JPS63227009A - 気相成長方法 - 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 本発明は化合物半導体等を基板上に結晶成長する場合に
用いられる気相成長方法に関するものである。

従来の技術 近年、ＩＩＩ−Ｖ族および■−■族化合物半導体の気相
エピタキシャル成長法、特に有機金属気相成長法（Ｍ　
ＯＶ　Ｐ　Ｔｔ　；　Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖ
ａｐｏｒ　ＰｈａｓｅＥｐ工ｔａｘｙ）が、大面積にわ
たる均一性、量産性、膜厚や組成の制御性等の点から注
目を集め、各所で研究開発が活発に行われている。

従来、この種の気相成長方法に用いられる装置は第６図
のようになっていた。１は入口で反応ガス例えばＧａＡ
ｓの成長の場合、トリメチルガリウムＴ　Ｍ　Ｇ　（（
ＯＨ，）、　Ｇａ）とアルシンＡｓＨ、およびキャリア
ガスＨ２の入口となる。２は石英炉芯管、３はサセプタ
支持棒、４はサセプタ、６は基板例えばＧａＡｓ基板で
ある。基板５は結晶成長室すなわち石英炉芯管２の外部
に設けられた例えば高周波コイル６により、サセプタ４
を加熱し、所望の温度に保持される。反応ガスが入口１
から導入され所定の温度に加熱された基板６上を通過す
る時、一部が結晶成長に寄与し、残りは排気される。反
応ガスを入口１から導入した時、サセプタ４の熱がサセ
プタ上流側にも伝わり、サセプタ４の上流側の石英炉芯
管２にも多量の付着物が付く。この付着物を防ぐために
、第７図、第８図に示すような石英炉芯管が用いられて
いた。第７図に示す石英炉芯管は二重管になっており、
内側は無数の小さな穴が設けられ、矢印の如＜　Ｎ２　
ｔ　Ｎ２　’ｆたは不活性ガスを送り込み、管壁８の内
表面に防護ガス層を生じさせ、反応ガスが石英炉芯管管
壁８に向うことを妨げる構造になっていた。又、第８図
は、サセフリ４の上流側には二重管になっており、内側
（ｇ、）には反応ガスが導入され、外側（ｇヶ）には、
ｇｌ　　よりも流速の速い’２　’　Ｎ２または不活性
ガスが送り込まれ、石英炉芯管内壁に反応ガスが向うこ
とを妨げていた。

発明が解決しようとする問題点 上記に述べたように、一般によく用いられている第６図
に示す結晶成長室では、サセプタ４の熱によりサセプタ
４の上流側の石英炉芯管２の内壁に付く付着物が次の結
晶成長に悪い影響を及ぼす。

先ず、石英炉芯管２内が全く見えなくなる。これらが、
次の結晶成長においてガスの切れに悪影響を及ぼし、特
にドーピング特性において急峻な界面が得られなくなる
。

又、第７図や第８図に示される炉芯管は、共に二重構造
であり、石英炉芯管内が非常に複雑になり、取りあつか
いが不便である。さらに、第７図に示される構造では管
壁８に設けられた無数の穴からでてくるガス流が、反応
ガスの流れに対し均一に保つことは難しく、基板上で層
流を実現するのは困難である。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するため、サセプタ上流側
に、少なくとも二方向から反応ガスを含まないガスを導
入することのできる気相成長方法を提供するものである
。

作用 この技術的な手段による作用は次の通りである。

本発明によるガス導入方法は、反応ガス導入管のまわり
に少なくとも二方向から反応ガスを含まないガスを導入
しサセプタ上流側の石英炉芯管内壁に付着物が付着する
のを妨ぐだけでなく、石英炉芯管内におけるガスの切れ
をよくするものである。

装置が非常に簡単であり、サセプタ上で層流が容易に得
られ、超格子等の超薄膜が制御性よく作成できる。

実施例 本発明による具体的な実施例を第１図に示す。

２１は反応ガスとキャリアガス用水素ガスの入口すなわ
ち反応ガス導入管、２２は反応ガスを含まないガス例え
ばＮ２．　Ｎ２もしくは不活性ガス等の導入管、２は石
英炉芯管である。第２図は例えば反応ガスを含まないガ
スの導入口が四方向から導入されているフランジ２３で
ある。中心における導入管２１からは反応ガスが供給さ
れる。これは、ステンレス製であり、フランジ２３に直
ちに溶接すればよく、構造が簡単であり、工作も非常に
楽である。又、石英炉芯管も二重構造でない。反応ガス
及び反応ガスを含まないガス導入管２１．２２の先端に
は、先端にステンレス管が表われないように石英ガラス
の管をつけておくと、石英ガラス管の熱伝導率が小さい
ため、ガス導入管２１．２２の先端はサセプタからの熱
によりあまり上昇しない。すなわち、７ランジ２３を水
冷しなくてもよい。又、反応ガスを台筐ないガスの導入
管は結晶成長室外で一本化することにより、結晶成長室
内における各々の導入管に等圧力でガスを供給できる。

さらに、反応ガスを含まないガスの導入管の先端が、反
応ガス導入管に比して上流側にあるため、反応ガスが、
フランジ２３の方へ流れるのを防ぐだけでなく、反応ガ
ス導入管上に付着することも同時に防ぐ効果がある。

本発明の気相成長方法を用いて、実際に結晶成長を行な
い良好な結果を得たので、以下に成長条件を含め詳細に
のべる。ｕｎｄｏｐａｄ層４２．ｎ型層４３、ｐ型層４
４のＧａＡｓを連続的に成長し、さらに、ｕｎｄｏｐｅ
ｄ層の人（Ｊｏ、５　Ｇ２Ｌ０．７人Ｓ層４！５を成長
し、ドーパント及び組成の遷移層が極めて小さい良好な
結果を得だ。用いた反応ガスは、■族にはＴＭＧ、）リ
メチルアルミニウムＴＭＡ（（ａＨ３）３Ａ＃）　、　
　Ｖ族はＡｓＨｓ　（６％　）　、ｐ型ドーパントは、
ジメチルジンクＤ　Ｍ　Ｚ　（（ＯＨ３）２Ｚｎ）、ｎ
型ドーパントは、セレン化水素Ｈ２Ｓｅを用いた。

キャリアガスはＨ２である。ＧａＡｓ層及び人ｌ。、３
Ｇａ、’、Ａｓ層を成長する時、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＤＭ
Ｚ。

Ｈ２Ｓｅ　（１ｏｏｐｐｍ）Ｈ，、ｔＤ流量は、それぞ
れ３０ｃｃ／ｍｉｎ、１　ｏｃｃ／ｍｉｎ、２００ｃｃ
／ｍｉｎ。

ｉｓ　ｃｃ／ｍｉｎ、　６　ｃｃ７ｍｉｎ、　２　ｌ／
ｍｉｎである。成長温度は７６０℃であり、この時の成
長速度は１７１ｍ／ｍ１ｎ（ＧａＡｓ層の場合）　、　
１．２　μｍ／ｍ１ｎ（人ｅ。、ｓ　Ｇａ。、、Ａｓ層
の場合）である。反応ガスを含まないガス導入管には、
３ｄ／ｍｉｎのＨ２のみが導入された。ｕｎｄｏｐｅｄ
層４２．ｎ型層４３゜ｐ型層４４のＧａＡｓ層及び人ｅ
　ｏ、’ｓ　Ｇ２Ｌｏ、７Ａｓ層４６をそれぞれ１００
人成長し、ＳＩＭＳ　により界面の急峻性を評価した。

反応ガスを含まないガス導入管に水素を流さない場合、
石英炉芯管２のみならずフランジ２３まで付着物がつき
、石英炉芯管がよごれるだけでなくガスの切れがよくな
いことがわかる。反応ガスを含まないガス導入管に水素
を２　ｄ／ｍｉｎ　　流しただけで、第３図の斜線部２
４に示すように、反応後の付着物は、サセプタの上流側
には見えなかった。この場合、対称性よく四方向から水
素が導入されているので、付着物も、対称性よくリング
状になる。

次に上記に示した条件で作成した結晶のＳＩＭＳの結果
を、反応ガスを含まないガスの導入管にガスを流さない
場合と合せて第４図に示す。第５図のＳｒＭＳ　の結果
から、反応ガスを含まないガスの導入管にガスを流しだ
時遷移領域は２０Å以下であり、極めてガスの切れがよ
いことがわかる（実線部）。反応ガスを含まないガスの
導入管にガスを流さない場合、遷移領域は４０八以上あ
りガスの切れがよくないことがわかる（破線部）。

すなわち、反応ガスを含まないガス導入口を設けること
により、サセプタより上流側の石英炉芯管がよごれない
だけでなく、５ｓ−１ｐＺｎのメモＩＪ−効果がほとん
ど皆無となった。

又、上記ではＡｇＧａＡｓ／ＧａＡｓについて述べたが
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＡ％ａＩｎＰ／　ＧａＡｓ及
びＺｕＳｅ／ＺｕＳなどに適用できることは言うまでも
ない。さらに、有機金属気相成長方法に限らずその他の
気相成長法にも適用可能である。

発明の効果 本発明によりサセプタ上流側に、少なくとも二方向から
反応ガスを含まないガスを導入することにより、石英炉
芯管のサセプタ上流側に、反応物質の付着を防ぐことが
できるだけでなく、石英炉芯管内のガスの切れがよくな
り、ｕｎｄｏｐｅｄ層。

ｎ型層、ｐ型層のＣａＡｓおよびｋｌｏ、、　Ｇａｏ、
、Ａｓ層を連続的に成長した場合各界面における不純物
や組成の遷移領域が２０Å以下であり急峻な界面が再現
性よく得られるようになった。

したがって、Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ　ｖ−ザや超格
子を用いたデバイスの作製には極めて効力を発揮するも
のである。又、高品質の結晶が大面積にわたって均一性
よく得られるので、この結晶より作られるデバイスのコ
ストも大幅に削減することが可能となり、非常に実用的
効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に用いる装置の概略断面
図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は本実施例方法における
ガス導入部の概略平面図及び側面図、第３図は本実施例
方法における結晶成長後の石英炉芯管の概略断面図、第
４図は本実施例方法を用いて作製したエピタキシャル膜
の断面図、第６図は同エピタキシャル膜のＳＩＭＳ　の
結果を示す特性図、第６図、第７図、第８図は従来方法
における結晶成長室部を示す概略断面図である。 １・・・・・・入口、２・・・・・・石英炉芯管（結晶
成長室）４・・・・・・サセプタ、６・・・・・・基板
、２１・・・・パ反応ガスの導入管、２２・・・・・・
反応ガスを含まないガスの導入管。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名２−
５更・功庖オ 第２図　（。＋　　　　（１））　　　”’−’　７７
’　−’牛！−・−侃Ａ５鯨 ４４−−−ＰＩ！！　　＃

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶成長室内に反応ガスを導入し、該結晶成長室
   内に載置されたサセプタ上の基板上に薄膜を形成する際
   、少なくともサセプタ上流側に、少なくとも二方向から
   、反応ガスを含まないガスを導入してなる気相成長方法
   。
2. （２）反応ガスを含まないガスの導入口は、結晶成長室
   においてガス流に対し垂直に切った面に等間隔に並べら
   れている特許請求の範囲第１項に記載の気相成長方法。
3. （３）反応ガスを含まないガスの導入口は、結晶成長室
   内においてガスの流れ方向に向いている特許請求の範囲
   第１項に記載の気相成長方法。
4. （４）反応ガスを含まないガスの導入口の結晶成長室内
   の先端には、石英ガラス治具が具備されて特許請求の範
   囲第１項に記載の気相成長方法。
5. （５）反応ガスを含まないガスは、水素あるいはチッ素
   あるいはアルゴンあるいは前記ガスの少なくとも二種混
   合ガスである特許請求の範囲第１項に記載の気相成長方
   法。
6. （６）反応ガスを含まないガスの導入口は結晶成長室外
   において、一本の管に接続されているかあるいは各々独
   立にガスを供給する特許請求の範囲第１項に記載の気相
   成長方法。（７）反応ガスを含まないガスの導入口の結
   晶成長室内の先端は、反応ガスの導入口の先端よりも少
   なくとも上流側にある特許請求の範囲第１項に記載の気
   相成長方法。