JPH01264993A - 原子層のエピタキシー成長方法及びこの方法を実施する装置 - 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、基板表面上で、半導体の薄層を原子層エピタ
キシー成長させる方法であって、水素を含有しているキ
ャリヤガスと交互に、半導体を構成する単数または複数
の元素の気相化合物を、加熱された基板を収容している
室内に供給する形式の方法、並びにこの方法を実施する
ための装置に関する。

〔従来の技術〕

いわゆる原子層エピタキシー法は、エピタキシャル型の
半導体、つまり結晶学的に配向された（所定の方位関係
を有する）単結晶の半導体を、例えばＡなる元素と８な
る元素とから製造するために応用される。

この場合、加熱された基板には、まず初めに、元素Ａの
化合物が、基板表面が単分子層または八−単層で覆われ
るまで供給され、次に、元素Ｂが、Ａ−単層と反応して
、ＡＢ−単層を形成するために供給される。

このサイクルは、所望の層厚さが得られるまで反復され
る。この場合の元素Ａとしては、周期表における■族の
１元素、また元素Ｂとしては、周期表における■族の１
元素を用いることが可能である（ＩＩ／ＶＩ族結合半溝
結合半導体は、アルミニウム、ガリウム又はインジウム
のような■族の１元素と、例えば窒素、燐、砒素又はア
ンチモンのような■族の１元素とを用いることもできる
（ｍ／Ｖ族結合半導体）。

なお、ＩＶ／ＶＩ族結合半溝結合半導体ようとする場合
には、ＩＶ族の元素として、珪素、ゲルマニウム又は炭
素を用いることができる（例えば、５ｉ−３ｉ半導体、
５ｉ−Ｇｅ半導体、５ｉ−Ｃ半導体もしくはＧｅ−Ｇｅ
半専心体。Ａ及びＢの化合物の供給は、キャリヤガスに
よって行われる。

有機金属のガリウム化合物としての、例えばトリエチル
ガリウム（ＴＥＧ）、及びアルシン（ＡｓＨ３）がら、
砒化ガリウムを原子層エピタキシー成長させる場合には
、形成される層が高いＰ−伝導性と、低い電子移動性と
を示すことが明らかにされている。

その原因は、ガリウム化合物の吸着中に、砒素が表面か
ら蒸発して空格子点が生ずるためである。

半導体の表面から砒素が蒸発することを抑制するために
、トリエチルガリウムの供給中に、そのキャリヤガスに
少量のアルシンを添加することが、既に提案されている
（日本応用物理学会誌（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）、Ｖｏ
ｌ、２４、Ｎｏ、１２．１９８５年１２月、Ｌ９２６〜
Ｌ９６４頁；インスティテユー１−・オブ・フィジカル
・コンファレンス（Ｉｎｓｔ、Ｐｈｙｓ、Ｃｏｎｆ、）
、Ｓｅｒ、Ｎｏ、８３、ｃｈ、１、ガリウムひ素及び関
連化合物の国際シンポジウム（Ｉｎｔｅｒｎ、Ｓｙｍｐ
、ＧａＡｓ　ａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　Ｃｏｌｌ１ｐｏ
ｕｎｄｓ）、１９８６．１〜８頁；日本応用物理学会誌
、Ｖｏｌ、２５゜Ｎｏ、６．１９８６、Ｌ５１３〜Ｌ５
１５頁）。この場合のキャリヤガスとしては、水素が用
いられている。

このようにすると、確かにｐ−伝導性が若干低下し、電
子移動性も僅かに高められるが、通常の原子層エピタキ
シー成長に際して、つまり、例えば純粋なアルシンとト
リエチルガリウムとを交互に室内に供給する場合に避け
ることのできない問題性が、更に大きくなる。即ち、一
方の気相化合物。

例えばアルシンが他方の気相化合物、例えばトリエチル
ガリウムの供給に際して、室内に残留していることによ
り、固化合物の気相での反応が生じ。

ひいては、アダクツ（付加生成物）及び部品の形成、室
内壁における析出などの現象を惹起するので、半導体薄
層の諸特性が著しく劣悪化される。

上記の公知文献で提案されているように、トリエチルガ
リウムの供給に際してアルシンを添加すると、この気相
反応が更に著しく促進されることは確かである。

しかも、極めて有毒なガスであるアルシンは、激しい法
的規制を受けている。

上述した公知の方法では、アルシンの供給が絶えず連続
的に行われるので、半導体を形成するために必要とされ
るよりも、はるかに多いアルシンが消費され、従って、
アルシンの排出処理が大きな問題となっている。

ヨーロッパ特許第００１５３９０号明細書によれば、原
子層エピタキシー法における結晶核（部品）の形成を抑
制するため、半導体を構成する各元素の化合物を交互に
供給する間に、例えばアルゴンのような不活性のパージ
ガス（洗浄ガス）が供給される。

これによって、どのような形にせよ、化合物同士が互い
に接触することが妨げられ、ひいては、アダクツ形成お
よび部品形成が阻止される。

この公知の方法により製造された半導体層では、きわめ
て高いｐ−伝導性と、低い電子移動性とが際立っている
。

公知技術によれば、原子層エピタキシー成長により、半
導体薄層を製造するための装置として、２つのタイプ、
即ち鉛直型と水平型との反応器が用いられている。

鉛直型反応器においては、表面に半導体層を成長させる
基板が、円筒形反応室の半径方向平面に、一つまり１反
応器の円筒軸線に対して、又はガスの流動方向に対して
垂直に配置されている。

他方の水平型反応器の場合には、基板が、反応器の縦方
向、つまりガスの流動方向に沿って延在されている。

しかし、これら２つのタイプの反応器は、極めて高い設
定条件を満たすことができず、殊に、被覆加工部におけ
る層厚さと組成とに関する所望の均等性を、この種の反
応器で達成することはできない。

つまり、水平型の反応器においては、ガスがまずガス入
口に面した側の基板範囲に当たるので、半導体薄層の厚
さが、その箇所で最大になり、ガスの流動方向で見て、
先方に行くに従って、層の厚さは漸減し、それに応じて
、組成も変化する。

その原因は、ガスの入口に面した基板範囲で生ずるガス
の乱流にある。

また、鉛直型の反応器においては１円筒形の室の円筒軸
線内に配置されたホッパの先端部に、ガス入口が配置さ
れており、ガスは、このホッパを介して室内に供給され
る。従って、ガスの主流動方向は、室の円筒軸線に沿っ
ており、ガスが基板に当接した後では、流動方向が、半
径方向に変えられる。

そのため、被覆層の厚さは、基板中央部から縁部に向か
って減少することになり、その組成も、やはり、基板中
央部から縁部に向かって次第に変化する。

被覆層におけるこのような不均等性は、長い鋭角のホッ
パを用いさえすれば、幾分かは緩和されうるものの、そ
のために室内のガス容量が増大するので、特にガス交換
を行う場合の作業が困難になる。

更に、半導体を構成する大抵の元素は、有毒な気相化合
物、例えばアルシンを排出処理する問題も困難になり、
アダクツ形成および部品形成も促進される。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、冒頭に述べた要領による方法に改良を
加えて、排出される有毒ガス、例えばアルシンの量が、
明らかに判るほど減少されるようにし、しかも、形成さ
れる半導体層の室を向上させること、つまり、半導体表
面から砒素のような元素が蒸発することをできるだけ抑
制し、化合物の気相反応、より具体的に言うと、例えば
トリエチルガリウムとアルシンとの気相反応によるアダ
クツ形成および部品形成を阻止することにある。

また、この方法を実施するための効果的な装置を虚供す
ることも、本発明の目的である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本発明の方法によれば、
少なくとも、１つの気相化合物のキャリヤガスの少なく
とも一部を、稀ガスとすることである。

本発明の方法を実施するための装置は、基板を保持部上
の半径方向平面に配置した状態で収容する円筒形の室と
、ガスのための入口と、円筒形の室の基底部からガス入
口に向かって先細に収束しているホッパ状のフードとを
備え、その特徴とするところは、ホッパ状のフードの軸
線が、室の円筒ケーシング軸線から、この円筒ケーシン
グ軸線に対し半径方向にずらされて配置されたガス入口
に向かって傾斜角を成すように延びており、基板の配置
される半径方向平面が、フードの基底部範囲に位置を占
めていることにある。

〔発明の作用と効果〕

本発明による方法の好適な実施例は、請求項（２）乃至
（８）に示されており、この方法を実施する装置の好適
な実施例は、請求項（１０）乃至（１３）に示されてい
る。

本発明によれば、キャリヤガスとして、水素と稀ガスと
の混合気体が用いられる。

本発明による方法では、アダクツ形成及び部品形成を阻
止するべく、有利には、各化合物を交互に供給する間に
、室が空にされる（掃気）か、又はパージガスで洗浄さ
れる。この場合、パージガスとして、やはり稀ガスを用
いると効果的である。

公知技術におけるように、水素をキャリヤガス又はパー
ジガスとして用いた場合には、半導体の表面から元素が
溶は出すこと、つまり或る程度の表面エツチングが生ず
ることが明らかである。即ち、これらの元素における少
なくとも一部からの水素化物生成は、著しい発熱性のプ
ロセスであることが確認された。

従って、ＧａＡｓとＨ２との８００＠にでの反応による
アルシン生成のエンタルピーが、約マイナス８５ＫＪ／
ｍｏｌになるという計算が成立する。

本発明による方法では、すべての水素を、稀ガスに代え
る必要はない。むしろ本発明による利点は、キャリヤガ
ス又はパージガスの極く一部だけを、稀ガスから構成す
るのみで、認めるに足るだけの効果が得られるところに
ある。

しかし、一般的には、キャリヤガス又は、パージガス中
で、稀ガスの占める割合が、５０容量Ｘを上回る値とさ
れる。この値が、８０容量２を超えるのが、特に好まし
い。

つまり、キャリヤガス及びパージガス中の水素含有率は
、５０容量ダ未満、好ましくは、２０容量％未満とされ
る。

しかし、キャリヤガス又はパージガス中に或る程度の、
例えば少なくとも５容量ｚ程度の水素を含有させておく
ことは、むしろ望ましい。何故ならば、このようにする
と、酸化により惹起される夾雑物生成を阻止する還元性
の雰囲気が保証されることになるからである。

なお、気相の元素化合物として、メチル化合物（例えば
、塩化ジメチル、又はガリウム、アルミニウムもしくは
インジウムのトリメチル化合物）が用いられる場合にも
、或る程度の水素が含まれていれば、これが、この種の
有機金属メチル化合物における分解温度を下げることに
なり、望ましい結果が得られる。

比較的高い蒸気圧を有するＡ及びＢの化合物を。

エピタキシー成長の全サイクルに亘って、つまり。

パージガスによるパージ中にも、また比較的低い蒸気圧
を有する他方の化合物の供給中にも、或る程度の割合で
添加すると有利である。

パージガスもしくは他方の化合物を供給する際に、これ
らに含まれるより高い蒸気圧を有する化合物の量は、そ
れによって、元素の蒸気圧、つまり加熱された半導体層
上におけるこの元素の蒸気圧にできるだけ等しくした蒸
気圧が、生じるように設定されている。

本発明によれば、パージガスを供給する代わりに、単数
または複数の元素からなる各化合物を供給する間に、室
を空にする（掃気する）ことも可能である。また、その
掃気プロセス中にも、より高い蒸気圧を有する（パージ
ガスを含まない）少量の化合物を供給することができる
。

本発明の方法により砒化ガリウム（ＧａＡｓ）半導体を
製造する場合、部品形成が観察されることはない。つま
り、この点に関してだけでも、本発明は、前述の公知技
術を完全に凌駕している。しかも、本発明では、Ｐ−伝
導性が著しく抑制され、驚異的に高い電子伝導性が得ら
れる。

本発明の方法により、アルシンと有機金属のガリウム化
合物とから、砒化ガリウム半導体を製造しようとするに
は、砒化ガリウム層上における約６００℃の基板温度の
もとで、Ａｓ２−分子の蒸気圧を約１０’−’Ｐａとす
る。従って、パージガスの供給および気相有機金属ガリ
ウム化合物の供給に際しては、供給される混合気体にお
けるＡｓ、−圧が、６００℃の温度で少なくとも約１０
〜’Ｐａとなるような量のアルシンが添加される。

本発明による方法の有利な一実施例においては、Ｇａニ
ーｘＡ１ｘＡｓ（但し、工はＯ〜１）なる式であられさ
れるガリウム−アルミニウムー砒化物−半導体、つまり
砒化ガリウム半導体層、もしくは砒化アルミニウム半導
体層を形成することができる。この場合。

複数の砒化ガリウム単層からなる層と、複数の砒化アル
ミニウム単層から或る層とが交互に成長し。

言わば、ヘテロ構造が形成されるので、各層の界面には
、二次元の電子ガスが生ずる。

更に本発明による方法の有利な一実施例においては、四
成分系としてのインジウム−ガリウム−砒化物−燐化物
一半導体を製造することが可能であり。

この場合、四成分系は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｌ−、Ｐ
、−（但し、ＸはＯ〜１、ｙは０〜ｌ）なる式であられ
される。

従って、例えばｘ＝１．　ｙ＝１とした場合には、燐化
インジウム層が形成され、ｘ＝０．５、ｙ＝Ｑとした場
合にはＩｎＧａＡｓ−層が形成される。交互に異なるＸ
又はｙを有する層を成層状に成長させることによって、
ヘテロ構造を形成するならば、各層の界面で、やはり二
次元の電子ガスを得ることが可能である。

この種の四成分系では、異なる化合物のへテロエピタキ
シーにおける各格子定数を、互いに最適なものとして整
合することができる。

３００℃から１０００℃までの基板温度で、ＧａＡｌＡ
ｓ−半導体、またはＩｎＧａＡｓＰ−半導体を製造する
場合には、有機金属のガリウム化合物、アルミニウム化
合物、またはインジウム化合物を供給する際のパージガ
ス中に含まれるアルシンまたはホスフィンの量、もしく
は質量流量が、一般に、最高のアルシンまたはホスフィ
ン質量流量の、つまり、それぞれＡｓ−単層またはＰ−
単層を形成する段階でのアルシンまたはホスフィン質量
流量の高々８％程度、有利には４％未満とされる。

パージガスの供給時、または有機金属化合物の供給時に
おけるアルシン、またはホスフィンの質量流量は、基板
温度での半導体上の砒素蒸気圧もしくは燐蒸気圧に応じ
て、コンピューター制御するのが好ましい。

つまり本発明によれば、他方の元素の有機金属化合物を
供給する際に、場合によっては、パージガスを供給する
際に、ある程度の量のアルシンまたはホスフィンをキャ
リヤガスまたはパージガスに添加すると有利な結果が得
られる。添加されるアルシンまたはホスフィンの量は、
いずれの場合にも、公知の方法におけるよりも明らかに
僅かな値に抑えられている。

それと同時に、本発明による方法で注目に値するのは、
キャリヤガスまたはパージガス中に含まれる水素の割合
が低く抑えられているために、アルシンまたはホスフィ
ン形成の起因となる半導体表面からの砒素または燐の溶
は出しが充分に阻止されていることである。つまり、本
発明による方法では、アルシンまたはホスフィンを排出
処理する問題が明らかに緩和されている。

ガリウム、アルミニウム及びインジウムの有機金属化合
物として、塩化ジメチルを、また特に塩化ジエチルを用
いると効果的であることが実証されている。

塩化ジエチルが、塩化ジメチルに比べて有利である点は
、比較的低い温度で分解してエデン（エチレン）を放出
すること、即ち、反応に際して、水素を必要としないこ
とにある。つまり、塩化ジエチルを用いた場合には、キ
ャリヤガスをほぼ完全に稀ガスから構成することが可能
となり、ひいては、半導体表面からの水素（Ｈ□）によ
る砒素または燐の腐刻（溶は出し）が、充分に抑制され
る。

しかし、塩化ジエチルの分解温度が低過ぎる場合、もし
くは塩化ジエチルにおける蒸気圧が高過ぎる場合には、
塩化ジメチルを効果的に用いることができる。この場合
には、メチル残基の分離を容易にするため、キャリヤガ
スには一般に、充分な水素を含ませる。

ガリウム塩化ジエチル（ＤＥＧａＣｌ）は、本発明によ
る方法において、特に有効な有機金属ガリウム化合物で
あるといえる。つまり、この物質（ＤＥＧａＣｌ）は、
Ｈ２が存在しない場合、即ち、純粋なヘリウム雰囲気中
にある場合でも、比較的低い３５０℃程度から６００℃
以上にまで及ぶかなり広い温度範囲において、確実に単
層の形成を行う。

従って、温度の制御および配分が非臨界的に行われるの
みならず、むしろ、単層を形成するのに充分な基板温度
が比較的低いことにより、ＧａＡｓ／Ｐ−層上における
砒素または燐の圧力は、特に低く抑えられるので、砒素
または燐が半導体表面から蒸発することはない。

従って、パージガスの供給時およびＤＥＧａＣｌの供給
時における砒素水素：アルシン（ＡｓＨ，）、又は燐化
水素：ホスフィン（ＰＨ，）の含有率を、場合によって
はゼロにするか、あるいは、かなり低い値に抑えること
ができるので、部品形成、アダクツ形成などの現象は阻
止される。

このことを別にしても、低い基板温度は、ヘテロ界面に
おける内部拡散を回避するために効果的に作用する。

本発明の方法によれば、半導体層内にドーピング材料を
組込むことができる。この際、ドーピング材料は、意図
的に、その伝導タイプ（ｐ型またはｎ型）に応じて規定
される格子原子をドーピング材料により、組換えようと
する箇所で、粗格子内に組込むことが可能である。

従って、例えばベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、亜鉛（Ｚｎ）のようなｐ−型のドーピング材料を
。

第３の主族における元素のキャリヤガス、つまり例えば
有機金属化合物に添加すること、並びに硫黄（Ｓ）、セ
レン（Ｓｅ）のようなｎ−型のドーピング材料、または
珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）のような両性材料をも、アル
シンまたはホスフィンのキャリヤガスに添加することが
できる。

〔実　施　例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の好適実施例を詳細
に説明する。

第１図は、セレン（Ｓｅ）をドーピングした砒化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）を成長させるための質量流量変化を示す
ダイアグラムである。

第１図において、特性曲線Ａは、有機金属ガリウム化合
物（ＯＧａ）、例えば、ＤＥＧａＣｌとキャリヤガスと
してのヘリウム（Ｈｅ）との混合気体における質量流量
ダイアグラムを示し、特性曲線Ｂは、アルシン（ＡＳＩ
＋３）とキャリヤガスとしての水素（Ｈ２）との混合気
体における質量流量ダイアグラムを示し、特性曲線Ｃは
、ドーピング材料（ＤＯ）、例えばＨ２Ｓｅと、キャリ
ヤガスとしての水素（■２）との混合気体における質量
流量ダイアグラムを示し、特性曲線りは、パージガス（
Ｈ２）の質量流量ダイアグラムを示す。

第１図のダイアグラムから明らかなように、全体として
、例えば４秒間に亘る１つの単層サイクルは、次のよう
な４つの過程から合成されている。

（１）有機金属ガリウム化合物（ＯＧａ）の吸着過程：
１秒間 （２）ヘリウムによる濡出（パージ）過程：１秒間（３
）　ＡＳＨ３（及びＨ２Ｓｅ）との反応過程＝１秒間（
４）ヘリウムによる濡出（パージ）過程＝１秒間この場
合、特性曲線Ｂから明らかなように、単に第３過程での
み、ＡｓＨ，及びＨ２の供給が行われるのではなく、第
１、第２及び第４の過程中にも、少量の水素化砒素（Ａ
ｓ）Ｉ３）と水素（■２）とが供給される。

パージガスとしてはヘリウムが用いられるが、このヘリ
ウムは、同時に、有機金属ガリウム化合物のキャリヤガ
スとしても利用される。

有機金属ガリウム化合物は、その蒸気圧を介して分配さ
れる。そのためには、ヘリウムが、液＋［」の有機金属
ガリウム化合物を収容している恒温化（サーモスタット
により）された気泡計数器（バブルカウンタ）内を案内
される。

これと同じような要領により、ｐ−型のドーピング材料
も配量することができる。特性曲線Ｂの質量流のための
ＡｓＨ，／Ｈ２−混合気体としては、例えば１１□中に
１０容量ＸのＡｓＨ，を含む市販の混合気体を用いるこ
とが可能である。この混合気体は、常時、それも第３過
程のＡ　ｓ　Ｈ３−反応時には最大の質量流量で、また
その他の場合には、最大質量流量の例えば３％の値に絞
った状態で供給される。

各サイクルの第２過程および第４過程中のパージ用ヘリ
ウムは、例えば適宜なガスボンベから供給される。

本発明においては、原子層エピタキシー成長中の反応室
内圧力が、パージガスを用いる場合に、すへての過程で
、好ましくは１（１−１００００Ｐａ（０，１〜１００
ミリバール）とされる。

パージガスを供給する代わりに、各元素の化合物を交互
に供給する間に室の掃気を行う場合には、その掃気過程
に際して、圧力が、ファクター１００〜１００００だけ
低下される。つまり、各化合物を交互に供給している際
の室内圧が、例えば１００Ｐａである場合、その間の掃
気過程における圧力は１例えば０．ｌＰａに低減される
。

本発明によれば、原子層エピタキシー成長により、半導
体の薄層を製造するための装置もしくは反応器も提供さ
れる。この装置または反応器を用いることにより、高い
均等性の半導体薄層を得ることができる。

なお、この本発明による反応器が、前述の本発明の方法
を実施するのに特に好適であることは言うまでもない。

次に、第２図示の反応器について説明する。

図から明らかなように１反応室としての円面ケーシング
（１）は、その上端部にホッパ状のフード（２）を有し
ており、フード（２）は、その基底部（３）、つまり円
筒ケーシング（１）に結合される下端部から、ガス入口
（４）の位置しているその上端部に向かって先細に収束
している。

入１コ（４）は、室の円筒軸線（５）に対し半径方向に
ずらされて配置されている。つまり、フード（２）のホ
ッパ軸線（６）が、室の円筒軸線（５）と（α）なる０
度よりは大きく９０度よりは小さい角度、より厳密に言
えば、一般に２０〜７０度、好ましくは４０〜６０度の
角度で交差している。

円筒ケーシング（１）の上端部、つまり、ホッパ状フー
ド（２）の基底部（３）の範囲における円筒軸線（５）
に対し半径方向に延びる平面内には、基板（７）が配置
されており、半導体薄層は、原子層−エピタキシー成長
により、この基板（７）上に形成される。

基板（７）は、基板ホルダー（８）によって保持される
。この基板ホルダー（８）は、ケーシング（１）の円筒
軸線（５）に対して同軸的な円筒形の区分（９）と、丸
められた縁部を経て１円筒軸線（５）に向かって内向き
に延び、基板（７）を載置させるためのリング状フラン
ジ（１０）とから構成されている。

この基板ホルダー（８）は、円筒軸線（５）を中心にし
て回動しうるようにベースプレート（１１）上に支承さ
れている。その回転運動を保証するため、基板ホルダー
（８）における円筒形区分（９）の下端部とベースプレ
ー１−（１１）との間には、転がり軸受または玉軸受（
１２）が、配設されている。

反応室としての円筒ケーシング（１）の下端部は、図示
されてない真空ポンプに接続されたタンク（１３）上に
当接しており、ベースプレート（１１）も、このタンク
（１３）内に固定されている。

基板ホルダー（８）内におけるリング状フランジ（１０
）の下方には、給電部材（１５）に接続された電気的な
加熱素子（１４）が配置されている。

この加熱素子（１４）と、基板ホルダー（８）の円筒区
分（９）並びにベースプレー）−（１１）との間には、
熱を遮蔽するシールド（１６）が設けられており、この
断熱シールド（１６）は、同時に、加熱素子（１４）を
ベースプレート（１１）に固定する継手としても用いら
れている。

本発明による装置においては、ガス入口（４）から反応
室内に流入したガスが、基板（７）上に斜めに接触する
。そのため、例えば鉛直型の反応器におけるように、基
板中央部でか、あるいは水平型の反応器におけるように
、基板縁部で、その他の基板範囲より著しい原子層エピ
タキシー成長が行われるのが回避される。即ち１本発明
による装置を用いると、基板の全範囲に亘り、申分なく
均等な半導体薄層の成長が保証される。

つまり、本発明においては、ホッパ軸線（６）を、円筒
軸線（５）に対して斜めに配置し、ひいてはガスの主流
動方向を傾斜させることによって、基板（７）は、ガス
の主流動方向に対して傾斜した位置を占めるので、基板
（７）上におけるガス入口（４）の反対側に位置するフ
ード範囲（１７）でガスの圧縮が行われ、これによって
、ガスの均等な空乏化（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が達成さ
れる。

それと同時に、フード（２）を斜めに構成したことによ
って、フード容積が、ひいては反応器内のガス容量が低
く抑えられ、その結果、フード（２）と円筒ケーシング
（１）とからなる反応室に交互に供給される各半導体元
素中の極めて有毒な化合物の量が、かなり僅かなものに
なり、ガスの交換。

つまり基板ホルダー（８）の円筒区分（９）と、反応室
における円筒ケーシング（１）の内壁との間に形成され
るリング状ギャップ（１８）を介して、フード（２）か
らガスを吸い出す作業を迅速に実施することが可能にな
る。

このリング状ギャップ（１８）は、比較的狭いものに構
成することも可能である。そのため、基板ホルダー（８
）をタービン羽根車として構成することが可能になる。

その場合、タービン羽根車としての基板ホルダー（８）
の図示されていない羽根、またはその他のガス案内要素
は、リング状ギャップ（１８）内に配置されることにな
る。

基板ホルダ（８）を、ひいては基板（７）を回転させる
ことによって、加熱素子（１４）から基板（７）に与え
られる熱を均等に配分することができる。

基板ホルダー（８）をタービン羽根車として構成すると
、タンク（１３）内の真空状態に不都合な作用を及ぼす
シャフト、ケーブル及びそれに類する部材の貫通案内を
行う必要がなく、タンク（１３）内で基板ホルダー（８
）を駆動させるため、必然的に相当の摩耗粒子を生じさ
せるモータを設ける必要もない。

更に、本発明による装置が、空気動力学的に見て適正に
、つまりガスの乱流を生じさせないように構成されてい
ることは、第１図から明らかである。

フード（２）の内面と、場合によっては反応室の円筒ケ
ーシング（１）の内面とには、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）
のコーティングが施される。

更に、基板ホルダー（８）を、また場合によっては軸受
（１２）及びベースプレート（１１）をも、窒化珪素か
ら構成するか、窒化珪素でコーティングしておくと有利
である。

周知のように、窒化珪素は、アルシン、ホスフィン、及
び有機金属ガリウム化合物、特にＤＥＧａＣｌに対する
付着係数が極めて小さいので、アルシン、ホスフィンま
たは有機金属ガリウム化合物の残留分、つまりパージサ
イクル後にも、基板ホルダー（８）に付着して、次の有
機金属ガリウム化合物、またはアルシンもしくはホスフ
ィンの供給時に、基板ホルダー（８）上にこれらの物質
を析出させるか、気相反応を生じさせるような残留分が
付着する危険性は、この窒化珪素により、充分に排除さ
れる。

これと同じ理由から、反応室の内壁、つまりフード（２
）及び円筒ケーシング（１）の内面と反応室に通じるガ
ス導管の内壁とにも、窒化珪素コーティングを施し、反
応室内壁と、反応室に通じるガス導管とを図示されてな
い装置によって加熱しつるようにしておくのがよい。

加熱素子（１４）も、窒化珪素コーティングされたグラ
ファイト抵抗として構成するのが有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セレンをドーピングした砒化ガリウムを成長
させるための質量流量変化を示すダイアグラムである。 第２図は、本発明による方法を実施するための反応器を
概略的に示す縦断面図である。 （１）円筒ケーシング（反応室）　（２）ホッパ状のフ
ード（３）フードの基底部　　　　　（４）ガス入口（
５）円筒ケーシング軸線　　　（６）ホッパ軸線（７）
基板　　　　　　　　　　（８）基板ホルダー（９）基
板ホルダーの円筒形区分（１０）リング状フランジ（１
１）ベースプレート　　　　　（１２）転がり軸受また
は玉軸受（１３）タンク　　　　　　　　　（１４）加
熱素子（１５）給電部材　　　　　　　　（１６）シー
ルド（１７）フードにおけるガスが圧縮される範囲（１
８）リング状ギャップ η・Ｚ′

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素を含有しているキャリヤガスと交互に、半導
   体を構成する単数または複数の元素の気相化合物を、加
   熱された基板を収容している室内に供給することにより
   、基板表面上で半導体の薄層を原子層エピタキシー成長
   させる方法において、少なくとも一つの気相化合物のキ
   ャリヤガスの一部を稀ガスとすることを特徴とする原子
   層のエピタキシー成長方法。
2. （２）稀ガスが、キャリヤガスの５０容量％を上回るこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の原子層のエピタキシ
   ー成長方法。
3. （３）化合物を交互に供給する間に、その都度室を空に
   するか、あるいは稀ガスで洗浄することを特徴とする請
   求項（１）または（２）記載の原子層のエピタキシー成
   長方法。
4. （４）稀ガスとして、ヘリウムを用いることを特徴とす
   る請求項（１）乃至（３）のいずれかに記載の原子層の
   エピタキシー成長方法。
5. （５）最大の蒸気圧を有する化合物を、他の化合物の供
   給中にも、或る一定量だけ供給し、それにより、元素に
   おける蒸気圧、つまり加熱された半導体層上におけるこ
   の元素の蒸気圧に等しい蒸気圧を生じさせることを特徴
   とする請求項（１）乃至（４）のいずれかに記載の原子
   層のエピタキシー成長方法。
6. （６）Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ−半導体薄層（ｘ
   は０〜１）、またはＩｎ＿１＿−＿ｘＧａ＿ｘＡｓ＿１
   ＿−＿ｙＰ＿ｙ−半導体薄層（ｘ及びｙは、いずれも０
   〜１）を生じさせるため、一方の気相化合物をアルシン
   又はホスフィンとし、他方の気相化合物を有機金属のガ
   リウム化合物、アルミニウム化合物、又はインジウム化
   合物とすることを特徴とする請求項（１）乃至（５）の
   いずれかに記載の原子層のエピタキシー成長方法。
7. （７）有機金属のガリウム化合物、アルミニウム化合物
   、又はインジウム化合物を供給する際に、アルシン又は
   ホスフィンの最高質量流量の１〜１５％に相当する質量
   流量のアルシン又はホスフィンを添加することを特徴と
   する請求項（５）または（６）記載の原子層のエピタキ
   シー成長方法。
8. （８）有機金属のガリウム化合物、アルミニウム化合物
   、またはインジウム化合物として、塩化ジエチルを用い
   ることを特徴とする請求項（６）または７記載の原子層
   のエピタキシー成長方法。
9. （９）基板表面上で半導体の薄層を、原子層エピタキシ
   ー成長させる方法を実施するための装置であって、基板
   を保持部上の半径方向平面に配置した状態で収容する円
   筒形の室と、ガスの入口と、円筒形の室の基底部からガ
   ス入口に向かって先細に収束しているホッパ状のフード
   とを備えている形式のものにおいて、ホッパ状のフード
   （２）の軸線（６）が、室（１）の円筒ケーシング軸線
   （５）から、この円筒ケーシングの軸線（５）に対し、
   半径方向にずらして配置されたガス入口（４）に向かっ
   て、傾斜角（α）を成すように延びており、基板（７）
   の配置される半径方向平面が、フード（２）の基底部（
   ３）の範囲に位置していることを特徴とする、基板表面
   上で半導体の薄層を原子層エピタキシー成長させる方法
   を実施するための装置。
10. （１０）フード（２）のホッパ軸線（６）が、室（１）
    の円筒ケーシング軸線（５）に対して成す角度（α）が
    、２０゜〜７０゜の値であることを特徴とする請求項（
    ９）記載の装置。
11. （１１）基板ホルダー（８）が、室（１）の円筒ケーシ
    ング軸線（５）を中心にして回転しうるように構成され
    ていることを特徴とする請求項（９）または（１０）記
    載の装置。
12. （１２）基板ホルダー（８）が、この基板ホルダー（８
    ）と室（１）との間に形成されたギャップを通って流れ
    るガスにより、回転運動を与えられるタービン羽根車と
    して構成されていることを特徴とする請求項（１１）記
    載の装置。
13. （１３）フード（２）の内壁、室の円筒ケーシング（１
    ）又は基板ホルダー（８）に、窒化珪素コーティングが
    施されていることを特徴とする請求項（９）乃至（１２
    ）のいずれかに記載の装置。