JP2743444B2 - ▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体の気相成長装置Info
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- JP2743444B2 JP2743444B2 JP4991089A JP4991089A JP2743444B2 JP 2743444 B2 JP2743444 B2 JP 2743444B2 JP 4991089 A JP4991089 A JP 4991089A JP 4991089 A JP4991089 A JP 4991089A JP 2743444 B2 JP2743444 B2 JP 2743444B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置に関
し、さらに詳しくは、III族元素塩化物とＶ族元素を交
互に供給し、単分子層単位の成長を制御することのでき
るIII−Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長装
置に関するものである。
し、さらに詳しくは、III族元素塩化物とＶ族元素を交
互に供給し、単分子層単位の成長を制御することのでき
るIII−Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長装
置に関するものである。
［従来の技術およびその課題］ III−Ｖ族化合物半導体の量子井戸レーザ、変調ドー
プ構造のような構造を実現するためには、超薄膜結晶成
長技術の確立が必要である。近年、新しい成長手法とし
て、III族元素とＶ族元素の原料ガスを交互に供給する
原子層エピタキシー（ALE）法が行われている。このALE
法は単分子層単位の膜厚を精密に制御できるため、急峻
なヘテロ界面が形成できる。また、成長温度が400℃以
下と低いことから、ヘテロ界面の原子の相互拡散が起こ
りにくい等の利点を持っている。
プ構造のような構造を実現するためには、超薄膜結晶成
長技術の確立が必要である。近年、新しい成長手法とし
て、III族元素とＶ族元素の原料ガスを交互に供給する
原子層エピタキシー（ALE）法が行われている。このALE
法は単分子層単位の膜厚を精密に制御できるため、急峻
なヘテロ界面が形成できる。また、成長温度が400℃以
下と低いことから、ヘテロ界面の原子の相互拡散が起こ
りにくい等の利点を持っている。
このALE法の実現には、急峻に原料ガスを遮断し、切
り換えることが必要である。例えば、III族原料に塩化
物を用いたALE法は、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス（Jpn.J.Appl.Phys.,25,L2
12（1986））に記載されている。
り換えることが必要である。例えば、III族原料に塩化
物を用いたALE法は、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス（Jpn.J.Appl.Phys.,25,L2
12（1986））に記載されている。
この手法に使用した装置の概略構成図を第３図に示
す。GaAsの成長を例にとると、Ｖ族元素原料としてAsH3
ガスを用い、III族元素原料としてガリウム（Ga）ソー
ス31に塩化水素（HCl）を供給し、反応させた生成物（G
a＋HCl→GaCl＋1/2H2）である塩化ガリウム（GaCl）を
用いる。このGaClはHClの供給を停止してもGaソース中
に溶け込んだ塩素のために、急峻にGaClを遮断できな
い。そのため、反応管32内に複数の成長室33a,33bを設
け、III族、Ｖ族元素原料を別々の成長室33aおよび33b
に供給する。
す。GaAsの成長を例にとると、Ｖ族元素原料としてAsH3
ガスを用い、III族元素原料としてガリウム（Ga）ソー
ス31に塩化水素（HCl）を供給し、反応させた生成物（G
a＋HCl→GaCl＋1/2H2）である塩化ガリウム（GaCl）を
用いる。このGaClはHClの供給を停止してもGaソース中
に溶け込んだ塩素のために、急峻にGaClを遮断できな
い。そのため、反応管32内に複数の成長室33a,33bを設
け、III族、Ｖ族元素原料を別々の成長室33aおよび33b
に供給する。
成長手順は次の通りである。まず、成長室33aで基板
結晶36表面にGaClを吸着させる。次に、基板移動機構35
により基板結晶36を成長室33bへ移動してAsH3ガスを供
給し、GaAsの単分子層を成長させる。この一連の操作を
繰り返して所定の膜厚を形成する。
結晶36表面にGaClを吸着させる。次に、基板移動機構35
により基板結晶36を成長室33bへ移動してAsH3ガスを供
給し、GaAsの単分子層を成長させる。この一連の操作を
繰り返して所定の膜厚を形成する。
このように塩化物を用いる従来のALE装置では、原料
ガスの遮断または切り換えを複数の成長室を設けた反応
管と、基板結晶が各成長室間を移動できる移動機構によ
って行っている。そのため、成長装置は巨大になり、複
雑化した移動機構部を必要とするなどの欠点を持ってい
た。
ガスの遮断または切り換えを複数の成長室を設けた反応
管と、基板結晶が各成長室間を移動できる移動機構によ
って行っている。そのため、成長装置は巨大になり、複
雑化した移動機構部を必要とするなどの欠点を持ってい
た。
本発明は、上記したような従来の欠点を取り除き、複
雑な移動機構がなく、かつ単分子層単位の膜厚で成長を
制御できる装置を提供することを目的とする。
雑な移動機構がなく、かつ単分子層単位の膜厚で成長を
制御できる装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、III族原料ガスとＶ族原料ガスを交互に反
応管内の成長基板上に供給して結晶成長を行うIII−Ｖ
族化合物半導体の気相成長装置において、反応管内の成
長基板の周辺部に該基板を挟んで配設されたIII族原料
ガスおよびＶ族原料ガスに対する独立した各噴出口と、
該各噴出口の近傍に配設された原料ガスの各排気口と、
該各排気口に配設された排気調節機構とを備えてなるこ
とを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置
である。
応管内の成長基板上に供給して結晶成長を行うIII−Ｖ
族化合物半導体の気相成長装置において、反応管内の成
長基板の周辺部に該基板を挟んで配設されたIII族原料
ガスおよびＶ族原料ガスに対する独立した各噴出口と、
該各噴出口の近傍に配設された原料ガスの各排気口と、
該各排気口に配設された排気調節機構とを備えてなるこ
とを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置
である。
［作用］ 第１図は本発明の実施例を兼ねてその基本的構成を示
す気相成長装置の概略構成図である。
す気相成長装置の概略構成図である。
結晶成長を行う反応管13内には、基板結晶11が載置さ
れ、該基板結晶11の周辺部にはIII族原料ガスの噴出口1
9aおよびＶ族原料ガスの噴出口19bが基板結晶11を挟ん
で配設されている。III族原料ガスは、例えばGaソース1
2とHClによって生成するGaClがキャリアガスによって噴
出口19aから基板結晶11へ供給され、Ｖ族原料ガスは、
例えばAsH3がキャリアガスによって噴出口19bから基板
結晶11へ供給される。
れ、該基板結晶11の周辺部にはIII族原料ガスの噴出口1
9aおよびＶ族原料ガスの噴出口19bが基板結晶11を挟ん
で配設されている。III族原料ガスは、例えばGaソース1
2とHClによって生成するGaClがキャリアガスによって噴
出口19aから基板結晶11へ供給され、Ｖ族原料ガスは、
例えばAsH3がキャリアガスによって噴出口19bから基板
結晶11へ供給される。
各噴出口19a,19bの近傍には、開閉バルブ15a,15bを備
えた排気口14a,14bが配設されている。
えた排気口14a,14bが配設されている。
本発明においては、各噴出口19a,19bに近接して設け
られた排気口14a,14bの各開閉バルブ15a,15bを交互に開
閉することにより、基板結晶上に流れるガスの方向を任
意に変えることができる。例えば、開閉バルブ15aを閉
じ、開閉バルブ15bを開くと、噴出口19aより噴き出した
III族原料ガスとキャリアガスは、基板結晶11上を流
れ、噴出口19bから噴き出したキャリアガスと共に排気
口14bより排気される。
られた排気口14a,14bの各開閉バルブ15a,15bを交互に開
閉することにより、基板結晶上に流れるガスの方向を任
意に変えることができる。例えば、開閉バルブ15aを閉
じ、開閉バルブ15bを開くと、噴出口19aより噴き出した
III族原料ガスとキャリアガスは、基板結晶11上を流
れ、噴出口19bから噴き出したキャリアガスと共に排気
口14bより排気される。
また、開閉バルブ15aを開き、開閉バルブ15bを閉じる
と、噴出口19bより噴き出したキャリアガスは、基板結
晶11上を流れ、噴出口19aから噴き出したIII族原料ガス
とキャリアガスと共に排出口14aより排気される。この
状態で、開閉バルブ15cを開き、Ｖ族原料ガスを導入す
る。Ｖ族原料ガスは噴出口19bより噴き出し、キャリア
ガスと共に基板結晶11上を流れ、排出口14aより排気さ
れる。次いで開閉バルブ15aを閉じることにより、Ｖ族
原料ガスの導入が停止できる。
と、噴出口19bより噴き出したキャリアガスは、基板結
晶11上を流れ、噴出口19aから噴き出したIII族原料ガス
とキャリアガスと共に排出口14aより排気される。この
状態で、開閉バルブ15cを開き、Ｖ族原料ガスを導入す
る。Ｖ族原料ガスは噴出口19bより噴き出し、キャリア
ガスと共に基板結晶11上を流れ、排出口14aより排気さ
れる。次いで開閉バルブ15aを閉じることにより、Ｖ族
原料ガスの導入が停止できる。
以上の操作を繰り返し、基板結晶上に流れるIII族お
よびＶ族の原料ガスを交互に供給し、かつ急峻に遮断
し、切り換えることができる。
よびＶ族の原料ガスを交互に供給し、かつ急峻に遮断
し、切り換えることができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
実施例１ 第１図は、本発明の１実施例に使用した装置の概略構
成図である。
成図である。
本実施例ではGaAsの成長を例に説明する。III族原料
にGaソースとHClの反応により生じたGaCl、Ｖ族原料にA
sH3を用いた。基板結晶11の面方位としては、（100）面
を用いた。Gaソース12の温度を750℃、Ｖ族原料の分解
温度を750℃、基板結晶11の温度を450℃とした。III族
原料およびＶ族原料側より常時、水素（H2）を供給し
た。
にGaソースとHClの反応により生じたGaCl、Ｖ族原料にA
sH3を用いた。基板結晶11の面方位としては、（100）面
を用いた。Gaソース12の温度を750℃、Ｖ族原料の分解
温度を750℃、基板結晶11の温度を450℃とした。III族
原料およびＶ族原料側より常時、水素（H2）を供給し
た。
その他の条件を下記に示す。
HCl 1cc/min AsH3 5cc/min 各噴出口からのH2 4000cc/min まず、基板結晶11を設置した反応管13の排気口14aの
開閉バルブ15aを開き、排気口14bの開閉バルブ15bを閉
じた状態で反応管13を昇温する。温度が安定したところ
でGaソース12上にガスの導入口18よりHClを供給する。G
aソース12との反応によって発生したGaClは噴出口19aよ
り噴き出し、排気口14aより排気される。雰囲気が安定
したところで、基板結晶上への原料の供給を次の手順で
行った。
開閉バルブ15aを開き、排気口14bの開閉バルブ15bを閉
じた状態で反応管13を昇温する。温度が安定したところ
でGaソース12上にガスの導入口18よりHClを供給する。G
aソース12との反応によって発生したGaClは噴出口19aよ
り噴き出し、排気口14aより排気される。雰囲気が安定
したところで、基板結晶上への原料の供給を次の手順で
行った。
開閉バルブ15aを閉じ、開閉バルブ15bを５秒間開き、
GaClを基板結晶11上へ流し、排気口14bより排出する。
この操作で、基板結晶11の表面にGaClが吸着する。
GaClを基板結晶11上へ流し、排気口14bより排出する。
この操作で、基板結晶11の表面にGaClが吸着する。
開閉バルブ15bを閉じ、開閉バルブ15aを10秒間開き、
GaClを排気口14aより排出する。この操作で、基板結晶1
1上のGaClをパージする。
GaClを排気口14aより排出する。この操作で、基板結晶1
1上のGaClをパージする。
Ｖ族原料の開閉バルブ15cの噴出口19bを開き、AsH3を
５秒間供給する。AsH3は分解し、基板結晶11上を流れ、
排気口14aより排出される。この操作で、基板結晶11表
面にGaAsが形成される。
５秒間供給する。AsH3は分解し、基板結晶11上を流れ、
排気口14aより排出される。この操作で、基板結晶11表
面にGaAsが形成される。
開閉バルブ15cを10秒間閉じ、基板結晶11上のAsH3を
パージする。
パージする。
以上のからの操作を300回繰り返した結果、成長
膜厚は約850Åとなり、1ALEサイクル当たりの膜厚は2.8
Åであった。
膜厚は約850Åとなり、1ALEサイクル当たりの膜厚は2.8
Åであった。
第２図は、GaAs成長層を本発明の成長装置を用いて形
成したときの、Gaソース上に供給するHCl流量に対する1
ALEサイクル当たりの成長膜厚を示したもので、同図か
ら、本発明の成長装置を用いれば、形成した結晶の膜厚
はIII族ソース上に供給するHCl流量に影響せず、単分子
層単位で制御できることがわかる。
成したときの、Gaソース上に供給するHCl流量に対する1
ALEサイクル当たりの成長膜厚を示したもので、同図か
ら、本発明の成長装置を用いれば、形成した結晶の膜厚
はIII族ソース上に供給するHCl流量に影響せず、単分子
層単位で制御できることがわかる。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明のALE法による気相成長装
置を用いれば、従来のように複雑な移動機構を必要とせ
ずにIII族元素とＶ族元素の原料ガスの急峻な遮断また
は切り換えを行うことができ、1ALEサイクル当たりの膜
厚を単分子層の単位で精密に制御することができる。
置を用いれば、従来のように複雑な移動機構を必要とせ
ずにIII族元素とＶ族元素の原料ガスの急峻な遮断また
は切り換えを行うことができ、1ALEサイクル当たりの膜
厚を単分子層の単位で精密に制御することができる。
第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図はGaソ
ース上に供給するHCl流量に対する1ALEサイクル当たり
の成長膜厚を示す図、第３図は従来の気相成長装置の概
略構成図である。 11,36……基板結晶 12,31……ガリウム（Ga）ソース 13,32……反応管、14a,14b……排気口 15a,15b,15c……バルブ 18……導入口、19a,19b……噴出口 33a,33b……成長室、35……基板移動機構
ース上に供給するHCl流量に対する1ALEサイクル当たり
の成長膜厚を示す図、第３図は従来の気相成長装置の概
略構成図である。 11,36……基板結晶 12,31……ガリウム（Ga）ソース 13,32……反応管、14a,14b……排気口 15a,15b,15c……バルブ 18……導入口、19a,19b……噴出口 33a,33b……成長室、35……基板移動機構
Claims (1)
- 【請求項１】III族原料ガスとＶ族原料ガスを交互に反
応管内の成長基板上に供給して結晶成長を行うIII−Ｖ
族化合物半導体の気相成長装置において、反応管内の成
長基板の周辺部に該基板を挟んで配設されたIII族原料
ガスおよびＶ族原料ガスに対する独立した各噴出口と、
該各噴出口の近傍に配設された原料ガスの各排気口と、
該各排気口に配設された排気調節機構とを備えてなるこ
とを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4991089A JP2743444B2 (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | ▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体の気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4991089A JP2743444B2 (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | ▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体の気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230721A JPH02230721A (ja) | 1990-09-13 |
| JP2743444B2 true JP2743444B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=12844167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4991089A Expired - Lifetime JP2743444B2 (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | ▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体の気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2743444B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03284836A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-16 | Matsushita Electron Corp | 半導体製造装置及び気体供給方法 |
-
1989
- 1989-03-03 JP JP4991089A patent/JP2743444B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02230721A (ja) | 1990-09-13 |
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