JPH0657635B2 - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPH0657635B2
JPH0657635B2 JP7448886A JP7448886A JPH0657635B2 JP H0657635 B2 JPH0657635 B2 JP H0657635B2 JP 7448886 A JP7448886 A JP 7448886A JP 7448886 A JP7448886 A JP 7448886A JP H0657635 B2 JPH0657635 B2 JP H0657635B2
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C23C16/0236Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching by etching with a reactive gas

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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、有機金属化合物を原料としてIII−V族化合
物半導体薄膜結晶を成長させる気相成長装置に関する。
(従来技術とその問題点) 有機金属化合物としてトリメチルガリウム(TMG)を
用い、V族の水素化物としてアルシンガスを用いてGaAs
結晶を成長させる場合について従来技術を説明する。
従来は、第1図に示すように、TMGガス導入口1とア
ルシンガス導入口2を備え、カーボンなど導電性のある
サセプタ4を反応管6中に固定配置し、そのサセプタ4
上に基板3を配置する構造になっていた。結晶を成長さ
せるには、高周波加熱用コイル5に高周波を印加し、誘
導加熱法によりサセプタ4を750℃に加熱する。次に、
TMGとアルシンガスを反応管6内に導入すると、各々
のガスは熱せられている基板3の近傍で分解し、GaAsと
なって基板3上に成長する。このような成長において、
高品質な化合物半導体結晶を得るためには、基板3の表
面の清浄度が重要である。特にシリコン上に化合物半導
体結晶を成長させるいわゆるヘテロエピタキシャル成長
の場合には、反応管6内を水素雰囲気にしてシリコン基
板を1000℃程度の高温に保ち、基板3の表面の汚れや自
然酸化膜を除去する清浄化処理が必須となる。しかしな
がら、従来の装置では前回の成長時に基板3より下流の
反応管6の管壁に堆積したGaAs結晶やTMGの分解生成
物がGaAs成長温度より高い上記清浄化処理時の1000℃の
高温によりその反応管6の管壁から蒸発し、基板3に付
着するため、その清浄化処理によりかえって汚染してし
まうという問題があった。その汚染によりSi(100)基
板を用いた場合にGaAs(100)とGaAs(00)が混在
するいわゆるアンチフェーズドメインが発生する。
また、従来は反応管6の管壁に付着した生成物を除去す
るため、HClを流しエッチングにより清浄にする方法が
とられている。GaAs基板上にGaAs結晶を成長させるホモ
エピタキシャル成長の場合には上記のHClによるクリー
ニング(清浄化処理)は効果がある。しかし、シリコン
を基板3とする場合には、クリーニング後にも反応管6
内に保留している微量のHClが反応管6に用いられてい
るSiO2を腐食し、このSiO2の酸素成分がシリコン基板3
の表面を酸化させるため、化合物半導体結晶が成長しな
くなるという欠点があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、シリコン基板の表面を清浄に保ってそ
のシリコン基板上に化合物半導体を有機金属原料を用い
て結晶成長させることのできる気相成長装置を提供する
ことにある。
(発明の特徴) 本発明は、V族元素の水素化物ガスが流れ、かつ基板を
一時収納できるようにした清浄化処理スペースを反応管
内に備えてその清浄化処理スペース内で基板の清浄化処
理を行いその清浄化処理スペースから流出したV族元素
の水素化物ガスとIII族元素の有機金属化合物ガスとが
合流する位置に基板を移動して気相成長をすることがで
きるように構成したことを最も主要な特徴とする。従来
の技術では、基板を反応管内に固定し、その基板にIII
族元素の有機金属化合物ガスとV族元素の水素化物ガス
の混合ガスを送る構成である。上記の点で従来技術とは
異なる。
(実施例) 以下本発明の実施例について詳細に説明する。
第2図は本発明による気相成長装置の構成図である。本
実施例では、トリメチルガリウムとアルシンを用いてGa
As結晶をSi基板上に成長させる例を説明するが、本発明
は上記組合わせだけに限定するものではなく、トリメチ
ルガリウム,トリメチルインジウム,ホスフィンなどを
用いてGaP,InP等の化合物半導体を成長させる場合にも
適用することができる。
第2図において、11はトリメチルガリウムガス導入口、
12はアルシンガス導入口、13はシリコン基板、14はカー
ボン製のサセプタ、15は高周波加熱用コイル、16はアル
シンが流れかつ基板を一時収納できる清浄化処理スペー
ス、17は排気口、18は基板を移動させるための棒、19は
しぼり、20は反応管、21はトリメチルガリウムガスの流
れ、22はアルシンガスの流れである。トリメチルガリウ
ムガス導入口11は反応管20内をクリーニングする際のHC
lガスの導入口を兼ねる。HClガスの導入口はアルシンガ
スと同一の流路とならないことが重要で他に導入口を設
置してもよい。反応管20は、すべて石英ガラス製であ
る。第3図は基板を一時収納する清浄化処理スペース16
に基板13を収納した場合を示した。このような基板13の
配置ではアルシンガスの流れ22により基板を一時収納す
る清浄化処理スペース16外にあるアルシン以外のガス成
分は押し流され、この清浄化処理スペース内に入ること
はない。
上記装置を用いてSi基板13上にGaAsを成長させるには次
のように実施する。Si基板13を洗浄した後、表面に形成
されている自然酸化膜をHF水溶液で除去し、直ちに反
応管20内に入れる。基板13を載せたサセプタ14を清浄化
処理スペース16内の第3図に示す位置に移動し、導入口
11,12よりH2ガスを導入する。高周波加熱コイル15に高
周波電力を印加し、基板13を1000℃に加熱して基板13の
表面にある自然酸化膜や汚れを除去する清浄化処理を行
う。次に、基板13の温度を400℃に低下させ導入口12に
よりアルシンガスを導入し22に示すように流す。次に、
導入口11よりトリメチルガリウムガスを導入し、ガス流
21が定常になった後、棒18を移動させて基板を清浄化処
理スペース16より引き出し、第2図に示すようにトリメ
チルガリウムガス流21とアルシンガス流22とが合流する
合流領域に基板13が配置されるようにして成長を開始す
る。2分後に再び基板13を第3図に示された配置状態に
して成長を止める。このような成長工程により、Si基板
13上には膜厚、200ÅのGaAs膜が成長した。次に、750℃
に基板13の温度を上昇させ再び第2図の配置にして30分
間保った。このような工程によりSi基板13上には膜厚2.
5μmで基板13の方位を引き継いだ鏡面状のGaAs膜が成
長した。成長した膜の結晶性をX線2結晶回折法で調べ
たところ、バルクGaAs結晶の回折線半値幅と同等なアン
チフェーズドメインのない単結晶であった。
上記成長工程を行った後には、サセプタ14上にもGaAs多
結晶が成長している。これを除去するため、第2図の配
置にサセプタ14を保ち、導入口11よりHClガスを導入
し、サセプタ14を1000℃に加熱して、GaAs多結晶を除去
した。続いてHClガスを止め、H2ガスを流し、サセプタ1
4中に染め込んだHClガス成分を揮発させた。この清浄化
処理工程中導入口12よりH2ガスを常に流し、清浄化処理
スペース16にはHCl成分が入り込まないようにした。再
び前記実施例で述べたGaAs結晶をSi基板上13上に成長さ
せる工程を繰り返したが、第1回目と同じく良好に成長
させることができ、再現性が確認された。これは反応管
20やサセプタ14が良く清浄化され残留HClやGaAsがな
く、Si基板13上が清浄に保たれていることによるもので
ある。
第4図(a)(b)は本発明の第2の実施例を示す縦断面図及
び横断面図である。本実施例の装置は縦型であり、円板
状のサセプタ34上に基板33を配置しサセプタ34の回転に
より第1の実施例で説明したように基板33の移動を行
う。成長は第1の実施例と同様に基板33をサセプタ34上
に乗せ、サセプタ回転軸38の操作により、アルシンガス
導入口32の直下の清浄化処理スペース36内に基板33を配
置する。39はしぼりである。先ずH2ガスをアルシンガス
導入口32より導き、高周波加熱用コイルにより、基板33
を加熱してその基板33の表面上の自然酸化膜を除去する
ための清浄化処理を行う。次に、アルシンガスの流れ42
とトリメチルガリウムガスの流れ41とをそれぞれの導入
口32,31より入れ、サセプタ34を回転させ、アルシンガ
スとトリメチルガリウムガスが合流する合流領域に第4
図(a)(b)に点線で示すように基板33を位置させて成長を
行う。
上記実施例1,2では加熱に高周波誘導加熱法を行った
が赤外線ランプを用いてもよい。また、第1,第2の実
施例においてアルシンガス,トリメチルガリウムガス各
々にH2ガスを混合してキャリアガスとして用いても良い
ことは言うまでもない。また、第4図では基板を一枚と
したが複数枚置いてもよい。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明による気相成長装置は、反
応管内にV族元素の水素化物ガスが流れかつ基板を一時
収納できる清浄化処理スペースを備え、この清浄化処理
スペースのガス流出口において前記のV族元素の水素化
物ガスとIII族有機金属化合物ガスとが合流する合流領
域が得られるようにし、かつ前記の清浄化処理スペース
内と前記合流領域に基板が移動できるようにした機構を
持つ構造であるため、サセプタや反応管の清浄化にHCl
を用いても、基板をその清浄化処理スペース内に一時退
避させておくことにより、その基板を成長直前まで残留
HClのない雰囲気に保つことができる。そのため、成長
時に基板の表面を清浄に保つことが出来るので、再現性
良くアンチフェーズドメインのない化合物半導体を成長
させることができる。またHClを使用した後、残留HClを
反応管より追い出すための長時間のパージを行う必要が
ないため装置の使用効率が上がるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の気相成長装置の概念を示す断面略図、第
2図は本発明装置の第1の実施例を示す縦断面略図、第
3図は本発明装置の動作を説明するための縦断面略図、
第4図(a)(b)は本発明の第2の実施例を示す縦断面図お
よびIV−IV面に沿う横断面図である。 1……トリメチルガリウムガス導入口、 2……アルシンガス導入口、3……基板、 4……サセプタ、5……高周波加熱用コイル、 11……トリメチルガリウムガス導入口、 12……アルシンガス導入口、13……基板、 14……サセプタ、15……高周波加熱用コイル、 16……清浄化処理スペース、17……排気口、 18……基板を移動させる棒、19……しぼり、 20……反応管、21……トリメチルガリウムガスの流れ、
22……アルシンガスの流れ、 31……トリメチルガリウムガス導入口、 32……アルシンガス導入口、33……基板、 34……サセプタ、35……高周波加熱用コイル、 36……清浄化処理スペース、37……排気口、 38……サセプタ回転軸、39……しぼり、 41……トリメチルガリウムガスの流れ、 42……アルシンガスの流れ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−20763(JP,A) 特開 昭60−25227(JP,A) 特開 昭62−145725(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】III族元素を有機金属化合物ガスでまたV
    族元素を水素化物ガスで反応管内に輸送して該反応管内
    に収容された基板上にIII−V族化合物半導体結晶を成
    長させる気相成長装置においてV族元素の水素化物ガス
    が流されることによって前記有機金属化合物ガスが流れ
    込まないように形成されかつ前記基板を一時収納できる
    ようにした清浄化処理スペースを前記反応管内に備え、
    該清浄化処理スペースのガス流出口において前記水素化
    物ガスと前記有機金属化合物ガスとが合流する合流領域
    が得られるように形成され、かつ前記清浄化処理スペー
    ス内と前記合流領域に前記基板が移動できるようにした
    機構を備えたことを特徴とする気相成長装置。
  2. 【請求項2】前記清浄化処理スペースは、前記水素化物
    ガスの導入口に連結されかつ前記反応管内に該水素化物
    ガスの流れを導くしぼり付開口を有する小室よりなり、
    該しぼり付開口を介して前記基板が該清浄化処理スペー
    スと前記反応管内の前記合流領域との間で相互移動可能
    なるように形成されたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の気相成長装置。
  3. 【請求項3】前記清浄化処理スペースは、縦形の前記反
    応管の上部管壁と該上部管壁と適宜の間隔をおいて該反
    応管内に配置された基板保持用のサセプタとの間にしぼ
    り機構により前記反応管と区切られて形成され、該清浄
    化処理スペースには前記上部管壁に前記水素化物ガスの
    導入口が設けられ、前記サセプタの回転機構により該サ
    セプタ上の前記基板が該清浄化処理スペース外の前記反
    応管の上部管壁に設けられた前記有機金属化合物ガスの
    導入口近傍に形成される前記合流領域と前記清浄化処理
    スペースとの間で相互移動可能なるように形成されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気相成長装
    置。
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