JP2558569B2

JP2558569B2 - エピタキシャル結晶成長装置用励起セル装置

Info

Publication number: JP2558569B2
Application number: JP4070354A
Authority: JP
Inventors: 智藤井; 恭久藤田; 博之深沢
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nihon Shinku Gijutsu KK
Current assignee: Nippon Steel Corp; Ulvac Inc
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH05234909A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の表面にいずれか
一方がガスからなる成長原料及びドーパントを供給する
ことにより化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させ
る装置にて、上記ガスを励起してそのラジカルを発生さ
せるための励起セル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体のエピタキシャル結晶成長
には主として分子線エピタキシー法（以下、本明細書で
はＭＢＥ法と略記する）や有機金属化学気相成長法（以
下、本明細書ではＭＯＣＶＤ法と略記する）などが一般
的に用いられている。

【０００３】一方、特開昭６２−８８３２９号公報には
II-VI族のエピタキシャル結晶の一例として砒化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）の
エピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントとして砒素
（Ａｓ）、リン（Ｐ）、または窒素（Ｎ）を導入してｐ
型結晶を得るための構造が開示されている。また、米国
のＤｅＰｕｙｄｔらによれば、ＭＢＥ法にてｒｆプラズ
マセルにより窒素ラジカルビームを発生させ、１０¹⁸ｃ
ｍ^-3台の窒素ドーピングを実現する方法が提案されてお
り（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５７，２１２７
（１９９１））、これにより低抵抗のｐ型結晶が得られ
ることが示唆されている。

【０００４】しかしながら、ｒｆプラズマセルにより窒
素ラジカルビームを発生させるには、気圧条件を１０^-1
〜１０^-2ｔｏｒｒ程度にすることが一般的であるが、Ｍ
ＢＥ法の一般的な適用条件が１０^-7〜１０^-10ｔｏｒ
ｒ、ＭＯＣＶＤ法の一般的な適用条件が１０〜７６０ｔ
ｏｒｒ程度であることから、条件が一致せず、実際には
あまり現実的ではなかった。また、プラズマによりラジ
カルビームを発生させる場合、セルを構成するドーパン
ト以外の物質も叩かれて汚染物質としてエピタキシャル
結晶内に拡散し、その品質を著しく劣化させる心配もあ
った。更に、このようなＭＢＥ装置の場合、上記プラズ
マセルから発生したラジカルの平均自由行程が数ｍｍ程
度であり、セルと基板との距離を短くする必要があるこ
とから、ドーピングする基板の面積を大きくできない問
題もあるばかりでなく、プラズマセル構造が複雑である
ことから、装置全体の構造が複雑になり、基板の交換な
どが厄介になる問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主
な目的は、エピタキシャル結晶成長装置の成長原料ガス
またはドーピングガスの励起が容易であり、かつ結晶成
長条件に影響を及ぼすことがなく、更に構造の簡単な励
起セル装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、基板の表面に、少なくともいずれか一方がガス
からなる成長原料及びドーパントを供給することにより
化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させるエピタキ
シャル結晶成長装置にて前記成長原料及び前記ドーパン
トのいずれかのラジカルを発生させるための励起セル装
置であって、内部に前記ガスが供給されるようになって
いると共に前記ラジカルの出口が設けられたケーシング
と、前記ガスを光分解し、かつ励起可能なエネルギーの
光を前記ケーシング内部に供給するべく、内部に放電ガ
スが交換可能に充填された放電管と、前記放電管内の放
電ガスに放電光を発生させるべくマイクロ波を照射する
マイクロ波空洞共振器とを具備する放電光発生装置から
なる光源とを有することを特徴とする励起セル装置を提
供することにより達成される。

【０００７】

【作用】上述の構成によれば、励起すべきガスを当該セ
ル装置のケーシング内に通すのみでこのガスが光励起さ
れる。また、目的のガス以外の不必要な物質を励起する
心配もない。更に光励起用の光源を内部に放電ガスが交
換可能に充填された放電管と、この放電ガスにマイクロ
波を照射する空洞共振器とを具備する放電光発生装置か
ら構成することで、光強度の制御が容易になる。

【０００８】

【実施例】以下、添付の図面に従って本発明の好適実施
例について説明する。

【０００９】図１は本発明が適用された第１の実施例を
示すＭＯＣＶＤ装置の模式的側断面図である。本実施例
は砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜鉛
（ＺｎＳｅ）のエピタキシャル結晶を成長させ、ドーパ
ントとして窒素（Ｎ）を導入してｐ型結晶を得るための
ＭＯＣＶＤ装置である。

【００１０】反応管１は方形断面をなすと共に水平方向
に延在し、その内部通路１ａを図に於ける右側から左側
に向けて成長原料ガスが供給されるようになっている。
ここで、本実施例ではドーパントガスとして後記するア
ンモニアガス（ＮＨ₃）を用いている。

【００１１】反応管１の中間部の内部通路１ａは反応室
２をなし、その下側壁面には基板Ｂを上向きに保持して
回転させるサセプタ３が設けられている。このサセプタ
３には基板Ｂを加熱するための抵抗加熱ヒータが付設さ
れている（図示せず）。また、反応室２の基板Ｂと対向
する位置には、窒素ラジカルを基板Ｂに供給するべく、
外部のアンモニアガスの供給源（図示せず）に接続され
た励起セル装置４が設けられている。

【００１２】図２に示すように、励起セル装置４は円錐
形をなし、その底面が基板Ｂと対向するように保持され
ている。励起セル装置４の底面には円形の窒素ラジカル
出口４ａが設けられている。また、この出口４ａの一部
から励起セル装置４内を臨む位置には、アンモニアガス
を光分解すると共に窒素ラジカルを発生させるのに充分
なエネルギーを有する（波長１２０ｎｍ〜１９０ｎｍ）
励起光を発生するための光源５が受容されている。

【００１３】励起セル装置４の上記底面と相反する側端
部にはアンモニアガス供給管６先端のガスノズル６ａが
励起セル装置４内に突入するように設けられている。こ
のガスノズル６ａは周面に多数のガス噴出口を有してい
る。尚、出口４ａには該出口を選択的に開閉可能なシャ
ッタ７が設けられ、発生した窒素ラジカルを選択的に反
応室２に供給し得るようになっている。

【００１４】ここで、励起セル装置４の円錐形長さＬ
は、その底面直径Ｄの５倍以上であり、かつ出口４ａの
直径Ｓは底面直径Ｄの１／２以下となっている。これに
より励起セル装置４は所謂黒体炉をなし、外部に光源５
から照射された光が漏れることのないようになってい
る。また、円錐内部壁面４ｂは全面が鏡面となってお
り、光源５から照射された光を窒素ラジカルを生成する
ために有効に利用できるようになっている。

【００１５】尚、実際には励起セル装置４の円錐形長さ
Ｌ、底面直径Ｄ及び出口４ａの直径Ｓとの関係は、ドー
パントガスの圧力、流速、窒素ラジカルの平均自由行
程、基板Ｂと上記直径Ｓの大きさとの関係などから定め
れば良い。

【００１６】光源５は、内部に放電ガスが交換可能に充
填された放電管８と、放電管８内の放電ガスに放電光を
発生させるべくマイクロ波を該放電管８に供給するマイ
クロ波空洞共振器９とを有する、例えば特開昭６１−１
２０２２号公報に開示された装置と同様な放電光発生装
置からなる。

【００１７】放電管８へのガス供給部（図示せず）及び
マイクロ波空洞共振器９には、これらを制御するべく制
御装置１０が接続されている。この制御装置１０は放電
管８の近傍に設置された放電光の強度センサ１０ａに接
続され、該センサ１０ａからの放電光強度検出値に基づ
きマイクロ波空洞共振器１０によるマイクロ波の発生量
及び放電ガスの圧力などを調整し、放電光強度をフィー
ドバック制御するようになっている。

【００１８】次に本実施例の作動要領について説明す
る。まず砒化ガリウム基板Ｂをサセプタ３に上向きに保
持し、この基板Ｂを回転させると共に加熱する。このと
き、内部通路１ａから成長原料ガスを反応室２に供給す
る。また、励起セル装置４の光源５を点灯し、かつアン
モニアガスを管路６及びガスノズル６ａを介して励起セ
ル装置４内に供給する。すると、このアンモニアガスか
ら光励起した窒素ラジカルが発生する。そして、シャッ
タ７を選択的に開閉することにより、成長するセレン化
亜鉛のエピタキシャル結晶中に窒素をドーパントとして
導入することができる。

【００１９】図３は本発明が適用された第２の実施例を
示す図１と同様な図である。本実施例の構成は概ね第１
の実施例と同様であり、第１の実施例と同様な部分には
同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施
例では、サセプタ１３が、反応管１１の反応室１２の上
側壁面に設けられ、基板Ｂを下向きに保持して回転させ
るようになっている。それ以外の構造は第１の実施例と
同様である。

【００２０】図４は本発明が適用された第３の実施例を
示す図１と同様な図である。本実施例の構成も概ね第１
の実施例と同様であるが、基板Ｂのサセプタ２３が反応
室２２の下側壁面にて基板Ｂを斜め上向きに保持して回
転させるようになっている。また、励起セル装置２４
は、その長手方向が反応管２１の延在方向に沿って設け
られ、該装置２４の殆ど全体が、内部管路２１ａに受容
されている。それ以外の構造は第１の実施例と同様であ
る。

【００２１】図５は本発明が適用された第４の実施例を
示す図４と同様な図である。本実施例の構成は概ね第３
の実施例と同様であるが、基板Ｂのサセプタ３３が、反
応管３１内の反応室３２の上側壁面にて基板Ｂを斜め下
向きに保持して回転させるようになっている。それ以外
の構造は第３の実施例と同様である。

【００２２】尚、第３及び第４の実施例では基板Ｂを斜
め上向きに保持したが、その主面が水平になるように保
持しても良い。

【００２３】図６は本発明が適用された第５の実施例を
示すＭＯＣＶＤ装置の模式的側断面図である。本実施例
では反応管４１が鉛直方向に延在し、成長原料ガスが図
に於ける上側から下側に向けて供給されるようになって
いる。また、反応室４２に設けられたサセプタ４３が、
基板Ｂを上向きに保持して回転させるようになってい
る。更に、励起セル装置４４は、その長手方向が反応管
４１の延在方向に沿って下向きに設けられている。それ
以外の構造は第１の実施例と同様である。

【００２４】図７は本発明が適用された第６の実施例を
示す図６と同様な図である。本実施例の構成は概ね第５
の実施例と同様であるが、鉛直方向に延在する反応管５
１の図に於ける下側から上側に向けて成長原料ガスが供
給されるようになっている。また、反応室５２に設けら
れたサセプタ５３が、基板Ｂを下向きに保持して回転さ
せるようになっている。更に、励起セル装置５４は、そ
の長手方向が反応管５１の延在方向に沿って下向きに設
けられている。それ以外の構造は第５の実施例と同様で
ある。

【００２５】図８は本発明が適用された第７の実施例を
示す図２と同様な図である。本実施例の全体構成は概ね
第１の実施例と同様であるが、励起セル装置６４が有底
の円筒形をなし、その一方の底面が基板Ｂと対向すると
共に円形の窒素ラジカル出口６４ａが設けられている。
また、この出口６４ａの一部から励起セル装置６４内を
臨む位置には、第１の実施例と同様な光源６５が設けら
れている。

【００２６】一方、上記底面と相反する側の他方の底面
６４ｃにはアンモニアガス供給管６６先端のガスノズル
６６ａが励起セル装置６４内に突入するように設けられ
ている。また、励起セル装置６４の内部壁面６４ｂは底
面６４ｃを除き全面が鏡面となっている。底面６４ｃは
光を可能な限り吸収する例えば黒色の光吸収面となって
いる。ここで、励起セル装置６４の円筒形長さＬが、底
面直径Ｄの１０倍以上であり、かつラジカル出口の直径
Ｓが底面直径Ｄの１／２以下となっており、外部に光源
６５から照射された光が漏れることのないようになって
いる。

【００２７】本実施例の場合も励起セル装置の円筒形長
さＬ、底面直径Ｄ及び出口の直径Ｓとの関係は、ドーパ
ントガスの圧力、流速、窒素ラジカルの平均自由行程、
基板Ｂと上記直径Ｓの大きさとの関係などから定めれば
良い。

【００２８】尚、上記各実施例では励起セル装置を円錐
形または円筒形としたが、角錐形または断面が多角形を
なす筒形としても良く、上記したように外部に光源から
照射された光が漏れることのないようになっていれば良
い。また、上記各実施例では励起セル装置の内部壁面の
全面またはその殆どを全反射する鏡面としたが、実際は
例えば乱反射する拡散面としても良い。

【００２９】

【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明に基づくエピタキシャル結晶成長装置用励起セル装
置によれば、内部にガスが供給されるようになっている
と共にラジカルの出口が設けられたケーシングと、この
ガスを光分解し、かつ励起可能なエネルギーの光をケー
シング内部に供給するべく、内部に放電ガスが交換可能
に充填された放電管及びこの放電ガスにマイクロ波を照
射する空洞共振器とを具備する放電光発生装置からなる
光源とを有することにより、容易に成長原料ガスまたは
ドーパントガスを励起でき、かつそれ以外の不必要な物
質を励起する心配もないことから結晶成長条件に悪影響
を及ぼすこともない。また、放電光発生装置から発生す
る励起光の強度の制御が容易であることから、ラジカル
の発生量などを容易に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す側断面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す側断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す側断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す側断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例を示す側断面図である。

【図７】本発明の第６の実施例を示す側断面図である。

【図８】本発明の第７の実施例を示す励起セル装置の図
２と同様な側断面図である。

【符号の説明】

１反応管１ａ内部通路２反応室３サセプタ４励起セル装置４ａ窒素ラジカル出口４ｂ壁面５光源６管路７シャッタ８放電管９マイクロ波空洞共振器１０制御装置１０ａ強度センサ１１反応管１２反応室１３サセプタ２１反応管２１ａ内部管路２２反応室２３サセプタ２４励起セル装置３１反応管３２反応室３３サセプタ４１反応管４２反応室４３サセプタ４４励起セル装置５１反応管５２反応室５３サセプタ５４励起セル装置６４励起セル装置６４ａ出口６４ｂ内部壁面６４ｃ底面６５光源６６管６６ａガスノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/26 Ｈ０１Ｌ 21/26 Ｌ (72)発明者深沢博之神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内 (56)参考文献特開昭61−12022（ＪＰ，Ａ) 特開平１−280323（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−90924（ＪＰ，Ａ) 特開平３−196643（ＪＰ，Ａ) 特開平４−42891（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−214616（ＪＰ，Ａ) 特開平１−24314（ＪＰ，Ａ) 特開平４−284623（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−35516（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に、少なくともいずれか一
方がガスからなる成長原料及びドーパントを供給するこ
とにより化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させる
エピタキシャル結晶成長装置にて前記成長原料及び前記
ドーパントのいずれかのラジカルを発生させるための励
起セル装置であって、内部に前記ガスが供給されるようになっていると共に前
記ラジカルの出口が設けられたケーシングと、前記ガスを光分解し、かつ励起可能なエネルギーの光を
前記ケーシング内部に供給するべく、内部に放電ガスが
交換可能に充填された放電管と、前記放電管内の放電ガ
スに放電光を発生させるべくマイクロ波を照射するマイ
クロ波空洞共振器とを具備する放電光発生装置からなる
光源とを有することを特徴とする励起セル装置。
【請求項２】前記ケーシングが、前記光源から照射
された光が外部に漏出しない黒体炉をなすことを特徴と
する請求項１に記載の励起セル装置。
【請求項３】前記黒体炉が、筒形、円錐形及び角錐
形のうちのいずれかの形状をなすことを特徴とする請求
項２に記載の励起セル装置。
【請求項４】前記ケーシングの内壁面が、前記光源
から照射された光を反射する鏡面をなすことを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の励起セル装
置。
【請求項５】前記エピタキシャル結晶成長装置が、
分子線エピタキシー装置及び有機金属化学気相成長装置
のうちのいずれか一方からなることを特徴とする請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載の励起セル装置。
【請求項６】前記放電光発生装置の発生する放電光
の強度を検出し、かつその検出結果により放電管への放
電ガスの供給手段及びマイクロ波空洞共振器のうちの少
なくともいずれか一方をフィードバック制御することを
特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の励
起セル装置。
【請求項７】前記ドーパントが、Ｖ族元素の単体、
Ｖ族元素の化合物及びＩ族元素の化合物から選択される
一員のガスからなることを特徴とする請求項１乃至請求
項６のいずれかに記載の励起セル装置。
【請求項８】前記Ｖ族元素が、窒素、リン、砒素及
びアンチモンからなり、前記Ｉ族元素の化合物が、リチウムのアルキル化合物か
らなることを特徴とする請求項７に記載の励起セル装
置。