JPH0232533A - 気相成長装置 - 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］ 本発明は気相成長装置に関し、さらに詳しくは、塩化水
素ガスを用いて化合物半導体の気相成長を行うのに用い
られる気相成長装置に関する。

［従来の技術およびその課題］ 化合物半導体の気相成長方法には様々な方法があるが、
その方法の１つである塩化水素ガス（以下、■αガスと
呼称する）と金属とを反応させ、その反応によって生じ
た金属塩化物のガス（以下、塩化金属ガスと呼称する）
を半導体の成長ガスに用いる方法はハライド輸送気相成
長方法に属している。このハライド輸送気相成長方法は
以下に挙げる特徴があるため、化合物半導体、特に■−
■族化合物半導体の成長方法として多く用いられている
。その特徴とは成長した半導体が高純度であること、５
ｉ０２が形成された半導体基板を用いれば５ｉ０２が形
成されていない表面のみに半導体を成長できるといった
選択成長が容易にできること、ざらに混晶組成比が制御
された多元混晶化合物半導体を容易に成長できること等
が挙げられる。

近年、この方法を発展させた成長方法として原子層エピ
タキシャル法（ＡＬＥ法）が知られるようになった。こ
の方法は基板上に原子層オーダーの膜厚で１層ずつ半導
体を成長するものであり、膜厚が原子層オーダーで制御
されたベテロ構造や異種の半導体を１原子層ずつ交互に
積層された原子層超格子構造を形成できる方法として注
目されている。

上記説明した各気相成長方法は、成長方法は異なるが気
相成長装置は酷似しており、これらの方法に従来用いら
れてきた気相成長装置は、例えば［ジャパン・ジャーナ
ル・アプライド・フィジックス］２２巻、　１９８３年
、　Ｌ４１５〜Ｌ４１６頁に詳述されている。

従来の気相成長装置は反応管内に各々独立した成長室が
２室設けられており、ＨＣ１ガスと反応して塩化金属ガ
スを発生させるための金属が各成長室に設置されている
。■αガスを反応管に導入するための供給配管には導入
ガスを切り替えるための弁が設けられている。

この装置を用いて、例えばＩｎＰ基板上にＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓ／　ＩｎＧａＡｓＰを順次積層させる場合、そ
の方法は次のようである。まず、第２の成長室に設置さ
れた基板を成長温度まで昇温し、第１の成長室にＩｎＰ
の成長雰囲気を形成した後、基板を第１の成長室に移動
する。ＩｎＰ成長中に第２の成長室にＩｎＧａＡＳの成
長雰囲気を形成し、ＩｎＰ成長後、基板を第２の成長室
に移動する。続いてＩ　ｎＧａＡｓ成長中に第１の成長
室にＩｎＧａＡＳＰ成長雰囲気を形成し、最後に基板を
第１の成長室に移動して成長を終了する。

しかしながら、上記の例において、ＩｎＰに格子定数が
一致した組成のＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰの成長雰
囲気を形成するには、各原料ガスの流量を極めて精密に
制御する必要がある。従って、金属ＩｎやＧａに供給す
るＨＣＩガスの流量は精密に制御しなければならない。

また、この流量制御は現在成長している成長層の成長時
間内の短い時間に終了しなければならない。しかしなが
ら、従来の気相成長装置ではＨＣＪ！ガスの供給量が安
定するのに数分から数十分程度の長い時間が必要でおり
、実際にはこのようなペテロ構造素子を形成するのが容
易ではなかった。

また、多層のへテロ構造を成長する場合には成長室を増
やす必要がおり、反応管を多数に分割するために基板を
小さくしなくてはならず、かつ原料ガス供給系も複雑に
なるといった問題があった。

この場合、第２の成長室を待機室にし、第１の成長室で
のみ成長を行う方法も考えられるが、この方法では成長
層の表面が待機中に劣化し、良質のへテロ構造素子を形
成するのが困難であった。

次に、従来の気相成長装置を原子層エピタキシャル法に
用いた場合について説明すると、この成長方法では、第
１の成長室に■じガスを導入し、そこで塩化金底ガスを
発生させる。第２の成長室にはＶ族の原料ガスを流して
おく。各成長室間で基板を往復させることによって■族
原料ガスとＶ族原料ガスが基板に交互に供給され、成長
が行われる。本来、この成長方法は基板に異種のガスを
交互に供給すれば良く、基板を移動させる必要はない。

しかし、実際には■αガスの供給／停止を急峻に行うこ
とができないために基板を移動させることによってガス
交互供給を達成していたわけである。このように、従来
の気相成長装置では基板移動機構が必要であり、成長装
置を高価でかつ、複雑なものにしていた。

本発明の目的はハライド輸送気相成長方法に用いた場合
には多元混晶化合物半導体の多層へテロ構造を容易に形
成でき、また原子層制御気相成長方法に用いた場合には
基板移動機構を必要としない安価な気相成長装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、気相成長を行う反応管に塩化水素ガス供給配
管が配設され、塩化水素ガスを用いて気相成長を行う気
相成長装置において、塩化水素ガス供給配管には加熱機
構が備えられてなることを特徴とする気相成長装置であ
る。

本発明による気相成長装置は、前記したようなハライド
輸送気相成長方法を行う装置や原子層エピタキシャル法
を行う装置の他、Ｈ［ガスを用いたあらゆる種類の装置
に適用することができる。

［作用］ 本発明の気相成長装置では、反応管にＨＣｉガスを供給
する塩化水素ガス供給配管に、加熱機構が配設されてい
る。

気相成長に際し、この加熱機構によって配管を加熱する
と、配管内を流れる［ＩＣＪｌガスが昇温し、■αガス
の粘性および／または付着力が著しく低下する。このた
めＨＣＪｌガスは、例えば通常キャリアガスとして用い
られているＨ２ガスと同様に振る舞うようになり、ＨＣ
ｌガスの導入、停止または流星変更後、直ちに反応管内
の■αガス量が変化する。このため、■αガスを用いた
気相成長を良好に行うことができる。

第３図は本発明の作用を測定するための測定装置を示す
概略構成図でおる。同図において、■αガスは供給配管
３０３を通り、弁３０１ａおよび３０１ｂによって反応
管３０４側へ流すか、あるいはそのまま廃棄するかを切
り替えられる。初期状態として弁３０１ｂは閉、弁３０
１ａは開の状態になっており、反応管にＨＣｌガスを流
す際には、弁３０１ｂを開、弁３０１ａを閉とする。ま
た、弁を含む供給配管３０３には加熱用のヒータ３０６
を設置する。反応管３０４内に導入されるＨＣｆ！ガス
量を目視する方法としては紫外線吸収率測定方法を用い
る。Ｈなガスは波長的１５０ｎｍの位置に強い吸収があ
り、この吸収率から反応管内のＨＣｌガス濃度を直ちに
知ることができる。

供給配管３０３および弁３０１ａ、　３０１ｂを室温に
保ち、１１１Ｊガスの導入、停止を繰り返した結果、反
応管３０４内で■αガスが完全に安定または消失するの
に共に１５秒以上必要であることがわかった。また、１
１αガスを反応管に流したまま、高速応答が可能なマス
フローコントローラ３０５によって１１ＣＩｌガス流量
のみを変化させた場合でも同等の時間が必要であった。

一方、供給配管３０３および弁３０１ａ、　３０１ｂを
ヒータ３０６により８０℃に加熱した場合ではＨ［ガス
の導入または停止、あるいは流量変更後、直ちにＨＣＪ
ｌガスは変化した。

［実施例］ 次に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。

実施例１ 本実施例では２成長室を有するハライド気相成長装置に
本発明を適用し、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ／１ｎＧａＡｓ
／　ＩｎＧａＡｓＰを成長させた例について述べる。

第１図は本実施例に用いた気相成長装置の概略構成図で
ある。２つの成長室を併合した反応管には、１ＩＣＪｌ
ガスを導入するための供給配管１０１ａ〜１０１ｄおよ
びＶ族ガスを導入するための供給配管１０２ａ、　１０
２ｂが接続されている。ｌ−１［ガスの供給配管にはそ
れぞれ弁１０３ａ〜１０３ｈが配設され、各供給配管１
０１ａ〜１０１ｄおよび弁１０３ａ〜１０３ｈには加熱
用のヒータ１０４ａ〜１０４ｄがそれぞれ配設されてい
る。その他の弁については図中省略した。

成長に際しては金属ソース（Ｇａ、　Ｉｎ）をａｏｏ’
ｃ。

第１の成長室１１９に設置された基板１０５を６５０℃
に昇温した。この時、ヒータ１０４ａ〜１０４ｄはそれ
ぞれの供給配管１０１ａ〜１０１ｄが８０℃になるよう
に電流制御した。

まず、第２の成長室１２０でＩｎＰを成長し、続いて第
１の成長室１１９でＩｎ１−ｘＧａｘＡＳ（Ｘ＝０．４
６６）、最後に第２の成長室１２０でＩｎ１−ｘＧａｘ
Ａ５ｙｐ１−。

（ｘ＝０．２５９．　ｙ＝０．５６４）を成長した。Ｉ
ｎＰ、　ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡＳＰの成長時間
はそれぞれ１０分、　１０秒。

３０秒とした。

１ｑられたＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／　ＩｎＧａＡＳＰへ
テロ構造はＩｎＰが　１．５ｕ！ｒ１、Ｉ　ｎＧａＡＳ
が０．０２４．　ＩｎＧａＡｓＰが０．０６柳であった
。この素子を２結晶Ｘ線回折で測定した結果、その半値
幅は基板と同じであり、発光特性は極めて強いホトルミ
ネッセンス強度を１与ることができ、良質の結晶である
ことがわかった。

実施例２ 本実施例では１つの成長室のみからなる反応管を用いて
ＧａＡｓの原子層制御成長を行った例について述べる。

第２図は本実施例に用いた気相成長装置の概略構成図で
ある。反応管内には金属Ｇａが設置され、［１２で希釈
されたＡｓ　Ｈ３を導入するための供給配管２０５とＨ
ｔＪガスを導入するための供給配管２０６が反応管に接
続されている。■αガスの供給配管２０６には加熱用の
ヒータ２０７が設置されている。

ヒータ２０７は供給配管２０６および弁２０３ａ、　２
０３ｂが８０℃になるように電流制御した。Ｇａソース
およびＧａＡｓ基板２０４はそれぞれ８００℃および４
５０℃に昇温した。ＨＣＪｌおよびＡｓ　８３の流量は
それぞれ１ｃｃ／ｍｉｎおよび５　ｃｃ／ｍｉｎとし、
全キャリア　８２流量は３０００ｃｃ／ｍｉｎとした。

成長に際しては、Ｈαガスを弁２０３ａ、　２０３ｂの
操作により反応管に５秒間供給し、供給停止後１０秒間
反応管内をパージした。その後、Ａｓ　ｆ１３を弁２０
３ｃ、　２０３ｄの操作により５秒間供給し、供給停止
後１０秒間反応管内をパージした。

これらのバルブ操作を５００回繰返した結果、鏡面性に
優れたエピタキシャル層が得られ、成長膜厚より単分子
層成長（２，８３人／サイクル）が実現されていた。

なお、上記実施例では■αとＧａの反応を用いてＧａＣ
１なる塩化金属ガスを発生させたが、本発明では、１１
シと有機金属ガスとの反応、例えば■αとトリメチルガ
リウムとの反応を用いてＧａ（ｉなる塩化金属ガスを発
生させる方法でもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の気相成長装置は塩化水素
ガス供給配管に加熱機構が備えられているので、塩化水
素ガスの反応管への供給の制御を極めて精密かつ急峻に
行うことができる。このため本発明による気相成長装置
をハライド輸送気相成長方法に用いる気相成長装置に適
用した場合には、多元混晶化合物半導体の多層へテロ構
造が容易に成長でき、得られた成長層は結晶性に優れて
いる。また本装置を原子層エピタキシャル法に用いる気
相成長装置に適用した場合には、基板移動のない安価な
、かつ大面積基板を用いた成長が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は本発
明の別の一実施例の概略構成図、第３図は測定装置の概
略構成図である。 １０１ａ　〜１０１ｄ、　２０６，３０３−１１．ｅガ
ス供給配管１０２ａ、１０２ｂ、２０５−Ｖ族ガス供給
配管１０３ａ　〜１０３ｈ、２０３ａ　〜２０３ｄ、３
０１ａ、３０１ｂ・・・弁１０４ａ　〜１０４ｄ、　２
０７．３０６−・・ヒータ１０５−１ｎＰ基板 １１９・・・第１の成長室 １２０・・・第２の成長室 ２０４−ＧａＡｓ基板 ２０９、３０４・・・反応管 ３０５・・・マス７０−コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相成長を行う反応管に塩化水素ガス供給配管が
   配設され、塩化水素ガスを用いて気相成長を行う気相成
   長装置において、塩化水素ガス供給配管には加熱機構が
   備えられてなることを特徴とする気相成長装置。