JPH0748478B2 - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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- JPH0748478B2 JPH0748478B2 JP4182752A JP18275292A JPH0748478B2 JP H0748478 B2 JPH0748478 B2 JP H0748478B2 JP 4182752 A JP4182752 A JP 4182752A JP 18275292 A JP18275292 A JP 18275292A JP H0748478 B2 JPH0748478 B2 JP H0748478B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相成長装置に関し、特
にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体等の気相結晶成長装置に関
する。
にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体等の気相結晶成長装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰのような化
合物半導体の従来の気相成長装置は、有機金属であるト
リエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ，以下ＴＥＧと
略す）やトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ，以
下、ＴＭＩと略す）やトリメチルアルミニウム（Ａｌ
（ＣＨ3 ）3 ，以下、ＴＭＡと略す）とハイドライドガ
スであるアルシン（ＡｓＨ3 ）やホスフィン（ＰＨ3 ）
の組み合わせによる気相反応で気相成長せしめていた。
しかしながら、例えばＧａＩｎＰ（ガリウムインジウム
リン）の結晶を成長するような場合は、常温で反応を起
こし、中間生成物ができてしまい、半導体ウェファー上
に良質な結晶が出来ない。このような場合、図３のよう
にＩＩＩ族ガスである有機金属ガスの導入ポート１６
（ＴＥＧ，ＴＭＩ）とハイドライドガス等のＶ族ガスの
導入ポート１７（ＰＨ3 ）より反応炉内へ別々に原料ガ
スを導入し、半導体ウェファー１８上まで合流させない
ようにし、中間生成物ができる可能性を低くしている。
また、他の従来の気相成長装置では、図４のように、有
機金属ガスとＶ族ガスの一方の原料ガスを導入する第１
のガス導入ポート１９と他方の原料ガスを導入する第２
のガス導入ポート２０と、第１のガス導入ポート１９よ
り導入されたガスを拡散させるディフューザ２１とを有
し、第２のガス導入ポート２０はこのディフューザ２１
以降に設置され、半導体ウェファー２２上まで２つの原
料ガスが合流しないようにして中間生成物ができる可能
性を低くしている。更に他の従来例では図５のように第
１の原料ガス導入ポート２３と第２の原料ガス導入ポー
ト２４とは別の異なる新たな水素，窒素又は不活性ガス
導入ポート２５をこれらの間に設けることで、半導体ウ
ェファー２６上まで２つの原料ガスが合流しないように
して中間生成物ができる可能性を低くしている。
合物半導体の従来の気相成長装置は、有機金属であるト
リエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ，以下ＴＥＧと
略す）やトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ，以
下、ＴＭＩと略す）やトリメチルアルミニウム（Ａｌ
（ＣＨ3 ）3 ，以下、ＴＭＡと略す）とハイドライドガ
スであるアルシン（ＡｓＨ3 ）やホスフィン（ＰＨ3 ）
の組み合わせによる気相反応で気相成長せしめていた。
しかしながら、例えばＧａＩｎＰ（ガリウムインジウム
リン）の結晶を成長するような場合は、常温で反応を起
こし、中間生成物ができてしまい、半導体ウェファー上
に良質な結晶が出来ない。このような場合、図３のよう
にＩＩＩ族ガスである有機金属ガスの導入ポート１６
（ＴＥＧ，ＴＭＩ）とハイドライドガス等のＶ族ガスの
導入ポート１７（ＰＨ3 ）より反応炉内へ別々に原料ガ
スを導入し、半導体ウェファー１８上まで合流させない
ようにし、中間生成物ができる可能性を低くしている。
また、他の従来の気相成長装置では、図４のように、有
機金属ガスとＶ族ガスの一方の原料ガスを導入する第１
のガス導入ポート１９と他方の原料ガスを導入する第２
のガス導入ポート２０と、第１のガス導入ポート１９よ
り導入されたガスを拡散させるディフューザ２１とを有
し、第２のガス導入ポート２０はこのディフューザ２１
以降に設置され、半導体ウェファー２２上まで２つの原
料ガスが合流しないようにして中間生成物ができる可能
性を低くしている。更に他の従来例では図５のように第
１の原料ガス導入ポート２３と第２の原料ガス導入ポー
ト２４とは別の異なる新たな水素，窒素又は不活性ガス
導入ポート２５をこれらの間に設けることで、半導体ウ
ェファー２６上まで２つの原料ガスが合流しないように
して中間生成物ができる可能性を低くしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この従来の気相成長装
置では、ウェファーの大面積化による量産が難しく、半
導体ウェファーが直径で５ｃｍ（２インチ）以上で膜厚
均一性５％以内格子整合度Δａ／ａで±０．３＋１０-3
以内を実現できないという問題があった。さらにカウン
タムウェル層を成長するような場合膜厚５０オングスト
ローム程度を均一性よく直径５ｃｍ（２インチ）ウェフ
ァーの表面に成長しずらいという問題があった。
置では、ウェファーの大面積化による量産が難しく、半
導体ウェファーが直径で５ｃｍ（２インチ）以上で膜厚
均一性５％以内格子整合度Δａ／ａで±０．３＋１０-3
以内を実現できないという問題があった。さらにカウン
タムウェル層を成長するような場合膜厚５０オングスト
ローム程度を均一性よく直径５ｃｍ（２インチ）ウェフ
ァーの表面に成長しずらいという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガスを
熱分解させ、結晶成長させる反応炉において、有機金属
であるＴＥＧやＴＭＩやＴＭＡとハイドライドガスであ
るアルシンやホスフィンが中間反応を生じないように別
々に導入する複数のガス導入ポートを設け、これら両ガ
スが半導体ウェファー上で均一な流れとなるように、そ
の出口にそれぞれディフューザと呼ばれる小さな穴の開
いた邪魔板を設け、この邪魔板の穴は有機金属ガスの出
口流速がハイドライドガスの出口流速の１〜１．５倍と
なるように穴の大きさが調整されており、両ガスを効率
よく半導体ウェファーに当てるために、ガス導入ポート
の周囲に水素，窒素又は不活性ガスを半導体ウェファー
側に流すための不活性ガス導入ポートとを設けた気相成
長装置を得る。
熱分解させ、結晶成長させる反応炉において、有機金属
であるＴＥＧやＴＭＩやＴＭＡとハイドライドガスであ
るアルシンやホスフィンが中間反応を生じないように別
々に導入する複数のガス導入ポートを設け、これら両ガ
スが半導体ウェファー上で均一な流れとなるように、そ
の出口にそれぞれディフューザと呼ばれる小さな穴の開
いた邪魔板を設け、この邪魔板の穴は有機金属ガスの出
口流速がハイドライドガスの出口流速の１〜１．５倍と
なるように穴の大きさが調整されており、両ガスを効率
よく半導体ウェファーに当てるために、ガス導入ポート
の周囲に水素，窒素又は不活性ガスを半導体ウェファー
側に流すための不活性ガス導入ポートとを設けた気相成
長装置を得る。
【０００５】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【０００６】図１は本発明の一実施例の気相成長装置の
概略図で、図２は図１に示した反応部の詳細図である。
この気相成長装置は、有機金属，ハイドライドガス及び
キャリアガスである水素及びパージガスであるアルゴン
を制御，供給するガスミキサ１と有機金属であるＴＥ
Ｇ，ＴＭＩ，ＴＭＡとハイドライドガスであるアルシン
（ＡｓＨ3 ），ホスフィン（ＰＨ3 ）を高周波加熱５に
よって６００〜８００℃に加熱されたサセプタ７及び半
導体ウェファー６上で熱分解し、半導体ウェファー６上
にＧａＡｓ，ＧａＩＰ，ＡｌＧａＩＰ等の薄膜を結晶成
長するための反応部２とこの反応部２を所望の圧力に制
御し、未反応ガスや結晶ダストを排気する排気部３とサ
セプタ７及び半導体ウェファー６を大気に触れないよう
に反応部２まで供給，取出すための搬送部４とこれら４
つのユニットを制御するためのコントローラ（図示せ
ず）とを備えている。
概略図で、図２は図１に示した反応部の詳細図である。
この気相成長装置は、有機金属，ハイドライドガス及び
キャリアガスである水素及びパージガスであるアルゴン
を制御，供給するガスミキサ１と有機金属であるＴＥ
Ｇ，ＴＭＩ，ＴＭＡとハイドライドガスであるアルシン
（ＡｓＨ3 ），ホスフィン（ＰＨ3 ）を高周波加熱５に
よって６００〜８００℃に加熱されたサセプタ７及び半
導体ウェファー６上で熱分解し、半導体ウェファー６上
にＧａＡｓ，ＧａＩＰ，ＡｌＧａＩＰ等の薄膜を結晶成
長するための反応部２とこの反応部２を所望の圧力に制
御し、未反応ガスや結晶ダストを排気する排気部３とサ
セプタ７及び半導体ウェファー６を大気に触れないよう
に反応部２まで供給，取出すための搬送部４とこれら４
つのユニットを制御するためのコントローラ（図示せ
ず）とを備えている。
【０００７】有機金属であるＴＥＧ，ＴＭＩ，ＴＭＡ等
はバブラと呼ばれる金属の密閉ボトルに収納されてお
り、有機金属の反応部２への供給量は、各有機金属の蒸
気圧，バブラの温度，バブラ内に流すマスフローコント
ローラにより制御された水素流量によりお決められる。
ハイドライドガスであるアルシン，ホスフィン等は、高
圧ボンベに収納されており、このハイドライドガスの反
応部２への供給量は、マスフローコントローラにより制
御され決められる。この制御された有機金属とハイドラ
イドガスは、それぞれ有機金属導入ポート９とハイドラ
イド導入ポート８により反応部２の内部に導入される。
このそれぞれの導入ポート８，９は、同心円状に分離さ
れたまま、半導体ウェファー６上部まで導かれる。その
出口は、それぞれディフューザ１１，１２が形成されて
いる。このディフューザ１１，１２は、導入ガスを均一
よく分布させるため、小さな穴が均一よく並んでいる。
さらにこのディフューザの穴１４，１５のそれぞれの総
面積比はほぼ１：１となっている。また別のシャワーガ
ス導入ポート１０によりシャワーガスの水素を供給し、
有機金属を含むガスとハイドライドガスの周囲に流し、
両ガスを整流させ、効率よく両ガスを半導体ウェファー
６に当てる。このシャワーガス部にも均一性を向上させ
るためディフューザ１３が設けられている。
はバブラと呼ばれる金属の密閉ボトルに収納されてお
り、有機金属の反応部２への供給量は、各有機金属の蒸
気圧，バブラの温度，バブラ内に流すマスフローコント
ローラにより制御された水素流量によりお決められる。
ハイドライドガスであるアルシン，ホスフィン等は、高
圧ボンベに収納されており、このハイドライドガスの反
応部２への供給量は、マスフローコントローラにより制
御され決められる。この制御された有機金属とハイドラ
イドガスは、それぞれ有機金属導入ポート９とハイドラ
イド導入ポート８により反応部２の内部に導入される。
このそれぞれの導入ポート８，９は、同心円状に分離さ
れたまま、半導体ウェファー６上部まで導かれる。その
出口は、それぞれディフューザ１１，１２が形成されて
いる。このディフューザ１１，１２は、導入ガスを均一
よく分布させるため、小さな穴が均一よく並んでいる。
さらにこのディフューザの穴１４，１５のそれぞれの総
面積比はほぼ１：１となっている。また別のシャワーガ
ス導入ポート１０によりシャワーガスの水素を供給し、
有機金属を含むガスとハイドライドガスの周囲に流し、
両ガスを整流させ、効率よく両ガスを半導体ウェファー
６に当てる。このシャワーガス部にも均一性を向上させ
るためディフューザ１３が設けられている。
【０００８】例えば、ＧａＩＰ（ガリウムインジウムリ
ン）の薄膜を成長する場合、有機金属はＴＥＧ，ＴＭＩ
が使用される、有機金属導入ポート９より供給されるト
ータルガス流量はキャリアガスである水素を含め２．０
リットル／ｍｉｎとする。ハイドライドガスはホフフィ
ンが使用される。ハイドライドガス導入ポート８より供
給されるトータルガス流量は、キャリアガスである水素
を含め１．５リットル／ｍｉｎとする。このとき、両ガ
スのディフューザ１１，１２の出口の穴１４，１５の総
面積比はほぼ１：１であるので、出口の流速はほぼ有機
金属とハイドライドガスで１．３対１となる。両ガスの
流速差は１〜１．５倍以内にする。
ン）の薄膜を成長する場合、有機金属はＴＥＧ，ＴＭＩ
が使用される、有機金属導入ポート９より供給されるト
ータルガス流量はキャリアガスである水素を含め２．０
リットル／ｍｉｎとする。ハイドライドガスはホフフィ
ンが使用される。ハイドライドガス導入ポート８より供
給されるトータルガス流量は、キャリアガスである水素
を含め１．５リットル／ｍｉｎとする。このとき、両ガ
スのディフューザ１１，１２の出口の穴１４，１５の総
面積比はほぼ１：１であるので、出口の流速はほぼ有機
金属とハイドライドガスで１．３対１となる。両ガスの
流速差は１〜１．５倍以内にする。
【０００９】さらにシャワーガスは６リットル／ｍｉｎ
流す。半導体ウェファー６は温度７００℃程度、成長圧
力は３０Ｔｏｒｒ程度である。この結果膜厚分布は直径
５ｃｍ（２インチ）の半導体ウェファー６の表面内で３
％以内を実現し、格子整合度分布においても直径５ｃｍ
（２インチ）の面内でΔａ／ａは０．１５×１３-3を実
現した。
流す。半導体ウェファー６は温度７００℃程度、成長圧
力は３０Ｔｏｒｒ程度である。この結果膜厚分布は直径
５ｃｍ（２インチ）の半導体ウェファー６の表面内で３
％以内を実現し、格子整合度分布においても直径５ｃｍ
（２インチ）の面内でΔａ／ａは０．１５×１３-3を実
現した。
【００１０】また、レーザダイオードの結晶の性能向上
のため、薄膜（５０〜１０００オングストローム）の連
続成長が必要となるが、有機金属，ハイドライドガスが
効率よく半導体ウェファー６に当り、反応部２内部が層
流となり、ガスの急峻性が向上したことにより、５０オ
ングストローム程度の薄膜連続成長が可能となった。
のため、薄膜（５０〜１０００オングストローム）の連
続成長が必要となるが、有機金属，ハイドライドガスが
効率よく半導体ウェファー６に当り、反応部２内部が層
流となり、ガスの急峻性が向上したことにより、５０オ
ングストローム程度の薄膜連続成長が可能となった。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では気相成
長装置の反応部において有機金属であるＴＥＧ，ＴＭ
Ｉ，ＴＭＡとハイドライドガスであるアルシン，ホスフ
ィンを別々のポートにより導入し、半導体ウェファー上
まで混合させずそれぞれの出口部にディフューザを設
け、さらにその出口の穴の面積比を有機金属を含むガス
の出口流速がハイドライドガスの出口流速の１〜１．５
倍にし、また水素，窒素又は不活性ガスをさらに別のポ
ートより導入させ、有機金属とハイドライドガスの周囲
に均一よく流したことで、ＴＥＧ，ＴＭＩ，ＴＭＡとア
ルシン，ホスフィンの中間反応を低減させＧａＩｎＰや
ＡｌＧａＩｎＰのような結晶においても中間生成物によ
る結晶品質の低下を起こさず結晶成長を行なうことが可
能となった。また反応部内のガス流の層流化を実現した
ことにより、均一性の向上，ガスの切換え急峻性が向上
した。よって膜厚の均一性では直径５ｃｍ（２インチ）
のウェファー面内で５％以内、格子整合度分布では直径
５ｃｍ（２インチ）のウェアーの面内でΔａ／ａ≦±
０．３×１０-3を実現し、量産性の優れた結晶を成長す
ることが可能となった。さらに、５０オングストローム
程度の薄膜が連続に成長できることが可能となり、レー
ザダイオードのカウンタムウェル成長ができるという効
果を有する。
長装置の反応部において有機金属であるＴＥＧ，ＴＭ
Ｉ，ＴＭＡとハイドライドガスであるアルシン，ホスフ
ィンを別々のポートにより導入し、半導体ウェファー上
まで混合させずそれぞれの出口部にディフューザを設
け、さらにその出口の穴の面積比を有機金属を含むガス
の出口流速がハイドライドガスの出口流速の１〜１．５
倍にし、また水素，窒素又は不活性ガスをさらに別のポ
ートより導入させ、有機金属とハイドライドガスの周囲
に均一よく流したことで、ＴＥＧ，ＴＭＩ，ＴＭＡとア
ルシン，ホスフィンの中間反応を低減させＧａＩｎＰや
ＡｌＧａＩｎＰのような結晶においても中間生成物によ
る結晶品質の低下を起こさず結晶成長を行なうことが可
能となった。また反応部内のガス流の層流化を実現した
ことにより、均一性の向上，ガスの切換え急峻性が向上
した。よって膜厚の均一性では直径５ｃｍ（２インチ）
のウェファー面内で５％以内、格子整合度分布では直径
５ｃｍ（２インチ）のウェアーの面内でΔａ／ａ≦±
０．３×１０-3を実現し、量産性の優れた結晶を成長す
ることが可能となった。さらに、５０オングストローム
程度の薄膜が連続に成長できることが可能となり、レー
ザダイオードのカウンタムウェル成長ができるという効
果を有する。
【図１】本発明の一実施例の概略図
【図２】図１に示した反応部の詳細図
【図３】第１の従来技術の気相成長装置の概略図
【図４】第２の従来技術の気相成長装置の概略図
【図５】第３の従来技術の気相成長装置の概略図
１ ガスミキサ ２ 反応部 ３ 排気部 ４ 搬送部 ５ 高周波加熱 ６ 半導体ウェファー ７ サセプタ ８ ハイドライドガス導入ポート ９ 有機金属導入ポート １０ シャワーガス導入ポート １１ ディフューザ １２ ディフューザ １３ ディフューザ １４ 穴 １５ 穴 １６ 有機金属ガスポート １７ Ｖ族ガス導入ポート １８ 半導体ウェファー １９ 第１のガス導入ポート ２０ 第２のガス導入ポート ２１ ディフューザ ２２ 半導体ウェファー ２３ 第１のガス導入ポート ２４ 第２のガス導入ポート ２５ 不活性ガス導入ポート ２６ 半導体ウェファー
Claims (2)
- 【請求項１】 有機金属を含むガスとハイドライドガス
が別々に供給され、且つ半導体ウェファー直前まで合流
しないようにされたガス導入ポートと、該ガス導入ポー
トから導入された前記有機金属を含むガスと前記ハイド
ライドガスの前記半導体ウェファー上への供給状態を制
御する多数の小さな穴を有した邪魔板と、前記ガス導入
ポートから導入された前記有機金属を含むガスと前記ハ
イドライドガスとの流れの周囲に水素，窒素又はその他
不活性ガスを流すためのガス供給ポートとを有すること
を特徴とする気相成長装置。 - 【請求項２】 前記邪魔板の前記多数の小さな穴は、該
邪魔板出口での流速が前記有機金属を含むガスが前記ハ
イドライドガスの１〜１．５倍となるように穴面積が調
整されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182752A JPH0748478B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182752A JPH0748478B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244110A JPH06244110A (ja) | 1994-09-02 |
| JPH0748478B2 true JPH0748478B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=16123818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4182752A Expired - Fee Related JPH0748478B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0748478B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001351864A (ja) * | 2000-06-09 | 2001-12-21 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 薄膜気相成長方法及び該方法に用いられる薄膜気相成長装置 |
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1992
- 1992-07-10 JP JP4182752A patent/JPH0748478B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH94=1989 * |
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