JPS6284523A - 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】 〔概要〕 半導体基板上に組成の異なるエピタキシャル成長層を繰
り返し成長させる方法として、装置内にエピタキシャル
成長を行わせる領域と拡散係数の大きな元素を拡散させ
る領域とを設け、エピタキシャル成長させる基板を両領
域内に移動させる装置。

〔産業上の利用分野〕

本発明は組成の異なるエピタキシャル層を繰り返し成長
し得る気相成長装置に関する。

エピタキシャル成長技術は半導体素子形成に多用されて
いる技術であり、当初はバイポーラトランジスタやバイ
ポーラＩＣの分野に使用されていたが、現在はＭＯＳ　
ＬＳＩの分野にまで広がっている。

ここでエピタキシャル成長法は気相成長法と液相成長法
とがあり、成長させる半導体材料の組成や性質に応じて
それぞれ使い分けされている。

例えばインジウムｆｉ（ＩｎＰ）のような蒸気圧の高い
元素を含む化合物半導体の成長には液相成長法を用いる
のが有利である。

然し、気相成長法は操作が簡単で且つ成長層の膜厚調整
が容易なことから大部分の用途に使用されている。

ここで気相成長法にはエピタキシャル成長させる半導体
の構成元素を含む反応ガスを熱分解して成長させる化学
気相成長法（略称ＣＶＤ法）と構成元素を分子状で蒸発
させ、基板上に一定の組成比をもつ半導体層を成長させ
る分子線エピタキシー法（略称ＭＢＥ法）とに分かれる
が、本発明は前者の方法を用いる成長装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

半導体デバイスには組成の異なる半導体層を数多くエピ
タキシャル成長させ、この上に電極をパターン形成する
ものがある。

例えば赤外線検知器がこれであって、第３図に示すよう
にカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）単結晶からなる結晶
基板１の上に厚さがそれぞれ数１００人のＣｄＴｅ層２
と水銀・カドミウム・テルル（）ＩｇＣｄＴｅ）層３と
を繰り返しエピタキシャル成長させて検知部の半導体層
が作られている。

ここで検知する赤外線波長を設定値に一致させるために
はＣｄＴｅ層２とＩｇＣｄＴｅ層３の膜厚制御が精度よ
く行われることと共にＣｄＴｅ層２とＩｇＣｄＴｅ層３
の二つの化合物半導体層がそれぞれ正しい成分比で形成
されていることが必要である。

第２図は従来の形成法を示すもので、成長装置を構成す
る石英製の反応管４には反応ガスを導入する複数のガス
供給口５．６と排気ロアがあり、反応管４の中にはサセ
プタ８があり、この上に結晶基板１が置かれており、反
応管４の周囲には基板加熱用のヒータ（この例の場合は
高周波コイル）９が設置されている。

そして第３図に示すようにＣｄＴｅからなる結晶基板１
の上にＣｄＴｅ層２とＩｇＣｄＴｅ層３を繰り返し結晶
成長させる場合は排気ロアより排気して反応管４の空気
を除いた後、バブラーを用いて水素（Ｈ２）に飽和させ
たジメチルカドミウム（（ＣＨ３）　２Ｃｄ）とジエチ
ルテルル（（Ｃ２Ｈｓ　）　２　Ｔｅ）をそれぞれ組成
比に混合してガス供給口５より反応管４に供給する。

このように供給されたＨ２ガスをキャリアとする反応ガ
スはヒータ９で加熱された結晶基板１の上で熱分解して
ＣｄＴｅのエピタキシャル成長が進行する。

そして熱分解時間を調節して所定の厚さにまでＣｄＴｅ
層２を成長させるとガス供給口５のコックを閉じ、代わ
りにガス供給口６を開いてＨ２ガスに飽和したＨｇ蒸気
を供給する。

かかるＨｇ蒸気はｏｇを２５０〜３００℃に加熱しなか
らＨ２ガスを通すことにより作られる。

このようにすると基板上のＣｄＴｅ層２の上にＨｇ原子
の一様な析出が起こり、Ｈｇ原子は熱拡散し易い金属で
あるため一様に固相拡散して表面にＩｇＣｄＴｅ層３を
生じ、処理時間に比例してＣｄＴｅ層２はＩｇＣｄＴｅ
層３に変わってゆく。

そこで成る一定時間経過した後、再びコックを切り換え
てＨ２ガスをキャリヤとする（Ｃ２Ｈ！’）２　Ｔｅと
（ＣＨ３）　２　Ｃｄの混合ガスを供給して熱分解して
ＣｄＴｅ層２をエピタキシャル成長させ、このように上
記工程を繰り返して第３図に示すような多層構造′の半
導体層が形成されていた。

然し、このような従来の方法ではガス交換が急速にでき
ないので各層が厚く形成される以外に、明確な境界をも
つヘテロエピタキシャル層ができないと云う問題がある
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように従来の気相成長装置はへテロエピタキ
シャル層の成長を反応ガスの交換の形で行っているため
、各層が厚くなり易く、また均一な組成のエピタキシャ
ル層ができにくいと云う問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は固相拡散により均一な組成の化合物半導体
をエピタキシャル成長させる装置が、拡散係数の大きな
ガス状の元素を拡散させる領域と、該元素を除く半導体
をエピタキシャル成長させる領域とからなり、エピタキ
シャル成長を行う基板を装着した操作棒の回転により該
基板を前記両領域内に移動させ、該基板上に組成の異な
るエピタキシャル層を反復して成長させる気相成長装置
により解決することができる。

〔作用〕

本発明に係る気相成長装置は従来のようにコックの切り
換えにより結晶基板上に供給される反応ガスの種類を変
えるのではなく、二種類の反応ガスを並行に供給してお
き、外部より操作して結晶基板の位置を変えることによ
り結晶基板にあたって分解する反応ガスの種類を変える
ものである。

このようにすると反応ガスの交換が急速に行われるため
上記の問題が解決される。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る気相成長装置の断面図であって、
隔壁１４によって反応ガスの存在する領域が二分されて
いること＼、エピタキシャル成長を行う結晶基板１が操
作棒１０の回転により二つの領域に移動できるようにな
っていることである。

以上光に説明した第３図の場合と同様にＣｄＴｅからな
る結晶基板１の上にＣｄＴｅ層２とＨｇＣｄＴｅ層３を
繰り返しエピタキシャル成長させる場合について説明す
る。

この実施例においては装置内に石英製のｔｔｇ溜め１１
を設けてＩＩ　ｇ　１２を入れ、ヒータ１３で加熱して
気化させ、ガス供給口６よりＨ２をキャリヤとして結晶
基板の方向に供給している。

然し、これは従来と同様に反応管１５の外でＨｇガスを
発生させ、ガス供給口６を通して供給してもよい。

一方、ＣｄＴｅをエピタキシャル成長させる反応ガスは
先と同様にＨ２をキャリヤとしバブラーを通して（ＣＨ
３）　２　Ｃｄと（Ｃ２Ｈ５）２Ｔｅをガス供給口５を
通じて供給する。

この実施例においてはヒータ１３でＨｇ１２を２５０〜
２８０℃に加熱して約７６　Ｔｏｒｒの蒸気圧とし、一
方（Ｃ２Ｈ５）　２　Ｔｅと（Ｃ）＋３　）　ｚ　Ｃｄ
はバブラーを通して１０数Ｔｏｒｒとした混合ガスを５
°β／分の流速で供給した。

一方、結晶基板１はヒータ９により３８０〜４５０℃に
加熱した。

そして当初は第１図に示すような位置に結晶基板」を保
持しＣｄＴｅのエピタキシャル成長を行うが、この場合
の成長速度は２〜４μｆｆｌ／時である。

そして約０．０５μｍのＣｄＴｅ層２が成長すると操作
棒１０を半回転して結晶基板１をＨｇ蒸気中に移す。

これによりＣｄＴｅ層２の上にＨｇ原子が析出し、この
温度で直ちに固相拡散が進行して時間と共にＨｇＣｄＴ
ｅ層３に変化してゆく。

そこで、エピタキシャル成長したＣｄＴｅ層２の半分に
まで固相拡散が進行した段階で、操作棒１０を更に半回
転させ再びＣｄＴｅ層の成長を行わせ、以後同様に操作
棒１０を半回転させることによりＨｇの固相拡散を進行
させる。

このような方法をとることにより膜厚の精度が良く、ま
た均質な組成をもつエピタキシャル層を連続して成長さ
せることができる。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施より固相拡散では均一な
成長層ができないと云う従来の問題点が解決され、膜厚
精度が良く且つ均一な結晶組成の多層なエピタキシャル
層を収率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気相成長装置の断面図、第２図は
従来の気相成長装置の断面図、第３図は本発明を適用し
たエピタキシャル層の断面図、 である。 図において、 １は結晶基板、　　　　　　２はＣｄＴｅ層、３はＨｇ
ＣｄＴｅ層、　　　　　　４．１５は反応管、９．１３
はヒータ、　　　　１０は操作棒、１１はｈ溜め、　　
　　　　　１２はｕｇ、１４は隔壁、 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固相拡散により均一な組成の化合物半導体をエピタキシ
   ャル成長させる装置が、拡散係数の大きなガス状の元素
   を拡散させる領域と、該元素を除く半導体化合物をエピ
   タキシャル成長させる領域とからなり、エピタキシャル
   成長を行う基板を前記両領域内に移動させ、該基板上に
   組成の異なるエピタキシャル層を反復して成長させるこ
   とを特徴とする気相成長装置。