JPS5922120Y2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本案はｌｌｌ−■放間化合物、ＩＩ −ＶＩ族間化合物
および混晶の気相成長装置に関するものである。

前記化合物、混晶等の気相成長において、成長領域のガ
ス中の構成成分の濃度分布は構成成分が基板上に沈着す
るためガス流方向に分布を持つ。

しかも、一般に行われている気相成長においては反応管
に流入した時のガス中の構成成分の比（例えばＡｓ／Ｇ
ａ）が、成長させる化合物の比と大きくずれた状態で成
長を行っている。

したがって、成長領域において化合物の組成で成長が行
われて行くため気相中の構成成分の濃度はもちはん、濃
度比もガス流方向で大きく変化してくる。

したがって従来の方法で成長を行うと、ウェハー内での
成長層の厚さ分布を均一にするのは困難であり、多数の
ウェハーを同時に成長させるのも困難である。

そして上述したように、ガス中の構成成分の濃度が一定
でないため、ウェハー内あるいは、ウェハー間での結晶
性がいちじるしく異なる。

本案はかかる気相成長の欠点を補正するものである。

図を使用し以上のことを詳細に説明する。

第１図はＧａＡｓ気相成長を例にとり、従来行われて来
たトリメチルガリウム（以下ＴＭＧ）３、アルシン（以
下ＡＳＨ３）４の原材料を使用した系の成長装置を示し
たものである。

図１ｂは前記系における反応管１中のガス中に含まれた
Ｇａ濃度６、Ａｓ濃度５、Ａｓ濃度とＧＳ濃度の比（Ａ
ｓ／Ｇａ） ７をガス流方向に対して示したものであ
る。

反応管１に入れた時のガス中のＡｓ／Ｇａは２〜１０の
範囲で行われている。

この適度のＴＭＧ、 ＡｓＨ３を含んだＮ２ガス又はＮ
２ガス（不活性ガスなら何でもよい）かＧａＡｓ基板上
に来る。

この時ＧａＡｓ基板を６００’ Ｃ〜９００°Ｃに保て
ばＧａおよびＡｓが１：１の割合でＧａＡｓ基板２上に
沈着する。

したがってガス中のＧａとＡｓの濃度は第１図すに示し
たように減少して行く。

又ガス中でＡｓ濃度５＞Ｇａ濃度６であるため、ガス中
のＡｓ／Ｇａ７はＧａＡｓが基板上に沈着するにつれて
上昇する。

前記したように、ガス中のＡｓ、 Ｇａ濃度がガス流方
向に対して減少するため、ＧａＡｓの成長速度はガス流
方向に対して減少する。

又ガス流方向に対してガス中のＡｓ／Ｇａ７が上昇する
ため成長層の結晶性（キャリアの移動度、アンドープで
成長させた時のキャリア密度、化学量論的組成からの偏
差等）が変化して来る。

本案は上記したガス流方向のガス中のＡｓ、 Ｇａの濃
度が成長領域で変化するのを防ぐものである。

すなわち、成長領域のガスの一部を取り出し又は成長領
域のガスを直接、赤外分光あるいは質量分析等によりガ
ス中のＧａやＡｓあるいは両者の濃度を測定し、成長領
域にそう人した補給管より、Ｇａ又はＡｓ、あるいは両
者を補給し、成長領域での気相中のＧａ、 Ａｓの濃度
を一定とすることを特徴としている。

次に図を使用し、ＴＭＧ−ＡｓＨ３−Ｎ２系ノＧａＡｓ
気相成長を例にとり、実施例を示す。

第２図ａに示すように、成長装置は従来のＴＭＧ−Ａｓ
Ｈ３系の成長装置の成長領域にガス検出装置とガス補給
装置とを加えたものである。

ガスの主流入口２３より従米行われている組成化でＴＭ
ＧとＡｓＨ３を含んだガス３，４を成長領域８に流す。

この場合前記した通り、ＧａＡｓが成長するため気相中
のＧａ、 Ａｓの濃度１７．１９が減少する。

この減少分を補給するため、反応原料ガスの各構成成分
ガスをキャピラノ（１）、 １１および（２）、 （
１２で取り出し測定し、その結果を帰還し、各構ｅ、戊
分ガス源につながった補給管に設けられた補給用キャピ
ラリ用バルブ（１）。

（２）、 （３）、 （４）（１３，１４，１５，１６
）を自動調節し、Ｇａ。

Ａｓの濃度１７．１９を増加させる。

この例の場合、第１図に記載された如＜ 、Ｇａ、 Ａ
ｓの濃度１７．１９が゛減少するにつれて、Ａｓ／Ｇａ
濃度比２１は、高くなるので、この濃度比を一定とする
にはＴＭＧを調節する補給用キャピラリ用バルブ１３．
１５とＡｓＨ３を調節する補給用キャピラリ用バルブ１
４．１６を、上記の検出結果に基づいて各機ｒｆ７：、
ｒｆｉ、９毎に別々に調節し、Ａｓ、 Ｇｓの各濃度及
び、Ａｓ／Ｇａ濃度比を一定としている。

従来の気相成長装置を使用してＧａＡｓを成長させると
ガス流方向にウェハーを並べて成長を行うことができず
、又ウェハー内の厚さ分布もせいぜい±１０％であった
。

本案の成長装置を使用することによりアンドープのＧａ
Ａｓを成長させ、成長層の厚さで１ウエハー内で±４％
、ウェハー間で±５％で制御することができた。

又結晶性を示すキャリア移動度はウェハー間で±５％で
制御できた。

本案による気相成長装置はＧａ−ＡｓＣ１□−Ｎ２系あ
るいはＧａ−ＡｓＣｌ２−Ｎ２系に適用できる。

又成長させる結晶も、ＧａＰ、ＩｎＰ等のすべてのＩＩ
Ｉ−Ｖ放間化合物結晶および、それらの間の混晶および
ＺｅＳｅ、 ＺｅＴｅ等のすべての■■−ｖＩ族間化合
輪間化合物結晶それら間の混晶の気相成長において均一
度のすぐれた結晶を多量に成長させることができる。

又ＩＶ族元素同志間、例えば５ｉ−Ｇｅ等の混晶系にお
いても同様である。

特に全組成領域で混晶可能な混晶には特に有効であるこ
とは明らかである。

ガス中の構成成分の検出および補給の方法も第３図に示
すように多種の応用例で行うことが゛できる。

第３図ａは検出用キャピラリと補給用キャピラリを近づ
け補給の応答を早くしたものである。

第３図すは補給用のキャピラリの出口を水平方向に向け
、補給したガスを早く均一にさせるようにした。

第３図Ｃは補給用キャピラリに多数の穴をもうけ、ガス
流方向に対しても横方向に対しても均一性を保つように
したものである。

又検出用キャピラリ、補給用キャピラリは何本使用して
も良く、本数が多けれは゛多いほどよい。

本案は、高周波誘導加熱方式、抵抗加熱方式ランプ加熱
方式のすべての加熱方式を使用した炉に適用できる。

【図面の簡単な説明】 第１図ａは、従来使用されているＧａＡｓの気相成長装
置の概略図、第１図すは、従来の気相成長装置を使用し
た時の反応管内ガス中のＧａ、 Ａｓの濃度およびそれ
らの比のガス流方向分布図、第２図ａは、本案の気相成
長装置の概略図、第２図すは、本案の気相成長装置を使
用した時の反応管内ガス中のＧａ、 Ａｓの濃度および
、それらの比のガス流方向分布図、第３図ａ、 ｌ）
、 ｃ、 ｄは、検出用キャピラリ、補給用キャピ
ラリの応用例を示す図である。 １・・・反応管、２・・・基板、３・・・トリメチルガ
リウム、４・・・アルシン ５・・・Ａｓ、６・・・Ｇ
ａ、７・・・Ａｓ／Ｇａ。 ８・・・成長領域。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 反応原料ガスの流れ方向に沿って半導体基板を配置した
   反応容器内に反応原料ガスを導入し、半導体基板上にＩ
   ＩＩ−Ｖ放間化合物結晶、ＩＩ −ＶＩ族間化合物結晶
   又は混晶を気相成長させるものにおいて、一端が複数に
   分かれ、それぞれ反応原料ガス中の各構成成分ガス源に
   個別の流量調節手段を介して連らなり、他端が反応容器
   内の反応原料ガスの流れ方向の任意の個所に開口する補
   給管と、反応容器内の補給管の開口部近傍に設けられた
   反応原料ガス中の各構ｅ、戊分ガス濃度を検出する手段
   と、検出結果により、反応容器内の各構成成分ガス濃度
   を所定の濃度に保つために補給管の中を流れる各構成成
   分ガスの流量を調節する手段とを有することを特徴とす
   る気相成長装置。