JPS5973496A - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPS5973496A
JPS5973496A JP57183946A JP18394682A JPS5973496A JP S5973496 A JPS5973496 A JP S5973496A JP 57183946 A JP57183946 A JP 57183946A JP 18394682 A JP18394682 A JP 18394682A JP S5973496 A JPS5973496 A JP S5973496A
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JP
Japan
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gas
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vapor
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JP57183946A
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English (en)
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Motoji Morizaki
森崎 元司
Mototsugu Ogura
基次 小倉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 産業上の利用分野 本発明は、成長層が均一な半導体結晶層を得ることがで
きる気相成長装置に関するものである0従来例の構成と
その問題点 近年半導体装置の構造は複雑化の傾向があり、特に化合
物半導体の複雑化はめざましいものがある。そのだめ化
合部半導体成長技術として数百Å以下という非常に薄い
成長層厚の制御、混晶を含む多層の形成、量産へ向けで
の高均一で大面積成長といったことが望まれている。こ
のような要求を満たす新しい気相成長法として、有機金
属気相成長(以下MOCVDという)が注目されている
このMOCVD法とは、■族元素のアルキル化物(At
、Ga、Inのメチル化物やエチル化物等)と■族元素
の水素化物(PH5、人BHs、5bHs等)を反応炉
に供給し、加熱された基板表面上で熱分解、反応させ、
基板表面に■−■族化合物半導体をエピタキシャル成長
させる気相成長法である。
一般的なMOCVD装置の反応炉部を第1図で示す。m
族元素の原料であるアルキル化物は、比較的高い蒸気圧
をもつ液体であるので、水素を通すことによってアルキ
ル化物を水素に含ませて、導入v1から反応炉2に供給
する。一方、V族元素の原料である水素化物は導入管3
より反応炉2に供給されて、これらの気相成長用ガス(
以下、原料ガスという)が混合される。基板4は黒鉛製
の保持台6に置かれ、高周波コイルらで加熱される。反
応炉2に供給された原料ガスは基板4の表面で熱分解反
応が非可逆的に進行し、I−V族化合物半導体結晶(I
nP、 GaAs、又はこれらの三元、四元混晶等)が
成長する。この熱分解反応は、アルキル基を−R1R1
三木元素B、%I族元素をVBと書くと、形式的には 11[B−R+ VsH3−116VB + 3H−R
と表わすことができる。なお、7は排気管である。
さて第1図の装置を用いた結晶成長において、成長速度
は一般にm族元素の原料ガスの供給量に比例し、■族元
素の原料ガスの供給量や、基板温度には依存しない。そ
のため、m族元素の原料ガスの供給量の制御によって成
長層厚を容易に、しかも精密に制御することが可能であ
る。また第1図のような反応炉の構成によれば、従来の
液相エピタキシャル成長法に比べ、大面積成長が可能で
あるので、量産することができる。
ところがInを含む化合物半導体結晶系(InP。
InAs等)では、Inが結晶に取り込まれにくく、そ
のため、従来の第1図のような反応炉をもつ成長装置で
は、成長速度が非常に小さい。これはInのアルキル化
物(主にトリエチルインジウム)が基板に到達するまで
に、室温でもV族元素の水素化物と反応し゛C錯体を形
成し、反応炉2の内壁等に付着しでしまうだめとい、b
れている。
以上のような点を改善するため、m族元素の原料ガスを
■族元素の原料ガスの反応炉への供給位置より基板近く
で反応炉に供給するような構造をもつたとえば特願昭5
7−16018号にて提案されたMOCVD装置が考え
られた。このようなMOCVD装置の反応炉部の一例を
第2図に示す。
この反応炉の改善点は、m族元素の原料ガスを供給する
導入管1に石英管8を取付けC1そのガス噴出口を導入
管3のガス噴出口よりも基板4に近づけて、基板4の数
副手前に位置させている構造をし゛でいる点である。こ
の構造によって、基板4の直前で石英管8からm族元素
の原料ガスが反応炉2に:供給さル、すでに導入管3で
供給されて反応炉2の中を満たし′CいるV族元素の原
料ガスと混合する。したがって石英管8の存在により、
基板4の直前までI■族元素の原料ガスは■族元素から
独立しているので、途中で反応してしまうことはなく、
そのためInを含む半導体結晶系の成長に、特に有効で
ある。
しかし、第2図の反応炉をもつ成長装置では、m族元素
と■族元素の原料ガスが基板直前で混合するため、一方
の原料ガスの濃度が基板全面で均一になら力いうちに基
板に吹きつけられて、熱分解反応が始まってしまう。こ
のため成長速度が基板表面上で不均一になってしまうと
いう問題が生じた。すなわち、m族元素が最も多く供給
されると思われる石英管8のガス噴出口に近い部分で成
長層厚が厚くなり、遠くなるほど薄くなるため、基板4
上に大面積で均一な成長層が得られないわけである。し
たがっ゛Cデバイスを構成する際、必要な成長層厚が基
板の一部でしか得られないため、求める特性をもつデバ
イスの歩留りが悪いという問題がある。
発明の目的 本発明は、気相成長法により、半導体、特にInを含ん
だ化合物半導体結晶系のエピタキシャル成長層厚の均一
性の向上を目的とする。
発明の構成 本発明は、第1の導入管のガス噴出口が第2の導入管の
ガス噴出口よりも基板近くに設置さi”L’Cいる気相
成長装置において、少なくとも第1の導入管のガス噴出
口に、ガス拡散器をそのガス噴出口またはその近傍に設
置することにより、第1の原料ガスを、第2の原料ガス
ですでに満たされている反応炉内に広範囲に四散するよ
うに基板の直前で供給し、両原料ガスを均一に混合させ
ることで、半導体エピタキシャル成長層の均一性の向上
が達成できる。
実施例の説明 第3図に本発明の一実施例を示し、これに基づい′C本
発明の詳細な説明する。まだ第4図に本発明の要部、す
なわち石英管8のガス噴出口付近の拡大図を示す。説明
を容易にするため、第3図。
第4図では従来例と共通の構成要素の番号は第1図、第
2図と同じにしである。石英管8は第2図と同様、その
ガス噴出口が基板4から数□□□以内になるように導入
管1に取付けられている。これはガス噴出口と基板との
距離が1ocrn以上離れると、■族元素と■族元素と
が基板到達までに反応して錯体を生成してしまうため、
結晶成長速度が急激に悪くなってしまうためである。ガ
ス拡散器9は石英管8のガス噴出口に設置されている。
■族元素の原料ガスは、水素ボンベ21からマスフロー
22を通った水素を■族元素のアルキル化物の入った容
器23へ導入して、その蒸気を含ませて導入管1、更に
石英管8から反応炉2へ供給する。
一方、V族元素の原料ガスは、その原料ガスのボンベ2
4からマスフロー26を通って導入管3から反応炉2へ
供給される。高周波コイル6には高周波電源26が接続
されており、黒鉛製の保持台6とともに基板4を加熱す
る。反応後のガスは排気管7及び廃ガス処理装置27を
通って排気される0 さらにガス拡散器eについて、第4図を用いて詳しく説
明する。石英管8のガス噴出口にあるガス拡散器9は、
中心に孔のあいた円錐形をしており、その底面、すなわ
ち断面の広い方を基板4の方向に、断面の狭い側をガス
の流れてくる方向に向けて設置されている。なお、支柱
1oはガスの流れを乱さない程度で、かつガス拡散器9
をしっかり支えるのに必要な本数で石英管8とつながっ
ている。
第4図のような装置構成において、■族元素の原料ガス
は石英管8のガス噴出口のところでガス拡散器9に当り
、一部のガスはその中心孔を通って行くと共に、他のガ
スは、ガス拡散器9に沿っていき、反応炉2の中へ広が
るように拡散されて供給される。したがって、すでに導
入管3で供給され、反応炉2を満たしている■族元素の
原料ガスと基板4の直前で広い範囲にわたって濃度的に
均一に混合することとなる0 なおガス拡散器9は第4図に示すもの以外にも様々な形
状が考えられる。そこで第6図、第6図にガス拡散器が
他の形状をしている場合の本発明の実施例を示す。これ
らの図では石英管8のガス噴出口部のみを示し、他の部
分は第3図と同様なので省略する。第6図のガス拡散器
9は、石英管8の内径より小さい径の底面をもつ円錐形
で、その底面は基板方向に向き、支柱10で石英管8に
固定されている。また第6図のガス拡散器9は、敬ケ所
に穴のあいた石英製の平板で、大きさは石英管8のガス
噴出口の径より数咽大きいか、それ以下であり、そのガ
ス噴出口の直前を横切って、支柱10で石英管8に固定
されている。したがって第3図の実施例と同様、■族の
原料ガスはこれらのガス拡散器に当り、図の矢印のよう
に広く拡散されて反応炉へ供給され、■族の原料ガスと
広範囲に均一に混合することとなる0 以上のように本実施例によれば、大面積で成長層厚が均
一なエピタキシャル成長が得られる。
なお上記の説明において、l−V族化合物半導体のMO
CVD装置について述べたが、本発明はMOCVD装置
と同様に2種類以上のガスを混合させて結晶成長させる
半導体気相成長装置、例えばu−vt族半導体の気相成
長装置にも適用できる。
また、上記の説明においては横型の反応炉で説明したが
、別にこれに限ることはなく、例えば縦型の反応炉でも
適当することができる。
発明の効果 以上のように本発明は、基板の近くまで延長した導入管
のガス噴出口にガス拡散器を設置することで、互いに反
応しやすい原料ガスの混合を広範囲で均一にすることが
でき・、そのだめ半導体の気相成長層が均一になる効果
がある。したがってデバイスを構成する際、その歩留り
の向上につながる0
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的なMOCVD装置の反応炉の概略断面構
造図、第2図は改善されたMOCVD装置の反応炉の概
略断面構造図、第3図は本発明の一実施例であるMOC
VD装置の概略断面図、第4図は第3図における石英管
ガス噴出口部の拡大断面図、第6図、第6図は本発明の
他の実施例を用いた石英管ガス噴出口の概略断面図であ
る。 1・・・・・・第1の導入管、2・・・・・・反応炉、
3・・・・・・第2の導入管、4・・・・・・基板、8
・・・・・・ガス導入用石英管、9・・・・・・ガス拡
散器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第4図 第5図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)気相成長用反応炉内に基板を載置し、第1の導入
    管のガス噴出口を、第2の導入管のガス噴出口よりも前
    記基板近くに設置し、前記第1の導入管から第1の気相
    成長用ガスを、また前記第2の導入管から第2の気相成
    長用ガスを前記反応炉内に供給し、前記基板表面上に半
    導体層を成長させるとともに、少なくとも前記第1の導
    入管のガス噴出口にガス拡散器を設置したことを特徴と
    する気相成長装置。
  2. (2)  ガス拡散器が第1の気相成長用ガス流の上流
    側から下流側すなわち基板側へ断面が広がっていく形状
    をしている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. (3)  ガス拡散器が第1のガス導入管のガス噴出口
    のすぐ前を横断する平面板の形状をしていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の気相成長装置。
JP57183946A 1982-10-19 1982-10-19 気相成長装置 Pending JPS5973496A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6171625A (ja) * 1984-09-17 1986-04-12 Fujitsu Ltd 縦型cvd装置
JPS61174624A (ja) * 1985-01-29 1986-08-06 Nec Corp 半導体成長装置
JPS62112137U (ja) * 1986-01-07 1987-07-17
JPS62188309A (ja) * 1986-02-14 1987-08-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 気相成長方法および装置
JPS62291020A (ja) * 1986-06-10 1987-12-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 気相成長装置および気相成長方法
EP0289963A1 (en) * 1987-05-04 1988-11-09 General Signal Corporation Apparatus for, and methods of, obtaining the movement of a substance to a substrate

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