JPS6217098A - 半導体薄膜気相成長装置 - Google Patents

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 本発明は半導体薄膜気相成長装置に関し、特にドーピン
グプロファイル、ヘテロ界面の急峻な成長を行なえるよ
うにし、又中間反応を起す原料ガスを用いる半導体薄膜
の気相成長において、中間反応を抑えて均一な半導体薄
膜の成長を行なえるようにしたものである。

従来の技術 従来の半導体薄膜気相成長装置としては、主として第２
図〜第４図に示す装置が用いられている。第２図に示す
装置は、反応管（１）内に基板結晶（ａ）ｆ、取付ける
サセプタ（２）全配置し、反応管（１）の一端に原料ガ
スの導入管（３）を取付け、他端に排気管（４）を設け
、反応管（１）の外周に冷却ジャケット（５）を介して
基板結晶（＆）の加熱用ＲＦコイル（６）を設けたもの
で、反応管（１）内に導入管（３）から原料ガスを流し
、ＲＦコイル（６）による高周波誘導加熱により基板結
晶（ａ）を所定温度に加熱し、基板結晶（ａ）の周辺の
原料ガスを反応させて基板結晶（ａ）上に半導体薄膜を
°堆積させることにより半導体薄膜を製造している。

また第３図に示す装置は、第２図に示す装置の導入管か
ら原料ガスの吹き出しの影響を排除する友め、図に示す
ように反応管（１）内の導入管（３）取付部近傍にバッ
クル板（７）ヲ設けたものであり、第４図に示す装置は
、原料ガスに２成分以上で中間反応を起す原料ガス、例
えばトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とホスフィン（ＰＨ
，）などを用いて半導体薄膜を成長させるため、第２図
に示す装置において中間反応奮起す原料ガスを別々に反
応管（１）内に導入するのに図に示すように２個の原料
ガス導入管（３Ｘ　３つを反応管（１）に取付けたもの
である。

発明が解決しようとする問題点 上記装置は何れも原料ガス導入部とサセプタ間の距離が
太きい之め、ガスコントロール部で原料ガスの切り換え
を行なっても、ガス導入部とサセプタ間にあるガスの分
だけ成長が起り、その結果ドーピングプロファイル、ペ
テロ界面の急峻性が得にぐい欠点があり、また中間反応
を起す原料ガスを用いる場合、第３図に示すように２個
の導入管により別々に導入しなければならないが、第３
図に示す装置ではガスの吹き出しによる影響を受けて均
一な半導体薄膜の成長が望めないものであった。

問題点を解決するための手段 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、ドーピングプロフ
ァイル、ペテロ界面の急峻な成長が可能で、中間反応を
起す原料ガス金剛いる半導体薄膜の気相成長において、
中間反応を抑えて均一な半導体薄膜の成長を行なうこと
ができる。。

半導体薄膜気相成長装置を開発し友もので、反応管内に
基板結晶を取付けるサセプタを配置し、管内に原料ガス
を流してサセプタ上の基板結晶を加熱することにより、
基板結晶上に半導体薄膜を気相成長させる装置において
、反応管に二つのガス導入管を設け、第一の導入管から
全ガス量の９０％以上を管内に導入して基板結晶方向に
層流状態に流し、第二の導入管の先端に両端が封じられ
て側面に複数個の小孔を設けたガス吹き出しパイプ’ｋ
Ｔ字状に取付け、これを基板結晶のガスの流れ方向の上
流側直前に配置し、第一の導入管からのガスの流れと同
一方向にガスを吹き出し、第一の導入管と第二の導入管
を併用して原料ガスの供給、ドーパントガスの供給、内
部の滞留ガスのパージを行なうことを特徴とするもので
ある。

即ち本発明は第１図（イ）（ロ）に示すように、反応管
（１）内に基板結晶（ａ）を取付けるサセプタ（２）を
配置し、反応管（１）の一端に原料ガスの主導入管（３
ａ）と、反応管（１）内に突入する原料ガスの副導入管
（３ｂ）を設け、他端に排気管（４）を設けて主導入管
（３ａ〕により反応管（１）内に原料ガスの９０チ以上
を導入し、サセプタ（２）上に取付けた基板結晶（ａ）
方向に層流状態として流す。副導入管（３ｂ）には先端
に両端が封じられて、側面に方向の上流側直前に配置し
、主導入管（”１３　ａ　）からのガスの流れと同一方
向にガスを吹き出すようにしたものである。面図におい
て（５）は反応管（１χの周囲に形成した冷却ジャケッ
ト、（６）ハサセブタ（２）上に取付けた基板結晶（ａ
）の加熱用ＲＦコイル、（７）は主１１＝”ＩＨＩ　（
３ａ　）からの原料ガスの吹き出しの影響を排除するた
め、反応管（１）内の主人管（３ａ〕取付は側に設けた
バックル板を示す。

作用 本発明装置は以上の構成からなり、反応管内ののサセプ
タ上に基板結晶（ａ）を取付け、反応管内に主導入管か
ら原料ガスの９０係以上を導入し、基板結晶を所定温度
に加熱して副導入管からドーピングガス、混晶組成に関
するガス等を導入し、基板結晶上に半導体薄膜を気相成
長させるもので、吹き出しパイプとサセプタ上の基板結
晶との距離が従来の反応管に比べて著り、＜短かくなる
ため、反応管内のガスの切り換えがより早く行なうこと
ができる。その結果成長させた半導体薄膜のドーピング
プロファイル、ペテロ界面の急峻性が改善される。また
中間反応を起す原料ガスを用いる半導体薄膜の気相成長
においても、原料ガスの吹き出しによる悪影響がな〈な
り、しかも吹き出しパイプとサセプタ上の基板結晶との
距離が小さいため、中間反応を有効に押えることができ
る。

実施例（１） 第１図（イ）（ロ）に示す直径５０ｍの反応管を用いた
本発明装置により、サセプタ上にＧａＡＳ基板′基板全
結晶けてＧａＡＳ薄膜の気相成長を行なった。原料ガス
にはトリメチルガリウムＣＴＭＧ　ａ　）、アルシン（
ＡＳＨｓ）、ドーピングガスとして硫化水素（Ｈ，Ｓ）
、キャリアガスとして水素（Ｈ２〕を用い、反応管内に
一端から主導入管によりＡ８Ｈ。

＋Ｈ，を１０ｔ／ｍの割合いで導入した。副導入管には
第１図（イ）に示すように、バルブ（Ｖ、）を介して原
料ガス供給管とバルブ（ｖ２）を介してパージ用のＨ２
供給管を接続し０、原料ガス供給管にはバルブ（Ｖ３）
ｔ−介してバイパス管を取付は友。このようにしてサセ
プタ上のＧａＡＳ基板結晶を所定温度に加熱し、以下の
手段でＧａＡｓ基板結晶上にノンドープ層、ドーピング
層、ノンドープ層を順次気相成長させた。

（１）ノーンドープ層の成長 バルブ（ｖ１〕を開き、バルブ（ｖ２）及び（Ｖ、）を
閉じて副導入管から反応管内にＴＭＧａ　＋Ｈ２ヲ導入
してＧａＡｓ基板結晶上にノーンドープ層を気相成長さ
せた。

（２）　　ドーピング層の成長 バルブ（Ｖ、）’に閉じ、バルブ（Ｖ、Ｊ及び（Ｖ３）
を開いて副導入管から反応管内にＨ２ヲ導入して反応管
内をパージすると共に、原料ガスが所定のＴＭＧａ＋Ｈ
＝＋Ｈ−３となるまでバイパス管に流しながら混合する
。次に原料ガスが所定のＴＭＧ　ａ＋　Ｈｚ　＋Ｈ−Ｓ
　トなツタトコロチ、バルブ（Ｖ、）’に開き、バルブ
（ｖ２）及び（Ｖ３）ｔ−閉じて副導入管から反応管内
にＴＭＧａ　十Ｈ＝＋Ｈ２Ｓを導入し、前記グーンドー
プ層上にドーピング層を気相成長させた。

（３）　　ノーンドープ層の成長 バルブ（ｖＩ）を閉じ、バルブ（ｖ２）及び（■３〕を
開いて副導入管から反応管内にＨｚを導入して反応管内
をパージすると共に、原料ガスが所定のＴＭＧ　ａ　＋
　Ｈ−となるまでバイパス管に流しながら混合する。次
に原料ガスが所定のＴＭＧ久＋Ｈ２となつ友ところでバ
ルブ（Ｖｔ）を開き、バルブ（Ｖ２）及び（Ｖ、）を閉
じて副導入管内にＴＭＧα＋Ｈ２を導入し、前記ドーピ
ング層上にノーンドープ層を気相成長させた。

その結果、反応管内のパージ時にはＴＭＧａが供給され
ないので、ＧａＡＳの成長は起らず、またこの時反応管
内にはＡＳＨｓが供給されているので、成長したＧａＡ
ＳからＡＳの蒸発による結晶表面の荒れが有効に防止さ
れる。しかも下記理由によりドーピンググロファイルの
急峻性が得られる。

（１）吹き出しパイプとサセプタ上の基板結晶の距離が
従来の反応管に比べて短いため、反応管内のガスの切り
換えが従来より早くおこなえる。

（２）副導入管内にＨ２ヲ流してパージするのでガスの
切り換えが早い。

（３）ガスの切り換え時に結晶の成長を止めている。

以上ＧａＡｓ基板結晶上にＧａＡｓのノーンドープ層、
ドーピング層、ノーンドープ層を順次気相成長させた例
について説明したが、上記ドーピングガス（Ｈ，Ｓ）の
代りに混晶作製用のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡＡ
）ｉ用いるとＧａＡＳ−Ｃａｔ−ｘＡｔｘＡｓ−ＧａＡ
ｓからなるヘテロ構造のものが得られる。しかも急峻な
ヘテロ界面が・得られるため、超格子構造の気相成長に
適している。

実施例（２） 実施例（１）において、原料ガスにＴＥ　Ｉ　ｎ　Ｊ！
−Ｈ３％）キャリアガスとしてＨｚを用いてＩｎＰ基板
結晶上にＩｎＰ薄膜を気相成長させた。ＴＥＩｎとＰＨ
３は室温で中間反応を起すため、サセプタ上の基板結晶
の直前で混合する必要がある。そこで主導入管よりＰＨ
ｓ　十Ｈ・’ｋ　１０　ｔ／−″の割合いで反　　　　
　　　、１応管内に導入し、副導入管よ！Ｊ　ＴＥＩ　
ｎ　十Ｈ２に２００ＣＣ／ｍの割合で基板結晶の直前の
吹き出しパイプより吹き出した。

その結果、吹き出しパイプから吹き出されるＴＥＩｎ　
＋　Ｈ２の量は２００ｃｃ／−と小さぐ、かつ複数の小
孔より吹き出されるため、その吹き出し速度は小さく、
かつ反応管内で均一となり、従来装置に見られるような
ガス吹出しの悪影響にすく、更に吹き出しパイプとサセ
プタ上の基板結晶との距離が短いため、ＴＥＩｎとＰＨ
３の混合時間も短く、中間反応も有効に抑えることがで
きた。

発明の効果 このように本発明によればドーピングプロファイル、ヘ
テロ界面の急峻な半導体薄膜が容易に得られ、又中間反
応を起す原料ガスを使用する場合の中間反応を抑えて均
一な半導体薄膜を気相成長させることができる等工業上
顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（（イ）（（ロ）は本発明装置の一例を示すもの
で、（イ）は側断面図、（ロ）は（イ）におけるＡ−Ａ
’線の要部断面図、第２図は従来装置の一例を示す側断
面図、第３図は従来装置の他の一例を示す側断面図、第
４図は従来装置の更に他の一例を示す側断面図である。 ａ　基板結晶　　１１反応管 ２、サセプタ　　３，３′　　原料ガス導入管３ａ　主
導入管　３ｂ　副導入管 ４　排気管　　５．冷却ジャケット ６、　　ＲＦコイル　　７、バッフル板８、ガス吹き出
しパイプ　　９．小孔 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　反応管内に基板結晶を取付けるサセプタを配置し、管
   内に原料ガスを流してサセプタ上の基板結晶を加熱する
   ことにより、基板結晶上に半導体薄膜を気相成長させる
   装置において、反応管に二つのガス導入管を設け、第一
   の導入管から全ガス量の９０％以上を管内に導入して基
   板結晶方向に層流状態に流し、第二の導入管の先端に両
   端が封じられて側面に複数個の小孔を設けたガス吹き出
   しパイプをＴ字状に取付け、これを基板結晶のガスの流
   れ方向の上流側直前に配置し、第一の導入管と第二の導
   入管を併用して原料ガスの供給、ドーパントガスの供給
   、内部の滞留ガスのパージを行なうことを特徴とする半
   導体薄膜気相成長装置。