JPH0458521A

JPH0458521A - 気相成長装置及び気相成長制御方法

Info

Publication number: JPH0458521A
Application number: JP16829590A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Marui; 智敬丸井; Yoshihiro Ishida; 芳弘石田; Masaaki Takarada; 正昭宝田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2709182B2

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、薄膜を成長させる気相成長装置および気相成
長制御方法に関するものである。

［従来の技術］化合物半導体の気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）は、誘
起金属と水素化合物との混合ガスを、所定温度に加熱し
た結晶基板上で反応、分解させ、薄膜結晶を成長させる
装置である。この装置は結晶の成長速度の制御性、操作
の単純性及び量産性に優れている。

このような気相成長装置の一例を第４図に示した。反応
器１内に、結晶基板２を保持するサセプタ３が設置され
ている。サセプタ３は、回転自在に支持されている。反
応器１は上部に反応ガス供紹口４を有し、下部に反応ガ
ス排出口５を有し、また反応器１の外周部には、結晶基
板２を加執するための誘導加熱装置８が設けられている
。

結晶成長させるべき原料ガスを含む反応ガスは供給Ｕ３
４から反応器１内に導入され、結晶基板２の表面で反応
、分解し結晶が成長する。

レーザや発光ダイオードなどの半導体装置を製造するに
は、組成の異なる複数の結晶を積層して成長させること
が必要である。この場合、組成の異なる結晶の界面にお
いて異なる材料の混在層を生じないようにしなければ、
良好な特性を持つ半導体を製造することができない。つ
まり、結晶基板に供給する異なる反応ガスが混合しない
ように切り替えて結晶基板に供給しなけｔばならない。

しかし、従来の装置では、ガス導入部に渦流を生じ、反
応器内のガスは不整流となる。この不整流のために、導
入ガスの種類を変更しても結晶基板上に供給されるガス
はシャープに切換えることができない。

特開昭６３−３１８７３４号公報はこの問題を解決する
ためにガス導入部に切換えガスの供給口を別に設け、２
種のガスの混合を防止する工夫をしている。しかし、未
だ完全とはいえない。

また特開平２−２８３１６号公報には原料ガスを、結晶
基板の位置する方向と逆方向の反応管の壁面へ向けて放
出する技術が開示さねているが、閉鎖直管を用いている
のでガスは乱流状態で基板上に到達していることに変り
はなく、未だ十分に改善されたとは云えない。

特開平２−２８９２８号公報には、パイロジェニックス
チーム酸化を行う拡散炉に、２種以上のプロセスガスを
導入する同心のガス導入管の内管をプロセスチューブ内
に挿入し、その先端部において外管の導入方向と逆方向
に中心線に対して１０〜３０”の角度を以て放射状に噴
出する構造を示している。この装置はプロセスチューブ
内の温度均一化の点で従来装置よりすぐれているが、流
動は乱流であり、乱れを解消するには至っていない。し
たがってこれらの装置では成膜品質が十分ではない。

〔発明が解決しようとする課題］本発明は、次の問題を解決した気相成長装置及び気相成
長を適切に制御する方法を提供することを目的とするも
のである。

（ａ＞結晶基板に当る原料ガスの切換を迅速にかつ完全
に行なうことができ、結晶界面に混合層を生じない良好
な半導体結晶を成長させることができること。

（ｂ）反応炉内部のガス流の乱れを抑制し、成膜品質の
向上を図ること。

［課題を解決するための手段］本発明は、薄膜の気相成長装置において、この装置の上
部反応ガス導入口にレデューサの小径端を接続し、この
レデューサの大径端に半球殻体の大円を直接または短直
管を介して連接し、この半球殻体の内面に沿ってレデュ
ーサの方向に向う気流を形成するガス送入管を設けた。

ガス送入管は、例えば、半球殻体の中心部を外から内側
に貫通する供給管を設け、その先端にガスを反射させて
半球殻体内面に向って噴出するようにしたものである。

この装置ではレデューサの小径部から、このレデューサ
の小径部と同径の直管を装置内に垂下すると一層好まし
い。

また、レデューサの軸心に上方から原料ガスを導入する
導入直管を挿入しこれを垂下すると、本来乱流条件とな
るべきガス量送大時において、乱流が抑制されたガス流
を得ることができる。さらにこの導入直管をレデューサ
を通ってその下方まで延長すると、ガス流を一層安定化
することができる。

以上の何れかの装置を用い、キャリヤガス及び反応ガス
を送気して結晶基板上の結晶を成長させるに当り、結晶
基板上の結晶成長反応状態を例えばレーザ等によって測
定し、この測定値に応じて送気量を制御することによっ
て任意の正確な厚さの薄膜を得ることかできる。

［作用］軸対称の拡大または縮小流路に、この流路と同心の環状
の流速極小部を有する軸流方向の流体流を形成すると、
流体流中に旋回速度成分を自生する。この原理を応用し
て、第１図に示すような管１５にレデューサ１４を介し
て半球殻状体２０を連接して閉止し、この閉止端に向か
って送気管１１から流体を送ると、垂下管１５内に旋回
流が発生する。垂下管１５内の流動は螺旋流ないし直線
流（層流）となる。この流体の流入速度の調整等によっ
て、結晶基板上の結晶の成長の促進、抑制を自由に制御
することができる。またこのようにして導入される気流
は空間的、時間的に不安定な渦流を生ずることなく整流
となり、パイロジェニック酸化装置においても良質な成
膜を確保することができ、また、異種のガスを切替えて
成膜するときガスの切替時に、前後のガスが混合しない
。

また、本発明者らは先に特願平１−０５０１２５号公報
において次の発明を提供した。すなわち、管路にレデュ
ーサを設け、このレデューサ内軸心位置及び／またはこ
のレデューサ出側の管内軸心位置に管路を流れる流体と
別異の細長の異物を同心に固定すると、レイノルズ数２
３００以上の領域でも管路向流体を層流とすることがで
きる。

本発明はこのような技術を応用して気相成長装置の結晶
基板上の結晶の成長状況を測定し、任意の所望の厚さ、
成膜速度、成分等になるように制御することができる。

［実施例］第１図（ａ）は本発明装置の実施例の縦断面を示した。

気相成長装置１の本体は結晶基板２を載せて回転するサ
セプタ３を備え、上方の送気管１１からガスを導入し下
方の排出口５から排出する。レデューサ１４の大径側に
半球殻体２０を取付ける。レデューサ１４の短径側を気
相成長装置１のガス導入口側に連結した。また、レデュ
ーサ１４の短径と同径の垂下管１５を取付けた。

ガス送入管１１は半球殻体２０の端部に取付けた。送気
管１１の他端はガス混合器１６に結合した。ガス混合器
１６は原料ガス１７とキャリアガス１８とを混合し、混
合気体を送気管１１に送る。

ガス供給装置は送入ガスの量及び流れを任意に変更する
ことができる。また１つのガスのあとから他のガスをガ
スの混合を生ずることなく、乱流抑制状態で送入するこ
とができる。

従って、結晶基板２上の膜厚の調整、異種ガスの混合を
生じない切替を容易に行なうことができる。

第１図（ｂ）は送気管１１の先端形状を変えた実施例を
示したものである。

吹に、第２図は本発明の別の実施例を示し、結晶成長装
置１の上部にレデューサ１４、短直管１３、半球殻体２
０を連接し、レデューサ下端の垂下管を欠除し、送気管
１１を短直管１３に取付け、半球殻体２０の内面に向け
てガスを供給するようにしたものである。この場合も第
１図の例と同様に、結晶基板上に到達するガスを自由に
調節することができる。

第３図はレデューサ１４の中又はレデューサ１４を通過
してその下方までレデューサ１４の軸心に細い原料ガス
導入直管２１を挿入した例を示した。このようにレデュ
ーサの軸心に細長い挿入物を挿入した管系でも、高いレ
イノルズ数においても乱流は抑制される。原料ガス導入
直管２１から供給されたガスは流れの中心を流れ、乱れ
が少ない。この中心流を結晶基板上に到達させることに
よって、薄膜の調整が容易にでき、また異種膜の境界部
に混合層を生じない。

第１〜３図に示す気相成長装置を用い、この装置内に空
気を導入し、結晶基板上に到達する気流の渦の発生を調
査した結果、渦の発生は格段に減少した。

［発明の効果］本発明によれば、反応炉内ガス流の乱れを抑制し、原料
ガスの切替の場合も結晶基板上に到達する異種のガスが
混合しないので、結晶界面に混合層を生じない良好な半
導体結晶を成長させることができ、その有用性は絶大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例の縦断面図、第
２図は別の実施例の縦断面図、第３図（ａ）、（ｂ）は
他の実施例の縦断面図、第４図は従来の装置の縦断面図
である。１・・・気相成長装置　　２・・・結晶基板３・・・サ
セプタ　　　　４・・・反応ガス供給口５・・・反応ガ
ス排出口　８・・・加熱装置１１・・・ガス送入管　　
１３・・・短直管１４・・・レデューサ　　１５・・・
垂下管１６・・・混合室　　　　１７・・・原料ガス１
８・・・キャリアガス　２０・・・半球殻体２１・・・
導入直管

Claims

【特許請求の範囲】１　薄膜の気相成長装置において、該装置の上部反応ガ
ス導入口にレデューサの小径端を接続し、該レデューサ
の大径端に半球殻体の大円を直接又は短直管を介して連
接し、該半球殻体内面に沿う気流を形成するガス送入管
を設けたことを特徴とする気相成長装置。２　レデューサの小径端から、該小径端と同形の直管を
装置内に垂下した請求項１記載の気相成長装置。３　レデューサの軸心に、レデューサの小径端の直径よ
り細い原料ガス導入直管を挿入垂下したことを特徴とす
る請求項１または２記載の気相成長装置。４　導入直管をレデューサを通過してその下方まで延長
した請求項３記載の気相成長装置。５　請求項１ないし４記載の何れかの装置を用い、キャ
リヤガスおよび反応ガスを送気して結晶基板上の結晶を
成長させるに当り、結晶基板上の結晶成長反応状態を測
定し、該測定値に応じて送気量を制御することを特徴と
する気相成長制御方法。