじめとするその他の材質でもよく、またその形状も
前記のものに制限されない。
【0014】本発明の装置を用いて行う気相成長方法は
上の例で示したMOCVDに限られることなく、クロラ
イドVPE法やハライドVPE法等、広く気相成長全般
に渡り本発明の適用が可能であることは言うまでもない
。また実施例では基板を全て水平に配置したが、基板を
垂直に立てこれに原料ガスを概略平行に流すいわゆるチ
ムニー型反応炉にも本発明は適用可能である。要は、基
板に対し原料ガスを概略平行に流す反応炉において、特
にガス流に直角方向の均一性を向上する上で本発明は極
めて有効である。
【0015】
【作用】以上、本発明の装置において複数のガス導入管
(A、B、C、D)の流量を個々に調整することにより
、サセプタ上での各基板に対する原料ガス流を均一化す
る。これにより均一で、かつヘテロ界面の急峻性に優れ
る良好な結晶膜が得られる。また本発明の半導体気相成
長装置を用いると従来問題とされた反応管壁の設計や作
製精度ガス導入管の組立て精度等による悪影響も大幅に
低減される。すなわち、発明の装置を用いる半導体気相
成長方法によれば、ガス流均一性の粗調整及び微調整が
上記A〜Dの流量調整により容易に行われるからである
。したがって反応管の形状設計においても自由度が拡大
し、また作製、組立て時の寸法精度も従来程は必要なく
なり作製費用の低減や組立て時間の短縮にもつながる。
【0016】
【発明の効果】以上、本発明によれば、反応炉中でのガ
ス流の均一性をガス置換速度に悪影響を及ぼすことなく
、再現性よく実現することが可能で、また反応管設計の
自由度が向上し、反応管、導入管の寸法精度や組立て精
度の問題が軽減されて、コスト削減や作業時間の短縮に
もつながり、特に複数枚の基板を同時に処理する場合に
おいて均一性の高い高品質の結晶膜を低コストで作製で
きることから工業的に実施する装置としてその効果は極
めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体気相成長装置の1実施例を示し
、(I)は横断面図、(II)は縦断面図である。
【図2】本発明の半導体気相成長装置の他の実施例を示
し、(I)は横断面図、(II)は縦断面図である。
【図3】本発明の半導体気相成長装置のさらに他の実施
例を示し、(I)は横断面図、(II)は縦断面図であ
る。
【図4】本発明の半導体気相成長装置のさらに別の実施
例を示し、(I)は横断面図、(II)は縦断面図であ
る。
【図5】従来の半導体気相成長装置の1例を示す横断面
図である。
【図6】従来の半導体気相成長装置の他例を示す横断面
図である。
【符号の説明】
1  反応管 2  サセプタ 3  基板 6  ガス導入部 A、B、C、D  ガス導入管 7  ステンレス網 8  内管 9  多孔板 v  流量調整器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  反応管、この反応管中に設置され被成
    長基板を保持するサセプタ、このサセプタを加熱する加
    熱手段及び前記反応管中に原料ガスを供給するガス導入
    部を有し、かつ原料ガスが前記サセプタ上に保持される
    基板の表面に対して概略平行に流れる半導体気相成長装
    置において、上記ガス導入部は2本以上のガス導入管を
    有してなり、かつ、前記ガス導入管の各導入管を互いに
    独立に流量制御しうるようにしたことを特徴とする半導
    体気相成長装置。
  2. 【請求項2】  前記反応管中の前記ガス導入管と前記
    サセプタの中間に分散手段を設けたことを特徴とする請
    求項1記載の半導体気相成長装置。
JP14648391A 1991-05-15 1991-05-15 半導体気相成長装置 Pending JPH04338636A (ja)

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Cited By (4)

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