JPS63308311A - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents
気相成長装置および気相成長方法Info
- Publication number
- JPS63308311A JPS63308311A JP62144661A JP14466187A JPS63308311A JP S63308311 A JPS63308311 A JP S63308311A JP 62144661 A JP62144661 A JP 62144661A JP 14466187 A JP14466187 A JP 14466187A JP S63308311 A JPS63308311 A JP S63308311A
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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】
産業上の利用分野
本発明は、基板上に半導体結晶を気相成長させる気相成
長装置および気相成長方法に関し、特に原料ガスに有機
金属化合物を用いる気相成長装置および気相成長方法に
関するものである。
長装置および気相成長方法に関し、特に原料ガスに有機
金属化合物を用いる気相成長装置および気相成長方法に
関するものである。
従来の技術
化合物半導体、例えば砒化ガリウム（ＧａＡｓ ）の気
相成長方法の一つとして有機金属の一種であるトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族の原料ガスとして砒素の水
素化物であるアルシン（ＡｓＨ３） ”ｒ。
相成長方法の一つとして有機金属の一種であるトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族の原料ガスとして砒素の水
素化物であるアルシン（ＡｓＨ３） ”ｒ。
原料ガスとし、水素をキャリアガスとして用い、熱分解
を利用して気相成長を行う方法が知られている。
を利用して気相成長を行う方法が知られている。
従来、このＶ原水素化物ガスを用いる気相成長装置は例
えば第４図のような構造になっていた。
えば第４図のような構造になっていた。
第４図は有機金属熱分解法による気相成長装置のガス系
統図であり、１は結晶成長室、２は■族あるいは■族有
機金属ボンベ、３は有機金属ボンベへ供給するキャリア
ガスの流量調整用マスフローコントローラー、４は■族
あるいは■原水素化物ガスボンベ、６は■族あるいは■
族水素化物ガスの流量′Ａ肇用マスフローコントローラ
ー、６はＶ族あるいは■族水素化物ガスをボンベから結
晶成長室内へ導くステンレス製パイプ、７はカーボン製
サセプタ、８は高周波コイル、９は熱電対、１０は基板
、１１は圧力計、１２はロータリーポンプ、１３は排ガ
ス処理装置である。
統図であり、１は結晶成長室、２は■族あるいは■族有
機金属ボンベ、３は有機金属ボンベへ供給するキャリア
ガスの流量調整用マスフローコントローラー、４は■族
あるいは■原水素化物ガスボンベ、６は■族あるいは■
族水素化物ガスの流量′Ａ肇用マスフローコントローラ
ー、６はＶ族あるいは■族水素化物ガスをボンベから結
晶成長室内へ導くステンレス製パイプ、７はカーボン製
サセプタ、８は高周波コイル、９は熱電対、１０は基板
、１１は圧力計、１２はロータリーポンプ、１３は排ガ
ス処理装置である。
第４図で示すような装置で結晶成長を行う際、通常水素
雰囲気中で高周波コイル８により所定温度に加熱てれた
基板１ｏ上に、有機金属の蒸気圧を制御するため所定温
度に保たれた有機金属原料容器２の中にキャリア水素を
バブル舌せ前記温度での飽和量の有機金属を含む水素ガ
スと水素化物ガスを導入し、これら原料気体の熱分解に
より化合物半導体を基板１ｏ上に結晶成長することによ
り行われている。前記原料ガス濃度は、所定温度に保た
れ友有機金属原料の飽和蒸気圧温度特性と、有機金属原
料容器２中をバブルする水素の流量とにより制御される
。
雰囲気中で高周波コイル８により所定温度に加熱てれた
基板１ｏ上に、有機金属の蒸気圧を制御するため所定温
度に保たれた有機金属原料容器２の中にキャリア水素を
バブル舌せ前記温度での飽和量の有機金属を含む水素ガ
スと水素化物ガスを導入し、これら原料気体の熱分解に
より化合物半導体を基板１ｏ上に結晶成長することによ
り行われている。前記原料ガス濃度は、所定温度に保た
れ友有機金属原料の飽和蒸気圧温度特性と、有機金属原
料容器２中をバブルする水素の流量とにより制御される
。
発明が解決しようとする問題点
しかし上述した気相成長装置で化合物半導体をエピタキ
シャル成長をする際、有機金属原料ガス濃度は有機金属
原料容器２中を流れる水素ガスが飽和量の有機金属を含
むと仮定して決定されるため、有機金属原料容器２の形
状の違い、前記容器２内の有機金属原料の残量及び水素
の流速の変動等により有機金属原料容器２中を流れる水
素キャリアガスが飽和量の有機金属を含まず、前記水素
キャリアガスの流量をマスフローコアトローラ−３によ
り所定流量に設定しても有機金属原料ガス濃度は所定濃
度と異なる値を示す。
シャル成長をする際、有機金属原料ガス濃度は有機金属
原料容器２中を流れる水素ガスが飽和量の有機金属を含
むと仮定して決定されるため、有機金属原料容器２の形
状の違い、前記容器２内の有機金属原料の残量及び水素
の流速の変動等により有機金属原料容器２中を流れる水
素キャリアガスが飽和量の有機金属を含まず、前記水素
キャリアガスの流量をマスフローコアトローラ−３によ
り所定流量に設定しても有機金属原料ガス濃度は所定濃
度と異なる値を示す。
本発明は、前述した有機金属原料の濃度変化が生じても
結晶基板１０上を流れる原料ガス濃度を一定に保ち、エ
ピ膜厚、混晶比、結晶性、不純物濃度等を再現性良く制
御することを目的とする。
結晶基板１０上を流れる原料ガス濃度を一定に保ち、エ
ピ膜厚、混晶比、結晶性、不純物濃度等を再現性良く制
御することを目的とする。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決する本発明の技術的な手段は結晶基板
上の原料ガス濃度を測定するためにたとえば赤外線吸収
分光分析用の光ファイバを結晶基板上流に備え、加熱さ
れたサセプタから放射される赤外線を反応管の外部に備
えた分光分析器に伝送する気相成長装置である。そして
、本発明は、サセプタから放射される赤外線の原料ガス
による赤外線吸収スペクトル強度を検知することにより
、結晶基板上を流れる原料ガス濃度が一定になるように
原料ガス流量を制御する方法を提供するものである。
上の原料ガス濃度を測定するためにたとえば赤外線吸収
分光分析用の光ファイバを結晶基板上流に備え、加熱さ
れたサセプタから放射される赤外線を反応管の外部に備
えた分光分析器に伝送する気相成長装置である。そして
、本発明は、サセプタから放射される赤外線の原料ガス
による赤外線吸収スペクトル強度を検知することにより
、結晶基板上を流れる原料ガス濃度が一定になるように
原料ガス流量を制御する方法を提供するものである。
作 用
本発明は前記の構成により、赤外線吸収分光分析によ多
結晶基板上流での原料ガス濃度が測定されるため、原料
気体の濃度変動に関係なく結晶基板上流での原料ガス濃
度を精度良く制御することにより、エピ膜厚、混晶比、
不純物密度、結晶性等を再現性良く制御することが可能
である。
結晶基板上流での原料ガス濃度が測定されるため、原料
気体の濃度変動に関係なく結晶基板上流での原料ガス濃
度を精度良く制御することにより、エピ膜厚、混晶比、
不純物密度、結晶性等を再現性良く制御することが可能
である。
実施例
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。
。
第１図は、赤外線分光分析用光ファイバを備えた有機金
属を用いた化合物半導体の気相成長装置であり、２１は
結晶成長室、２２はサセプタ、２３は前記原料ガスが注
入されるガス導入口、２４はサセプタ７を加熱する高周
波コイル、２６は高温に加熱されたサセプタ７から放射
てれる赤外線（ＩＲ）であり、光ファイバ２６によシ赤
外線分光分析器２７に伝送される。２８は原料ガス供給
系であり、２９は原料ガス流量コントロール系である。
属を用いた化合物半導体の気相成長装置であり、２１は
結晶成長室、２２はサセプタ、２３は前記原料ガスが注
入されるガス導入口、２４はサセプタ７を加熱する高周
波コイル、２６は高温に加熱されたサセプタ７から放射
てれる赤外線（ＩＲ）であり、光ファイバ２６によシ赤
外線分光分析器２７に伝送される。２８は原料ガス供給
系であり、２９は原料ガス流量コントロール系である。
結晶成長室１にトリメチルガリウム、１ 、ＯＸ １０
−’ｍｏｌ／ｗｉｎ ５％に希釈したアルシン原料ガス
を所要量、並びにキャリアガスとしての）ガスｆｉｌ／
ｍｉｎの割合で供給し、７００℃に加熱されたサセプタ
２２上に設置された砒化ガリウム単結晶基板３０上に化
合物半導体、砒化ガリウム（ＧａＡｓ＋）の結晶成長を
行った。
−’ｍｏｌ／ｗｉｎ ５％に希釈したアルシン原料ガス
を所要量、並びにキャリアガスとしての）ガスｆｉｌ／
ｍｉｎの割合で供給し、７００℃に加熱されたサセプタ
２２上に設置された砒化ガリウム単結晶基板３０上に化
合物半導体、砒化ガリウム（ＧａＡｓ＋）の結晶成長を
行った。
赤外線吸収分光分析によ、ｂトリメチルガリウムは５７
２Ｃｍ 、アルシンの場合は２１２２ｃｍ に赤外
線吸収スペクトルを持ち、Ｌａｍｂｅｒｔ −Ｂｅｅｒ
の法則によシ前記赤外線吸収スペクトルの強度と前記原
料ガス濃度は比例するので、前記スペクトルの強度変化
を調べることによシ精度良く前記原料ガス濃度を検知す
ることができる。
２Ｃｍ 、アルシンの場合は２１２２ｃｍ に赤外
線吸収スペクトルを持ち、Ｌａｍｂｅｒｔ −Ｂｅｅｒ
の法則によシ前記赤外線吸収スペクトルの強度と前記原
料ガス濃度は比例するので、前記スペクトルの強度変化
を調べることによシ精度良く前記原料ガス濃度を検知す
ることができる。
結晶成長前にはガス導入口２３よりアルシンのみ供給さ
れるので、７００℃に加熱されたサセプタ７から黒体輻
射によシ放射される赤外線２６を吸収するのはアルシン
分子のみであり、アルシンの赤外線吸収スペクトルは光
ファイバ１６を介して赤外線吸収分光分析器２７により
測定される。
れるので、７００℃に加熱されたサセプタ７から黒体輻
射によシ放射される赤外線２６を吸収するのはアルシン
分子のみであり、アルシンの赤外線吸収スペクトルは光
ファイバ１６を介して赤外線吸収分光分析器２７により
測定される。
トリメチルガリウムがガス導入口２３から結晶成長室２
１に導入されることによＩ）結晶成長が開始し同時にト
リメチルガリウムの赤外線吸収スペクトルが赤外線分光
分析器１６で測定される。原料ガス流量コントロール系
２９は前記赤外線吸収スペクトルの強度を赤外線分光分
析器２７から入力し、前記スペクトル強度を一定に保つ
ように、原料ガス供給系１７を制御することにより結晶
成長室２１内に導入される原料ガス濃度を一定に保つこ
とができ、導入ガスの切り換え及び有機金属原料容器の
形状の違い、前記容器内の有機金属原料の残量変化、水
素ガスの流速による基板上に導入される前記原料ガス濃
度の変動を無くし、再現性良く前記ガス濃度を制御でき
る。
１に導入されることによＩ）結晶成長が開始し同時にト
リメチルガリウムの赤外線吸収スペクトルが赤外線分光
分析器１６で測定される。原料ガス流量コントロール系
２９は前記赤外線吸収スペクトルの強度を赤外線分光分
析器２７から入力し、前記スペクトル強度を一定に保つ
ように、原料ガス供給系１７を制御することにより結晶
成長室２１内に導入される原料ガス濃度を一定に保つこ
とができ、導入ガスの切り換え及び有機金属原料容器の
形状の違い、前記容器内の有機金属原料の残量変化、水
素ガスの流速による基板上に導入される前記原料ガス濃
度の変動を無くし、再現性良く前記ガス濃度を制御でき
る。
光ファイバ２６を結晶成長室２１内、サセプタ７．２２
の上流側に設置することにより原料ガスのガス流を乱す
ことなくしかも光フアイバ表面への前記原料ガスの分解
生成物の付着をも回避できる。さらに、赤外光の光学系
光路にＨ２Ｏ，ｃｏ２等の分子が存在しないため、前記
分子の赤外線吸収による赤外線強度の減衰がなく、精度
良く原料ガス濃度を検知することができる。
の上流側に設置することにより原料ガスのガス流を乱す
ことなくしかも光フアイバ表面への前記原料ガスの分解
生成物の付着をも回避できる。さらに、赤外光の光学系
光路にＨ２Ｏ，ｃｏ２等の分子が存在しないため、前記
分子の赤外線吸収による赤外線強度の減衰がなく、精度
良く原料ガス濃度を検知することができる。
以上、気相成長装置及びその方法に関する一実施例を示
した。前記気相成長装置に用いる光ファイバの実施例を
示す。
した。前記気相成長装置に用いる光ファイバの実施例を
示す。
第２図、第３図に光ファイバの先端を加工した例を示す
。２２はサセプタ、２６は赤外線、２８は光ファイバで
、第２図は先端を凸レンズにし赤外線２５を集光し、第
３図は凹レンズにし微視的に赤外線２６を伝送するもの
である。
。２２はサセプタ、２６は赤外線、２８は光ファイバで
、第２図は先端を凸レンズにし赤外線２５を集光し、第
３図は凹レンズにし微視的に赤外線２６を伝送するもの
である。
第２図の光ファイバを用いると、サセプタ７上全体の赤
外線を集光できるため伝送する光量を増すことができ、
精度良くサセプタ７上の原料ガス濃度を測定できる。
外線を集光できるため伝送する光量を増すことができ、
精度良くサセプタ７上の原料ガス濃度を測定できる。
第３図の光ファイバでは、光ファイバの向きゃ位置を変
えることによシ、所望の領域での原料ガス濃度が測定で
き、サセプタＴ上の濃度分布を測定することができる。
えることによシ、所望の領域での原料ガス濃度が測定で
き、サセプタＴ上の濃度分布を測定することができる。
前記実施例では、５７２ｃｍ 、２１２２ｃｍ の
赤外線吸収スペクトルの強度変化で（ＴＭＧ）及び（Ａ
ｓＨａ）それぞれの濃度変化を測定しているが、他の波
数の赤外線吸収スペクトルでも可能であることは言うま
でもない。更に他の有機金属原料を用いる他の化合物半
導体や、ｆｆ−Ｗ族化合物半導体に関しても適用できる
。また、有機金属を用いた、例えばＡｌ電極配線形成等
にも適用でき嘔らに、他の気相成長方法、たとえばハラ
イド気相成長方法、ハイドライド気相成長方法等にも適
用でき、応用範囲は広い。
赤外線吸収スペクトルの強度変化で（ＴＭＧ）及び（Ａ
ｓＨａ）それぞれの濃度変化を測定しているが、他の波
数の赤外線吸収スペクトルでも可能であることは言うま
でもない。更に他の有機金属原料を用いる他の化合物半
導体や、ｆｆ−Ｗ族化合物半導体に関しても適用できる
。また、有機金属を用いた、例えばＡｌ電極配線形成等
にも適用でき嘔らに、他の気相成長方法、たとえばハラ
イド気相成長方法、ハイドライド気相成長方法等にも適
用でき、応用範囲は広い。
発明の効果
本発明は、原料ガスの濃度測定に赤外線吸収分光分析法
を用いるものであり、赤外線が原子、分子に与えるエネ
ルギーは十分小さいため、原料分子の回転・振動準位を
励起するに停ま幻赤外線吸収により他の反応を誘発する
ことがなくまた、光ファイバをサセプタ上流に備えるだ
けなので、原料ガスのガス流を変えることなく基板近傍
の原料ガス濃度を測定することができ、精度良く原料ガ
ス濃度を制御することができ、再現性良くエビ膜厚、混
晶化、不純物密度、結晶性を制御することができる。ま
た前記制御を光ファイバを用いることにより遠隔操作す
ることができる。この結果、例えば、超格子構造等の作
成や、モジュレーションドーピング成長が容易となって
非常に実用的効果は大きく、本発明は有機金属を用いた
気相成長装置に欠くことのできないものである。
を用いるものであり、赤外線が原子、分子に与えるエネ
ルギーは十分小さいため、原料分子の回転・振動準位を
励起するに停ま幻赤外線吸収により他の反応を誘発する
ことがなくまた、光ファイバをサセプタ上流に備えるだ
けなので、原料ガスのガス流を変えることなく基板近傍
の原料ガス濃度を測定することができ、精度良く原料ガ
ス濃度を制御することができ、再現性良くエビ膜厚、混
晶化、不純物密度、結晶性を制御することができる。ま
た前記制御を光ファイバを用いることにより遠隔操作す
ることができる。この結果、例えば、超格子構造等の作
成や、モジュレーションドーピング成長が容易となって
非常に実用的効果は大きく、本発明は有機金属を用いた
気相成長装置に欠くことのできないものである。
第１図は本発明の一実施例である赤外線分光分析用光フ
ァイバを備えた気相成長装置の概略構成図、第５２図ａ
は前記気相成長装置の要部構成図、第２図すは第２図ａ
のＡ部拡大断面図、第３図ａは他の実施例の気相成長装
置の概略構成図、第３図すは第２図ａのＢ部拡大断面図
、第４図は従来の気相成長装置のガス系統図である。 ２１・・・・・・結晶成長室、２２・・・・・・サセプ
タ、２３・・・・・・導入管、２４・・・・・・高周波
コイル、３０・・・・・・基板、２６・・・・・・赤外
線、２６・・・・・・光ファイバ、２７・・・・・・赤
外線分光分析器、２９・・・・・・原料ガス供給系、２
８・・・・・・原料ガス流量コントロール系。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名２１
・・−結晶成長室 ２２＝？ヒブダ 第 １ 図 ｎ−ガス
導入口２４−・ ｌＶ、Ｍ遺コイル
ァイバを備えた気相成長装置の概略構成図、第５２図ａ
は前記気相成長装置の要部構成図、第２図すは第２図ａ
のＡ部拡大断面図、第３図ａは他の実施例の気相成長装
置の概略構成図、第３図すは第２図ａのＢ部拡大断面図
、第４図は従来の気相成長装置のガス系統図である。 ２１・・・・・・結晶成長室、２２・・・・・・サセプ
タ、２３・・・・・・導入管、２４・・・・・・高周波
コイル、３０・・・・・・基板、２６・・・・・・赤外
線、２６・・・・・・光ファイバ、２７・・・・・・赤
外線分光分析器、２９・・・・・・原料ガス供給系、２
８・・・・・・原料ガス流量コントロール系。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名２１
・・−結晶成長室 ２２＝？ヒブダ 第 １ 図 ｎ−ガス
導入口２４−・ ｌＶ、Ｍ遺コイル
Claims (3)
- （１）光ファイバを反応管内サセプタ上流に備え、加熱
されたサセプタから放射される光を前記光ファイバによ
り、反応管の外部に備えた分光分析器に伝送するように
構成してなる気相成長装置。 - （２）光ファイバの先端がレンズ状に加工されている特
許請求の範囲第１項記載の気相成長装置。 - （３）原料ガスの反応管内のサセプタの上流側に光ファ
イバを設置し、加熱されたサセプタから放射される赤外
光を前記ファイバを通して分光分析器に伝送し、前記赤
外光の赤外線吸収スペクトルの強度を前記分光分析器か
らの出力とし、前記出力を原料ガス制御系に帰還し、ガ
ス流量を精度良く調整し結晶成長を行うようにしてなる
気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62144661A JPS63308311A (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 気相成長装置および気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62144661A JPS63308311A (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 気相成長装置および気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63308311A true JPS63308311A (ja) | 1988-12-15 |
Family
ID=15367282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62144661A Pending JPS63308311A (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 気相成長装置および気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63308311A (ja) |
-
1987
- 1987-06-10 JP JP62144661A patent/JPS63308311A/ja active Pending
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