JPH03142922A - 半導体気相成長装置 - Google Patents
半導体気相成長装置Info
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- JPH03142922A JPH03142922A JP28251989A JP28251989A JPH03142922A JP H03142922 A JPH03142922 A JP H03142922A JP 28251989 A JP28251989 A JP 28251989A JP 28251989 A JP28251989 A JP 28251989A JP H03142922 A JPH03142922 A JP H03142922A
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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、半導体気相成長装置のガス配管構造に関する
ものであり、急峻なガス切替えにより良質な結晶成長層
を得るための半導体気相成長装置に関する。
ものであり、急峻なガス切替えにより良質な結晶成長層
を得るための半導体気相成長装置に関する。
m−v族化合物半導体は、GaAs系・InP系を中心
に、発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)
等の発光素子、高移動度トランジスタ(HEMT)など
の超高速電子素子などに応用され、半導体の中でSiと
ともに重要な位置を占めている。
に、発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)
等の発光素子、高移動度トランジスタ(HEMT)など
の超高速電子素子などに応用され、半導体の中でSiと
ともに重要な位置を占めている。
■−V族化合物半導体の結晶成長方法は、次の3種類に
大別できる。
大別できる。
1)気相成長方法(VPE法)
2)分子線エピタキシー法(MBE法)3)液相エピタ
キシャル成長法(LPE法)この中で、VPE法は、量
産性や結晶NB、厚の均一性に優れ、盛んに研究されて
いる。
キシャル成長法(LPE法)この中で、VPE法は、量
産性や結晶NB、厚の均一性に優れ、盛んに研究されて
いる。
VPE法には、ハイドライドVPE法、クロライドVP
E法、有機金属VPE法(MOVPE法)があるが、こ
の中でもMOVPE法は膜厚の制御性に優れ、超格子な
どの薄膜多層構造の形成に適しており、近年とくに注目
されている。
E法、有機金属VPE法(MOVPE法)があるが、こ
の中でもMOVPE法は膜厚の制御性に優れ、超格子な
どの薄膜多層構造の形成に適しており、近年とくに注目
されている。
本発明は、MOVPE法の成長装置に関するものであり
、GaAs基板上へのI nGaP混晶半導体のエピタ
キシャル成長について、本発明に先行する従来技術の半
導体気相成長装置の概略を説明する。
、GaAs基板上へのI nGaP混晶半導体のエピタ
キシャル成長について、本発明に先行する従来技術の半
導体気相成長装置の概略を説明する。
第4図は、GaAs基板上にI nGaP混晶を成長さ
せるための従来の常圧MOVPE戒長装置成長例を示し
たものである。
せるための従来の常圧MOVPE戒長装置成長例を示し
たものである。
GaおよびInの原料には、有機金属化合物であるトリ
メチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(T
MI)を用い、これらは、ストップバルブの付いた保存
容器(1) (2)内に保存され、容器内に流入させる
水素(H2)ガス中に気化させて供給させるものである
。このため、保存容器(1) (2)は恒温槽(3)
(4)内で一定温度に保ち、かつ、Hz流量をマスフロ
ーコントローラ(5) (6) テ精密に制御し、有機
金属の供給量を一定に保つ必要がある。蒸発した有機金
属原料は3方コツク(7) (8)、導入配管(9)を
通って成長室(lO)に導かれる。
メチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(T
MI)を用い、これらは、ストップバルブの付いた保存
容器(1) (2)内に保存され、容器内に流入させる
水素(H2)ガス中に気化させて供給させるものである
。このため、保存容器(1) (2)は恒温槽(3)
(4)内で一定温度に保ち、かつ、Hz流量をマスフロ
ーコントローラ(5) (6) テ精密に制御し、有機
金属の供給量を一定に保つ必要がある。蒸発した有機金
属原料は3方コツク(7) (8)、導入配管(9)を
通って成長室(lO)に導かれる。
一方、AsおよびPの原料にはそれぞれの水素化合物で
あるアルシン(A s H3) 、ホスフィン(P)(
、)を用い、これらは、純ガスのまま、あるいは、H2
により希釈されてボンベ(11) (12)内に保存さ
れており、マスフローコントローラ(13)(14)に
より流量制御されて、3方コツク(15) (16)お
よび導入配管(9)を通って成長室(10)に導かれる
。エピタキシャル成長の開始あるいは終了は、それぞれ
の原料ガスの3方コツク(15) (16)を導入配管
(9)側もしくは捨て配管(17)側に切り換えること
により行う。
あるアルシン(A s H3) 、ホスフィン(P)(
、)を用い、これらは、純ガスのまま、あるいは、H2
により希釈されてボンベ(11) (12)内に保存さ
れており、マスフローコントローラ(13)(14)に
より流量制御されて、3方コツク(15) (16)お
よび導入配管(9)を通って成長室(10)に導かれる
。エピタキシャル成長の開始あるいは終了は、それぞれ
の原料ガスの3方コツク(15) (16)を導入配管
(9)側もしくは捨て配管(17)側に切り換えること
により行う。
成長室〈lO〉には、結晶成長用のGaAs基板(18
)を載せたカーボン製サセプタ(19)が置かれ、これ
を高周波コイル(20)で加熱し、導入された原料ガス
の熱分解もしくは化学反応により基板上にエピタキシャ
ル成長させるものである。
)を載せたカーボン製サセプタ(19)が置かれ、これ
を高周波コイル(20)で加熱し、導入された原料ガス
の熱分解もしくは化学反応により基板上にエピタキシャ
ル成長させるものである。
以上の常圧MOVPE装置で実際にInGaP混晶を成
長させる操作について第3図を用いて説明する。
長させる操作について第3図を用いて説明する。
まず、TMG、TMI、PH3をH2キャリアガスとと
もに捨て配管(17)に流し、導入配管(9)には昇温
時のGaAs基板の熱解離を防ぐためにAsH,をH!
キャリアガスとともに流して、時刻t1から基板(18
)を所定温度に昇温する。
もに捨て配管(17)に流し、導入配管(9)には昇温
時のGaAs基板の熱解離を防ぐためにAsH,をH!
キャリアガスとともに流して、時刻t1から基板(18
)を所定温度に昇温する。
時刻t2の成長開始時には、成長室(lO)へのAsH
lを捨て配管(17〉に切り換えて供給を停止すると同
時に、T M G 、 T M I 、 P Hsを
3方コツク(7) (8) (16)で導入配管(9)
に接続して成長室(10)に導入し、I nGa P混
晶のエピタキシャル成長を開始する。
lを捨て配管(17〉に切り換えて供給を停止すると同
時に、T M G 、 T M I 、 P Hsを
3方コツク(7) (8) (16)で導入配管(9)
に接続して成長室(10)に導入し、I nGa P混
晶のエピタキシャル成長を開始する。
所定時間後、時刻t、にて成長を終了するには、3方コ
ツク(7) (8)を切り換えてTMG、TMIの供給
を停止し、成長層の熱解離を防ぐためにPH。
ツク(7) (8)を切り換えてTMG、TMIの供給
を停止し、成長層の熱解離を防ぐためにPH。
を流したまま降温する。
しかしながら、上記従来の半導体気相成長装置では、3
方コツクを別々軽操作しなければならず、また、3方コ
ツクから成長室までの配管長さが異なるために、GaA
s基板上に原料ガスを同時に供給し、且つ、供給を停止
することは極めて困難で、エピタキシャル成長の開始時
、もしくは、組成切り換え時に以下のような問題が生じ
ていた。
方コツクを別々軽操作しなければならず、また、3方コ
ツクから成長室までの配管長さが異なるために、GaA
s基板上に原料ガスを同時に供給し、且つ、供給を停止
することは極めて困難で、エピタキシャル成長の開始時
、もしくは、組成切り換え時に以下のような問題が生じ
ていた。
1)有機金属とPH,とめ供給タイミングがずれ、基板
上に有機金属の液滴や24分子の付着が生じる。
上に有機金属の液滴や24分子の付着が生じる。
2 ) A s Hs停止が早すぎてGaAsが熱解離
する。
する。
3)AsHsがI nGa P成長に混入して異常組成
の層ができる。
の層ができる。
これらの原因により、成長界面での結晶性が劣化し、結
果として、得られるエピタキシャル成長層の品質を悪化
させることになっていた。
果として、得られるエピタキシャル成長層の品質を悪化
させることになっていた。
本発明は、上記従来の欠点を解決するもので、■族及び
■族元素原料の半導体基板上への供給を同時に行うこと
のできる半導体気相成長装置を提供することを課題とし
ている。
■族元素原料の半導体基板上への供給を同時に行うこと
のできる半導体気相成長装置を提供することを課題とし
ている。
上記課題を解決するために、本発明では、III−V族
化合物半導体の結晶成長を行う半導体気相成長装置にお
いて、■族及びV族元素原料を混合させて供給する第1
のガス配管系と、V族元素原料ガスを供給する第2のガ
ス配管系とを合わせ持つとともに、これら2系統のガス
配管系のそれぞれを成長型及び捨て配管のいずれか一方
に選択的に接続する切替え弁を備えるという手段を講じ
た。
化合物半導体の結晶成長を行う半導体気相成長装置にお
いて、■族及びV族元素原料を混合させて供給する第1
のガス配管系と、V族元素原料ガスを供給する第2のガ
ス配管系とを合わせ持つとともに、これら2系統のガス
配管系のそれぞれを成長型及び捨て配管のいずれか一方
に選択的に接続する切替え弁を備えるという手段を講じ
た。
また、前記2系統のガス配管系を、単一の切替え弁によ
って成長型及び捨て配管のいずれか一方に選択的に接続
するようにしても良い。
って成長型及び捨て配管のいずれか一方に選択的に接続
するようにしても良い。
以上の構成によれば、■族及びV族元素原料ガスを混合
した状態から3方コツク等の切替え弁により導入配管及
び捨て配管のいずれか一方に切替えるので、原理的に、
各原料ガスを同時に半導体基板上に供給できる。
した状態から3方コツク等の切替え弁により導入配管及
び捨て配管のいずれか一方に切替えるので、原理的に、
各原料ガスを同時に半導体基板上に供給できる。
さらに、上記混合ガス配管系とV族元素ガス配管系との
成長型への接続切替えを、単一の切替え弁により行うよ
うにすると、半導体基板上での両者のガス切替えが瞬時
に行われる。
成長型への接続切替えを、単一の切替え弁により行うよ
うにすると、半導体基板上での両者のガス切替えが瞬時
に行われる。
以下に、本発明にかかる半導体気相成長装置を図面に基
づいて詳細に説明する。
づいて詳細に説明する。
第1図は、本発明の第一の実施例に於けるInGaP混
晶威長用常成長OVPE成長装置の概略図である。
晶威長用常成長OVPE成長装置の概略図である。
従来例と異なるのは、TMG、TMl、PH3およびA
sH,を混合して供給する混合ガス配管系(21)と、
As)1.およびPi(Iガスのみを供給する5族ガス
配管系(22)とを別に設け、それぞれを、3方コツク
の切り替えで捨て配管(23)あるいは成長型(24)
に接続できる点である。
sH,を混合して供給する混合ガス配管系(21)と、
As)1.およびPi(Iガスのみを供給する5族ガス
配管系(22)とを別に設け、それぞれを、3方コツク
の切り替えで捨て配管(23)あるいは成長型(24)
に接続できる点である。
第1図の半導体気相成長装置を用いて、GaAs基板上
にI nGa P混晶のエピタキシャル成長を行い、従
来技術によるものと、結晶性及び表面モフォロジーを比
較した。
にI nGa P混晶のエピタキシャル成長を行い、従
来技術によるものと、結晶性及び表面モフォロジーを比
較した。
実施例における成長方法は以下の通りである。
TMG、TMIは恒温槽(25) (26)により、そ
れぞれ−15℃、7.0℃に保温し、また、PH,、A
sH3はそれぞれ、25%、10%にH8希釈したもの
を用いた。まず、各原料ガスの流量を所定の値に設定し
た状態で混合ガス配管(21)を捨て配管(23)に接
続し、■族ガス配管(22)を成長型(24)に接続し
た。この状態で半導体基板(27)を加熱し、所定温度
(例えば700″′C)に落ち着いた時刻t2で、V族
ガス配管(22〉の3方コツク(28)及び、混合ガス
配管(21)の3方コツク(29)を切り換えて、As
H3の成長型(24)への供給を停止すると同時に、T
MG、TMI、P)(sの混合ガスを成長型(24)に
導入した。
れぞれ−15℃、7.0℃に保温し、また、PH,、A
sH3はそれぞれ、25%、10%にH8希釈したもの
を用いた。まず、各原料ガスの流量を所定の値に設定し
た状態で混合ガス配管(21)を捨て配管(23)に接
続し、■族ガス配管(22)を成長型(24)に接続し
た。この状態で半導体基板(27)を加熱し、所定温度
(例えば700″′C)に落ち着いた時刻t2で、V族
ガス配管(22〉の3方コツク(28)及び、混合ガス
配管(21)の3方コツク(29)を切り換えて、As
H3の成長型(24)への供給を停止すると同時に、T
MG、TMI、P)(sの混合ガスを成長型(24)に
導入した。
所定時間の後、時刻t3でエピタキシャル成長を終了す
るためには、まず、V族ガス配管(22)のAsH,を
停止し、PH,に切り換えた。この状態で3方コツク(
28) (29)を同時に切り換えて、混合ガス配管(
21)を捨て配管(23)に接続すると同時に、成長槽
の熱解離防止のために成長型(24)にはPH3を流し
、そのまま降温した。
るためには、まず、V族ガス配管(22)のAsH,を
停止し、PH,に切り換えた。この状態で3方コツク(
28) (29)を同時に切り換えて、混合ガス配管(
21)を捨て配管(23)に接続すると同時に、成長槽
の熱解離防止のために成長型(24)にはPH3を流し
、そのまま降温した。
以上の構成の本発明の半導体気相成長装置を従来例と比
較すると、それぞれ、GaAs基盤上にInGaP混晶
を約1μm成長した試料に対して、光学顕微鏡による表
面モフォロジー観察とX線ロッキングカーブの測定とに
より両者を比°較した。
較すると、それぞれ、GaAs基盤上にInGaP混晶
を約1μm成長した試料に対して、光学顕微鏡による表
面モフォロジー観察とX線ロッキングカーブの測定とに
より両者を比°較した。
従来の成長装置で成長した試料では、表面に小丘状の突
起物が多数党られ、X線ロッキングカーブの半値幅は約
50秒と広かったのに対し、本発明の半導体気相成長装
置で作製した試料では、表面は平坦で、且つ、半値幅は
約20秒であった。
起物が多数党られ、X線ロッキングカーブの半値幅は約
50秒と広かったのに対し、本発明の半導体気相成長装
置で作製した試料では、表面は平坦で、且つ、半値幅は
約20秒であった。
X線ロッキングカーブの半値幅は狭いほど結晶性が優れ
ていることを示し、本発明の半導体気相成長装置で作製
した試料の方が良質のエピタキシャル成長層であること
が確認できた。。
ていることを示し、本発明の半導体気相成長装置で作製
した試料の方が良質のエピタキシャル成長層であること
が確認できた。。
次に、第2の実施例について説明する。
第2図は、本実施例に用いた半導体気相成長装置におい
て、第2の実施例と第1の実施例との異なる点を示すガ
ス配管図である。
て、第2の実施例と第1の実施例との異なる点を示すガ
ス配管図である。
第1の実施例では、混合ガス配管(21)及びV族ガス
配管(22)の成長型(24〉と捨て配管(23)との
接続切り替えに、第1図の3方コツク(2B) (29
)及び、第2図(a)に示す別々の3方コツクを用いて
いたが、本実施例では第2図(b)に示すように、上記
両ガス配管の接続切り替え弁に4方コツクを用いた。こ
のような構成の常圧MOVPE装置を用い、第1の実施
例と同様の方法でGaAs基盤上にInGaP混晶を成
長し評価したところ、第1の実施例に比べ、更に良質の
結晶が得られることが判明した。
配管(22)の成長型(24〉と捨て配管(23)との
接続切り替えに、第1図の3方コツク(2B) (29
)及び、第2図(a)に示す別々の3方コツクを用いて
いたが、本実施例では第2図(b)に示すように、上記
両ガス配管の接続切り替え弁に4方コツクを用いた。こ
のような構成の常圧MOVPE装置を用い、第1の実施
例と同様の方法でGaAs基盤上にInGaP混晶を成
長し評価したところ、第1の実施例に比べ、更に良質の
結晶が得られることが判明した。
以上の実施例のように、■族及びV族元素原料を混合さ
せて供給するガス配管系と、V族元素原料ガスを供給す
る別のガス配管系とを合わせ持ち、これら2系統のガス
配管のそれぞれが切り替え弁により、成長室及び捨て配
管のいずれか一方に選択的に接続でき、更に、上記混合
ガス配管系と■族元素ガス配管系との成長室への接続切
り替えが、同−切り替え弁により行える構成を持つ半導
体気相成長装置により、表面モフォロジーが平坦で、結
晶性に優れたI nGa Pエピタキシャル成長層を得
ることができた。
せて供給するガス配管系と、V族元素原料ガスを供給す
る別のガス配管系とを合わせ持ち、これら2系統のガス
配管のそれぞれが切り替え弁により、成長室及び捨て配
管のいずれか一方に選択的に接続でき、更に、上記混合
ガス配管系と■族元素ガス配管系との成長室への接続切
り替えが、同−切り替え弁により行える構成を持つ半導
体気相成長装置により、表面モフォロジーが平坦で、結
晶性に優れたI nGa Pエピタキシャル成長層を得
ることができた。
なお、本発明の実施例では、GaAs基盤上へのInG
aP混晶のエピタキシャル成長の場合について述べたが
、InP基板上へのI nGaAsあるいはInGaA
sP混晶のエピタキシャル成長なと異なる■−V族化合
物半導体の組み合わせにも適応可能であり、また、V族
元素の異なる■−V族化合物半導体からなる複数のエピ
タキシャル成長層を形成する際にも有効である。
aP混晶のエピタキシャル成長の場合について述べたが
、InP基板上へのI nGaAsあるいはInGaA
sP混晶のエピタキシャル成長なと異なる■−V族化合
物半導体の組み合わせにも適応可能であり、また、V族
元素の異なる■−V族化合物半導体からなる複数のエピ
タキシャル成長層を形成する際にも有効である。
更に、本発明の実施例では、MOVPE戒長法に成長て
述べたが、他の気相成長法での半導体気相成長装置にも
適用可能であることは言うまでもない。
述べたが、他の気相成長法での半導体気相成長装置にも
適用可能であることは言うまでもない。
本発明は、■−V族化合物半導体の結晶成長を行う半導
体気相成長装置において、■族及びV族元素原料を混合
させて供給する第1のガス配管系と、V族元素原料ガス
を供給する第2のガス配管系とを合わせ持つとともに、
これら2系統のガス配管系のそれぞれを成長室及び捨て
配管のいずれか一方に選択的に接続する切替え弁を備え
ることにより、各原料ガスを同時に半導体基板上に供給
できるので、表面モフォロジーが平坦で且つ結晶性に優
れたエピタキシャル成長層を得ることが可能となる。
体気相成長装置において、■族及びV族元素原料を混合
させて供給する第1のガス配管系と、V族元素原料ガス
を供給する第2のガス配管系とを合わせ持つとともに、
これら2系統のガス配管系のそれぞれを成長室及び捨て
配管のいずれか一方に選択的に接続する切替え弁を備え
ることにより、各原料ガスを同時に半導体基板上に供給
できるので、表面モフォロジーが平坦で且つ結晶性に優
れたエピタキシャル成長層を得ることが可能となる。
更に、前記2系統のガス配管系を単一の切り替え弁によ
り行える構成とすることにより、■族元素とV族元素の
原料ガスの半導体基板上への供給及び停止を同時に行う
ことができ、この結果、表面モフォロジーが平坦で、且
つ、結晶性に優れたエピタキシャル成長層を得ることが
できる。
り行える構成とすることにより、■族元素とV族元素の
原料ガスの半導体基板上への供給及び停止を同時に行う
ことができ、この結果、表面モフォロジーが平坦で、且
つ、結晶性に優れたエピタキシャル成長層を得ることが
できる。
第1図は本発明の半導体気相成長装置の実施例のガス配
管図、第2図は同装置の切り替え弁の周辺を示すガス配
管図、第3図は本発明の実施例及び従来例に用いたI
nGaP混晶戒長方成長説明する説明図、第4図は従来
例の半導体製造装置を説明するガス配管図である。 (21)−・・混合ガス配管(第1のガス配管系)、(
22)・・・V族ガス配管(第2のガス配管系) 、(
23)・・・捨て配管、(24)−・・成長室、(28
)−3方コツク(切り替え弁’) 、(29)−・・3
方コツク(切り替え弁)。 第3図
管図、第2図は同装置の切り替え弁の周辺を示すガス配
管図、第3図は本発明の実施例及び従来例に用いたI
nGaP混晶戒長方成長説明する説明図、第4図は従来
例の半導体製造装置を説明するガス配管図である。 (21)−・・混合ガス配管(第1のガス配管系)、(
22)・・・V族ガス配管(第2のガス配管系) 、(
23)・・・捨て配管、(24)−・・成長室、(28
)−3方コツク(切り替え弁’) 、(29)−・・3
方コツク(切り替え弁)。 第3図
Claims (2)
- (1)III−V族化合物半導体の結晶成長を行う半導体
気相成長装置において、III族及びV族元素原料を混合
させて供給する第1のガス配管系と、V族元素原料ガス
を供給する第2のガス配管系とを合わせ持つとともに、
これら2系統のガス配管系のそれぞれを成長室及び捨て
配管のいずれか一方に選択的に接続する切替え弁を備え
たことを特徴とする半導体気相成長装置。 - (2)前記2系統のガス配管系を、単一の切替え弁によ
って成長室及び捨て配管のいずれか一方に選択的に接続
することを特徴とする請求項(1)記載の半導体気相成
長装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28251989A JPH03142922A (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 半導体気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28251989A JPH03142922A (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 半導体気相成長装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03142922A true JPH03142922A (ja) | 1991-06-18 |
Family
ID=17653509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28251989A Pending JPH03142922A (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 半導体気相成長装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03142922A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009279527A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 調圧機能付高速ガス切替装置 |
-
1989
- 1989-10-30 JP JP28251989A patent/JPH03142922A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009279527A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 調圧機能付高速ガス切替装置 |
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