JPS6285423A - 有機金属熱分解気相結晶成長装置 - Google Patents
有機金属熱分解気相結晶成長装置Info
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- JPS6285423A JPS6285423A JP22465785A JP22465785A JPS6285423A JP S6285423 A JPS6285423 A JP S6285423A JP 22465785 A JP22465785 A JP 22465785A JP 22465785 A JP22465785 A JP 22465785A JP S6285423 A JPS6285423 A JP S6285423A
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- substrate
- trays
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、気相結晶成長装置に係わり、特に化合物半導
体に適した有機金属熱分解法を用いた気相結晶成長装置
に関するものである。
体に適した有機金属熱分解法を用いた気相結晶成長装置
に関するものである。
半導体レーザのような化合物半導体素子の製造に用いる
結晶成長として、有機金属熱分解気相結晶成長法（Ｍｅ
ｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ旦ｐ
ｉｔａｘｙ；ＭＯＶＰＥ）が最近広く用いられるように
なっている。
結晶成長として、有機金属熱分解気相結晶成長法（Ｍｅ
ｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ旦ｐ
ｉｔａｘｙ；ＭＯＶＰＥ）が最近広く用いられるように
なっている。
これは、ＭＯＶＰＥ法が、原料を全てガス状で供給する
気相結晶成長法の一種であるため、組成・膜厚の制御が
容易で、かつ大面積もしくは多数枚の基板上に結晶成長
が可能であり、半導体レーザのように、化合物半導体の
組成・膜厚の異なる多層薄膜の結晶成長技術を必要とす
る素子の製造に適した優れた量産技術として期待されて
いることによる。
気相結晶成長法の一種であるため、組成・膜厚の制御が
容易で、かつ大面積もしくは多数枚の基板上に結晶成長
が可能であり、半導体レーザのように、化合物半導体の
組成・膜厚の異なる多層薄膜の結晶成長技術を必要とす
る素子の製造に適した優れた量産技術として期待されて
いることによる。
しかしながら、ＭＯＶＰＥ法を用いて大面積もしくは複
数枚の基板上に結晶成長を行なうと、膜厚や組成のムラ
が大きく、量産技術としては未完成であった。このこと
を、縦型反応管を用いたＭＯＶＰＥ法による１ｌＧａＡ
ｓ系の結晶成長を例にとり説明する６第４図において、
所定の原料濃度に調合された混合ガスは、ガス導入口１
から石英ガラス製の反応管２の内部に導入される。原料
ガスとしては有機金属であるトリメチルアルミニウム、
トリメチルガリウムと、砒素の水素化物であるアルシン
を用いる。導入された混合ガスは、所定の成長温度に加
熱されたＧａＡｓ基板１２．１２’の上で熱分解し、１
！ＧａＡｓの結晶が堆積成長する。ＧａＡｓ基板１２．
１２’は、高周波誘導加熱により所定の温度に設定され
たグラファイト製の支持台１３により間接的に加熱され
ている。支持台１３の内部には温度モニター用の熱電対
３が挿入されており、又、反応管２との軸ずれによるガ
ス流の不均一をならすために結晶成長中は回転軸４によ
り支持台１３は回転している。
数枚の基板上に結晶成長を行なうと、膜厚や組成のムラ
が大きく、量産技術としては未完成であった。このこと
を、縦型反応管を用いたＭＯＶＰＥ法による１ｌＧａＡ
ｓ系の結晶成長を例にとり説明する６第４図において、
所定の原料濃度に調合された混合ガスは、ガス導入口１
から石英ガラス製の反応管２の内部に導入される。原料
ガスとしては有機金属であるトリメチルアルミニウム、
トリメチルガリウムと、砒素の水素化物であるアルシン
を用いる。導入された混合ガスは、所定の成長温度に加
熱されたＧａＡｓ基板１２．１２’の上で熱分解し、１
！ＧａＡｓの結晶が堆積成長する。ＧａＡｓ基板１２．
１２’は、高周波誘導加熱により所定の温度に設定され
たグラファイト製の支持台１３により間接的に加熱され
ている。支持台１３の内部には温度モニター用の熱電対
３が挿入されており、又、反応管２との軸ずれによるガ
ス流の不均一をならすために結晶成長中は回転軸４によ
り支持台１３は回転している。
厚さ２ｐのＡＱ□、２ Ｇａｏ、８Ａｓ膜を、内径１５
０＋ｎｍの反応管２と外径１２０ｍｍの支持台１３を用
いて、支持台１３上に敷き詰めたＧａＡｓ基板１２．１
２’上に成長させると、支持台１３が回転しているため
、支持台１３の円周方向にはほとんど無いが、半径方向
では著しい膜厚ムラと組成ムラが観察された。
０＋ｎｍの反応管２と外径１２０ｍｍの支持台１３を用
いて、支持台１３上に敷き詰めたＧａＡｓ基板１２．１
２’上に成長させると、支持台１３が回転しているため
、支持台１３の円周方向にはほとんど無いが、半径方向
では著しい膜厚ムラと組成ムラが観察された。
膜厚は、第５図に示すように、支持台１３の周辺部はど
薄くなり、±５％（２，０±０．１μｓ）以内に納まる
のは、支持台中央部の高々直径３０ｍｍ以内の領域にす
ぎない。この膜厚ムラは、原料である混合ガスが、基板
１２．１２’の表面に沿って支持台１３の中央部から周
辺に向かって流れるため、支持台中央部で原料が消費さ
れ、周辺部になるにつれて混合ガス中の原料濃度が低下
して、結晶の成長速度が低下することにより生じる。
薄くなり、±５％（２，０±０．１μｓ）以内に納まる
のは、支持台中央部の高々直径３０ｍｍ以内の領域にす
ぎない。この膜厚ムラは、原料である混合ガスが、基板
１２．１２’の表面に沿って支持台１３の中央部から周
辺に向かって流れるため、支持台中央部で原料が消費さ
れ、周辺部になるにつれて混合ガス中の原料濃度が低下
して、結晶の成長速度が低下することにより生じる。
一方、成長したＡｊｌＧａＡｓ結晶の組成を測定したと
ころ、第６図に示すように、支持台１３の周辺に近いほ
どｉ濃度が大きく、±１％（０，２０±０．０１ｉ／Ｇ
ａモル比）以内に納まるのは、支持台中央部の高々直径
２０＋ｎｎ＋以内の領域にすぎないことがわかった。
ころ、第６図に示すように、支持台１３の周辺に近いほ
どｉ濃度が大きく、±１％（０，２０±０．０１ｉ／Ｇ
ａモル比）以内に納まるのは、支持台中央部の高々直径
２０＋ｎｎ＋以内の領域にすぎないことがわかった。
この組成のムラは、高周波誘導加熱されている支持台１
３の温度つまりは結晶成長温度が支持台周辺部で高いこ
とと、ＡＱは高温になるほど結晶中に取り込まれ易い性
質をもっことに起因している。
３の温度つまりは結晶成長温度が支持台周辺部で高いこ
とと、ＡＱは高温になるほど結晶中に取り込まれ易い性
質をもっことに起因している。
半導体レーザを例にとると、駆動電流や光放射角の仕様
を満たすには、膜厚ムラを±５％以下に押えなければな
らず、発振波長の仕様を満たすに ｊ− は、ＡＱ濃度を±１％以下の精度で制御する必要がある
。従って、前述のＮ０ＶＰＥ結晶成長装置が直径１２０
ｍｍ基板支持台を持ち、寸法的には直径５０ＩＩＩ１１
の基板であれば３枚同時に結晶成長可能でありながら、
半導体レーザ用としての結晶成長の仕様を満足するには
、前記基板支持台の中央部で、直径５０Ｉの基板を１枚
毎に結晶成長を行う必要があった。
を満たすには、膜厚ムラを±５％以下に押えなければな
らず、発振波長の仕様を満たすに ｊ− は、ＡＱ濃度を±１％以下の精度で制御する必要がある
。従って、前述のＮ０ＶＰＥ結晶成長装置が直径１２０
ｍｍ基板支持台を持ち、寸法的には直径５０ＩＩＩ１１
の基板であれば３枚同時に結晶成長可能でありながら、
半導体レーザ用としての結晶成長の仕様を満足するには
、前記基板支持台の中央部で、直径５０Ｉの基板を１枚
毎に結晶成長を行う必要があった。
以上が、ＭＯＶＰＥ法の特徴として期待される高い量産
性が未だに実現されない理由である。
性が未だに実現されない理由である。
本発明は、複数枚の基板上に化合物半導体薄膜を結晶成
長させた時の、膜厚ムラ・組成ムラを激減して、量産性
を格段に向上させたＭＯＶＰＥ装置を提供することを目
的とする。
長させた時の、膜厚ムラ・組成ムラを激減して、量産性
を格段に向上させたＭＯＶＰＥ装置を提供することを目
的とする。
本発明は、ＭＯＶＰＥ法による結晶成長時に、各基板を
個々に自公転運動させることのできる基板支持台を用い
ることにより、各基板上のガス流、温度を平均化して、
成長した結晶の膜厚・組成の均一性を向上させるもので
ある。
個々に自公転運動させることのできる基板支持台を用い
ることにより、各基板上のガス流、温度を平均化して、
成長した結晶の膜厚・組成の均一性を向上させるもので
ある。
以下、本発明の詳細を実施例により説明する。
第１図は、本発明によるＭＯＶＰＥ装置の反応部の概略
図である。本実施例は、２枚の基板上への良好な結晶成
長を可能としたもので、ＧａＡｓ基板上への１ｔＧａＡ
ｓ結晶成長に関するものである。
図である。本実施例は、２枚の基板上への良好な結晶成
長を可能としたもので、ＧａＡｓ基板上への１ｔＧａＡ
ｓ結晶成長に関するものである。
所定の原料濃度に調合された混合ガス（原料ガス）は、
ガス導入口１から反応管２の内部へ導入され、加熱され
た直径５０＋ａｍのＧａＡｓ基板９，９′上で熱分解し
て、ＡＱＧａＡｓの結晶が堆積・成長する。
ガス導入口１から反応管２の内部へ導入され、加熱され
た直径５０＋ａｍのＧａＡｓ基板９，９′上で熱分解し
て、ＡＱＧａＡｓの結晶が堆積・成長する。
ＧａＡｓ基板９，９′は、主支持台１１上の副支持台１
０゜１０′上に１枚ずつ載置される。主支持台１１は回
転駆動軸４により全体が回転するが、熱電対管３に固定
された歯車８は動かない。従って、歯車８と噛み合った
歯車をもち、回転軸を主支持台１１に固定された副支持
台ｉｏ、 ｉｏ’は、各々主支持台ｌｌ上で自転する。
０゜１０′上に１枚ずつ載置される。主支持台１１は回
転駆動軸４により全体が回転するが、熱電対管３に固定
された歯車８は動かない。従って、歯車８と噛み合った
歯車をもち、回転軸を主支持台１１に固定された副支持
台ｉｏ、 ｉｏ’は、各々主支持台ｌｌ上で自転する。
この結果、副支持台１０．１０’は、いわゆる「自公転
運動」を行なう。なお、副支持台ｉｏ、 ｉｏ’および
主支持台１１に対応する反応管２の周囲には、高周波誘
導加熱のための高周波コイル（１５）が配置されている
。副支持台１０．１０’は高周波誘導により発熱する材
料１例えばグラファイトで構成され、自公転運動により
均一加熱が達成され、ＧａＡｓ基板９，９′ の温度
分布も均一になる。
運動」を行なう。なお、副支持台ｉｏ、 ｉｏ’および
主支持台１１に対応する反応管２の周囲には、高周波誘
導加熱のための高周波コイル（１５）が配置されている
。副支持台１０．１０’は高周波誘導により発熱する材
料１例えばグラファイトで構成され、自公転運動により
均一加熱が達成され、ＧａＡｓ基板９，９′ の温度
分布も均一になる。
ＧａＡｓ基板９，９′は結晶成長中に自公転運動を行な
い、各基板上のガス流が平均されると共に、温度分布も
均一になる。
い、各基板上のガス流が平均されると共に、温度分布も
均一になる。
各部の寸法は、基本的には従来例として第４図に示した
ものと同じで、石英ガラス製の反応管２は内径１５０ｍ
ｎ 、グラファイト製の主支持台１１は外径１２０ｍｍ
、同じくクラファイト製の副支持台１０゜１０′は外
径５０ｍｎである。
ものと同じで、石英ガラス製の反応管２は内径１５０ｍ
ｎ 、グラファイト製の主支持台１１は外径１２０ｍｍ
、同じくクラファイト製の副支持台１０゜１０′は外
径５０ｍｎである。
厚さ２陣のＡｌ１．２ Ｇａｏ、ａ Ａｓ膜を成長させ
た時の、基板９，９′での膜厚と組成の分布を調べた結
果を、以下に説明する。
た時の、基板９，９′での膜厚と組成の分布を調べた結
果を、以下に説明する。
第２図は膜厚分布を各基板の１つの直径上で測定した結
果で、横軸は基板中心からの距離、縦軸は膜厚を示す。
果で、横軸は基板中心からの距離、縦軸は膜厚を示す。
実線、破線は各々、基板９，９′に対応する。同図から
、２枚の基板の間の膜厚差は非常に小さく、又、各基板
内の膜厚ムラも±３％程度と小さいことがわかる。
、２枚の基板の間の膜厚差は非常に小さく、又、各基板
内の膜厚ムラも±３％程度と小さいことがわかる。
第３図はＡＩ１組成を同様に調べた結果で、横軸は基板
中心からの距離、縦軸は１ＧａＡｓ膜中のＡｆｉ濃度を
示す。実線、破線は各々基板９，９′に対応する。
中心からの距離、縦軸は１ＧａＡｓ膜中のＡｆｉ濃度を
示す。実線、破線は各々基板９，９′に対応する。
ＡＱ濃度のバラつきも小さく、基板間で１％以下、基板
内でも１％以下であった。
内でも１％以下であった。
膜厚ムラ及び組成ムラは上述のように小さいこ −とか
ら、本実施例では半導体レーザのような化合物半導体素
子の結晶成長として要求される仕様を充分満たしている
。
ら、本実施例では半導体レーザのような化合物半導体素
子の結晶成長として要求される仕様を充分満たしている
。
上述のように本発明によれば、膜厚、組成ともに従来法
による１枚だけの基板を用いた場合に比べ、勝るとも劣
らないほどの小さなムラに抑えることができ、しかも生
産性は一気に増加する。また本実施例では、反応管や支
持台の径等の反応部の基本的な構造や寸法に手を加える
必要はなく、基板支持台の変更のみで生産性向上が実現
されるという利点がある。
による１枚だけの基板を用いた場合に比べ、勝るとも劣
らないほどの小さなムラに抑えることができ、しかも生
産性は一気に増加する。また本実施例では、反応管や支
持台の径等の反応部の基本的な構造や寸法に手を加える
必要はなく、基板支持台の変更のみで生産性向上が実現
されるという利点がある。
また基板内の厚さムラは従来法では中央部は必ず周辺部
より厚くなるが、本発明においては基板中心（自転軸）
と主支持台中心（公転軸）との距離を変えることで、基
板中央部を厚く、あるいは周辺部を厚くするかの制御が
可能である。これにより例えば半導体レーザ製造におけ
る面内分布のある工程、例えばエツチング工程等のバラ
つき傾向に、膜厚ムラの傾向を合せることで、エツチン
グ量の適正領域を広げることが可能となり、製造歩留り
が向上するという利点がある。
より厚くなるが、本発明においては基板中心（自転軸）
と主支持台中心（公転軸）との距離を変えることで、基
板中央部を厚く、あるいは周辺部を厚くするかの制御が
可能である。これにより例えば半導体レーザ製造におけ
る面内分布のある工程、例えばエツチング工程等のバラ
つき傾向に、膜厚ムラの傾向を合せることで、エツチン
グ量の適正領域を広げることが可能となり、製造歩留り
が向上するという利点がある。
上述の実施例では、２枚の基板上の結晶成長について説
明したが、同様の構造をもつ反応部を用いて３枚以上の
基板についても、各基板を個別に自公転運動させること
により良質な結晶成長が行なえる。また、各基板を個々
に回転させる方法として、実施例では歯車を用いたが、
同じ機能を有する他の方法でも良い。
明したが、同様の構造をもつ反応部を用いて３枚以上の
基板についても、各基板を個別に自公転運動させること
により良質な結晶成長が行なえる。また、各基板を個々
に回転させる方法として、実施例では歯車を用いたが、
同じ機能を有する他の方法でも良い。
更に、′実施例では、ＡｊｔＧａＡｓ系の化合物半導体
の結晶成長装置について説明したが、本発明はＩｎＧａ
ＡｓＰ等の他の化合物半導体のＭＯＶＰＥ法による結晶
成長装置や、同様の反応部を用いる気相結晶成長装置、
例えばＳｉの熱分解気相結晶成長装置等についても適用
できる。
の結晶成長装置について説明したが、本発明はＩｎＧａ
ＡｓＰ等の他の化合物半導体のＭＯＶＰＥ法による結晶
成長装置や、同様の反応部を用いる気相結晶成長装置、
例えばＳｉの熱分解気相結晶成長装置等についても適用
できる。
第１図は本発明の一実施例によるＮ０ＶＰＥ装置の各基
板が自公転可能な反応部の構成を示す図、第２図及び第
３図はそれぞれ第１図に示した装置を用いて成長したＡ
ＰＩＯ１２Ｇａ０．８ Ａｓ膜の厚さ分布とＡβ濃度分
布を表わす図、第４図は従来のＮ０ＶＰＥ装置の反応部
の構成を示す図、第５図は第４図で示した装置を用いて
成長したＡｌ１，２ Ｇａｏ、ａ Ａｓ膜の厚さ分布を
表わす図、第６図は同じ＜ＡＩｌ濃度の分布を表わす図
である。 １・・・ガス導入口 ２・・・反応管３・・・
熱電対管 ４・・・回転駆動軸５・・・フラ
ンジ ６・・・熱電対端子７・・・ガス排気
口 ８・・・固定歯車９．９′・・・ＧａＡｓ
基板 １０．１０’ −・・副支持台１１・・
・主支持台 １２．１２’・・・ＧａＡｓ基
板１３・・・基板支持台 １５・・・高周波コ
イル第 １ 図 膜厚 第 ２ 図 第 ３ 図 ｗＩ４図 第 ５ 図 第 ６ 図
板が自公転可能な反応部の構成を示す図、第２図及び第
３図はそれぞれ第１図に示した装置を用いて成長したＡ
ＰＩＯ１２Ｇａ０．８ Ａｓ膜の厚さ分布とＡβ濃度分
布を表わす図、第４図は従来のＮ０ＶＰＥ装置の反応部
の構成を示す図、第５図は第４図で示した装置を用いて
成長したＡｌ１，２ Ｇａｏ、ａ Ａｓ膜の厚さ分布を
表わす図、第６図は同じ＜ＡＩｌ濃度の分布を表わす図
である。 １・・・ガス導入口 ２・・・反応管３・・・
熱電対管 ４・・・回転駆動軸５・・・フラ
ンジ ６・・・熱電対端子７・・・ガス排気
口 ８・・・固定歯車９．９′・・・ＧａＡｓ
基板 １０．１０’ −・・副支持台１１・・
・主支持台 １２．１２’・・・ＧａＡｓ基
板１３・・・基板支持台 １５・・・高周波コ
イル第 １ 図 膜厚 第 ２ 図 第 ３ 図 ｗＩ４図 第 ５ 図 第 ６ 図
Claims (3)
- （１）反応管内に導入された原料ガスを熱分解し、反応
管内の基板支持台上に載置された基板上に結晶を成長さ
せる有機金属熱分解気相結晶成長装置において、前記基
板支持台が自公転することを特徴とする有機金属熱分解
気相結晶成長装置。 - （２）前記基板支持台は高周波誘導加熱により発熱する
材料から構成されることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の有機金属熱分解気相結晶成長装置。 - （３）前記基板支持台を複数有することを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載の有機金属熱分解気相結晶成長
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22465785A JPS6285423A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 有機金属熱分解気相結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22465785A JPS6285423A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 有機金属熱分解気相結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6285423A true JPS6285423A (ja) | 1987-04-18 |
Family
ID=16817157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22465785A Pending JPS6285423A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 有機金属熱分解気相結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6285423A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5002011A (en) * | 1987-04-14 | 1991-03-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Vapor deposition apparatus |
| JPH0377315A (ja) * | 1989-08-21 | 1991-04-02 | Daiwa Handotai Sochi Kk | Ｍｏ―ｃｖｄ法による半導体製造装置 |
| US5776256A (en) * | 1996-10-01 | 1998-07-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Coating chamber planetary gear mirror rotating system |
| US5782979A (en) * | 1993-04-22 | 1998-07-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Substrate holder for MOCVD |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51112263A (en) * | 1975-03-28 | 1976-10-04 | Hitachi Ltd | Semiconductor surface processor base |
-
1985
- 1985-10-11 JP JP22465785A patent/JPS6285423A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51112263A (en) * | 1975-03-28 | 1976-10-04 | Hitachi Ltd | Semiconductor surface processor base |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5002011A (en) * | 1987-04-14 | 1991-03-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Vapor deposition apparatus |
| JPH0377315A (ja) * | 1989-08-21 | 1991-04-02 | Daiwa Handotai Sochi Kk | Ｍｏ―ｃｖｄ法による半導体製造装置 |
| US5782979A (en) * | 1993-04-22 | 1998-07-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Substrate holder for MOCVD |
| US5776256A (en) * | 1996-10-01 | 1998-07-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Coating chamber planetary gear mirror rotating system |
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