JPH0383896A - 気相エピタキシャル成長装置 - 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】 監鼠よ立凱里ユ里 本発明は気相エピタキシャル成長装置、特に発光デバイ
スやＦＥＴなとの材料となる化合物半導体の製造に適し
た気相エピタキシャル成長装置に関する。

鉦え公藍盗 従来の気相エピタキシャル成長装置の概略構成を第４図
に示す。

この装置はＧａＡｓおよびＧａＡｇＡｓなどの混晶の化
合物半導体を製造するためのもので、ｌＯは石英製の反
応管であり、この反応管ｌＯの内部にはサセプタ１１が
配設され、このサセプタ１１の上面には基板１２が載置
されている。また反応管１０の外周であってサセプタ１
１の周囲には高周波コイル１３が巻装されており、この
高周波コイル１３により基板１２にサセプタ１１を介し
ての高周波加熱が施される１反応管１０の下部には排気
管１４が接続されており、この排気管１４は真空ポンプ
（図示せず）に接続されている。他方反応管１０の上部
にはメイン配管１５が接続されており、このメイン配管
１５には切替バルブ１８．１９を介して、それぞれ、バ
ブラー１６および１７が接続されている。バブラー１６
にはＡｊの原料となる有機金属化合物ＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）が収納され、バブラー１７にはＧａの
原料となるＴＭＧ　（トリメ、チルガリウム）が収納さ
れている。またこれらバブラー１６および１７にはそれ
ぞれキャリアガスとしてのＨ２を供給するための配管２
１．２２が接続され、液状のＴＭＡおよびＴＭＧにバブ
リングがなされるようになっている。また配管２１．２
２およびメイン配管１５の基端部にはそれぞれＨ２ガス
あるいはＡｓＨｓガスの流量を制御するためのマスフロ
ーメーク２３．２４．２５が介装されている。メイン配
管１５にはＡｓの原料となるＡｓＨｓガスが供給される
ととちにバブラー１６および１７からキャリアガスＨ２
によって運ばれるＴＭＡおよびＴＭＧが供給されるよう
になっている。

有機金属化合物の気体はバブラー１６、および１７内に
キャリアガス（Ｈ２）を吹き込むことにより、バブラー
１６および１７内に気泡を作り気液反応をおこさせ、キ
ャリアガスであるＨ２ガスの流量の調節によって反応管
１０内に適量の原料ガスとして供給される。反応管１０
内に供給された原料ガスは、高周波加熱されたサセプタ
１１（カーボン製）上に載置された基板１２　（ＧａＡ
ｓやＳｉ）上で分解・反応し、基板１２上にＧａＡｓま
たはＧａＡｊＡｓの気相エピタキシャル成長層が形成さ
れる。

このような気相エピタキシャル成長装置によって、発光
デバイス活性層としてＧａＡｓとＧａｏ、　ｔＡｊｏ、
　ｓＡｓとをそれぞれ数十人のオーダの膜として交互に
気相エピタキシャル成長させる場合には、主に切換バル
ブ１８によりＴＭＡの反応管１０への供給割合を制御し
ている。すなわち、ＧａＡｓを気相エピタキシャル成長
させる場合には切換バルブ１８によってＴＭＡガスをメ
イン配管１５には流さずサブ配管２０にのみ流れるよう
にして反応管１０へはＴＭＧガスのみを供給する。他方
、ＧａＡｅＡｓを気相エピタキシャル成長させる場合に
はマスフローメータ２４によってＴＭＧガスの流量を制
御するとともに切換バルブ１８を切換え、ＴＭＡガスを
メイン配管１５に流し、反応管１０へはＴＭＡガスおよ
びＴＭＧガスの両者を供給するように構成している。

また、特開昭５７−１４９７２５号公報には、サセプタ
上に載置された基板から１ｍｍ以内の高さに保たれて移
動可能な遮蔽板を備えた気相エピタキシャル成長装置が
開示されている。

該装置は原料ガスの供給開始時に原料ガスの初期流れの
乱れを回避し、均一性の良い気相エピタキシャル成長が
得られるよう工夫された気相エピタキシャル成長装置で
ある。

日が　゛しよ　とする。

上記従来の装置では、異種の数十人の膜を交互に気相エ
ピタキシャル成長させる場合、切換バルブ１８．１９に
よって原料ガスの供給・停止を行なっている。

したがって、切換バルブ１８を開けＴＭＡガスを停止か
ら供給に切換えた場合、メイン配管１５内の圧力とサブ
配管２０内の圧力とに差があるため、切換え後しばらく
の間、原料ガスの供給量が一定にならなかった。また、
切換バルブ１８の切換え操作を供給から停止に切換えた
場合には、メイン配管１５内に切換え操作前の原料ガス
が残留しているため、切換バルブ１８の切換え操作後も
反応管ｌＯには切換え操作前の原料ガスが供給されてい
た。

このため、基板１２上に気相エピタキシャル成長される
膜の組成が明確なちのとなっていない、言い換えるとＧ
ａｏ、　Ｊｊ。、　ｓＡｓとＧａＡｓとの間に他の組成
を有するＧａｘＡｊ　ｌ−１１ＡＳ層が形成され、高品
質の特性を有する製品が得られないという問題があった
。

また、特開昭５７−１４９７２５号公報に開示された気
相エピタキシャル成長装置は気相エビクキシャル成長初
期の均一性を確保しようとするものであり、上記問題点
である異種膜を交互に気相エピタキシャル成長させる場
合に対処しようとするものではなく、しかも前記遮蔽板
は大きく平行移動させねばならず、装置の大形化を招い
ていた。

本発明は上記した問題点に鑑み発明されたものであって
、基板上に異種の膜を気相エピタキシャル成長させる場
合、該膜の境界部での組成が明確に区別された高品質の
特性を有する製品が得られ、しかも装置が大形化しない
気相エピタキシャル成長装置を提供することを目的とし
ている。

゛するための 上記した目的を達成するために本発明に係る気相エビク
キシャル成長装置は、原料ガス供給配管と基板が載置さ
れるサセプタとの間のガス供給路途中に、少なくとも１
個の孔を有する遮蔽物が少なくとも２個配設され、前記
遮蔽物の少なくと６１個が可動自在に構成されているこ
とを特徴とするものである。

生貝 上記した構成によれば、原料ガス供給配管と、気相エピ
タキシャル成長させる基板が載置されるサセプタとの間
のガス供給路途中に、少なくとも１個の孔を有する遮蔽
物が少なくと６２個配設されている。これらの遮蔽物自
体は少なくとも１個の孔を有しているので、それぞれの
遮蔽物のみでは前記原料ガス供給配管から前記基板への
原料ガスの流れを遮断することはない、しかし、これら
のｘｉ物が少なくとも２個配設され、かつこれらの遮蔽
物のうち少なくとも１個が可動自在に構成されているの
で、これらの遮蔽物に設けられている孔の位置関係を相
対的に自在に変えることができる。すなわち、互いの孔
の位置を重ね合わせて前記原料ガス供給配管から前記基
板への原料ガスの流れを自由にしたり、孔の位置をずら
せて前記原料ガス供給配管から前記基板への原料ガスの
流れを遮断したりすることが一個の遮蔽物の位置を制御
することによって可能になる。

したがって、・前記基板上に異種の膜を交互に気相エピ
タキシャル成長させる場合、原料ガスの切換え操作時に
上記−個の遮蔽物の位置を制御して、一定時間、前記原
料ガス供給配管から前記基板への原料ガスの流れを遮断
し、前記基板上での気相エピタキシャル成長を停止させ
ることによって、前記基板上に基膜の境界部での組成が
明確に区別された異種の膜が気相エピタキシャル成長す
ることとなる。

また、前記遮蔽物間における相対的孔の位置関係は前記
遮蔽物の一個を移動させることによって少ない移動幅で
もって制御され、上記気相エピタキシャル成長装置が大
形化することはない。

丈鳳廻 以下本発明に係る気相エピタキシャル成長装置の要部を
図面に基づいて説明する。なお、従来例と同一機能を有
する構成部品には同一符合を付すこととする。

第１図は反応管１０（第４図）の内部であって基板１２
が載置されるサセプタ１１の周辺を示している。

サセプタ１１とメイン配管１５（第４図）との間に、サ
セプタ１１を覆う円筒形状の第一遮蔽物３１と第二遮蔽
物３２とが配設されている。第一遮蔽物３１．第二遮蔽
物３２はその上面にそれぞれ天板３１ａ、３２ａを有し
、これら天板３１ａ、３２ａには第２図に示したように
それぞれ複数個の孔３１ｂ、３２ｂが穿設されている。

これら円筒形状の第一遮蔽物３１と第二遮蔽物３２とは
洗浄可能な石英またはセラミック材料で形成されており
、第一遮蔽物３１の内側に同心状に第二遮蔽物３２が内
挿されている。

これら遮蔽物３１．３２の下面は支持棒３３．３４で支
持されており、支持棒３３は昇降機構（図示せず）に連
接されて上下動可能に構成される一方、支持棒３４は基
台（図示せず）に固着されている。また第二遮蔽物３２
に設けられている複数個の孔３２ｂと第一遮蔽物３１に
設けられている複数個の孔３１ｂとは、天板３１ａと天
板３２ａとが密着した場合には互いに他方の複数個の孔
３１ｂ、３２ｂを塞ぐ位置に穿設されている。

そして原料ガスの基板１２への流れは天板３１ａと天板
３２ａとが離れて位置している場合には、第１図（ａ）
に示す点線矢印のように流れている。

したがって、例えば発光デバイスである混晶の化合物半
導体を気相エピタキシャル成長させて製造する場合には
、支持棒３３を上方に移動させて天板３１ａと天板３２
ａとを離した状態となしく第１図（ａｔ　）　、原料ガ
スとしてＡｓ）ＩｓガスとＴＭＧガスとを反応管１０（
第４図）内に供給し基板１２　（ＧａＡｓｌ上にＧａＡ
ｓの膜を気相エピタキシャル成長させる０次にＴＭＡガ
スを供給する切換バルブ１８（第４図）を切換え、ＴＭ
Ａガスを反応管１０内に供給する直前に、たとえば十数
秒間第−遮蔽物３１を下方に移動させて（第１図（ｂ）
　）　、第一遮蔽物３１の複数個の孔３１ｂと第二遮蔽
物３２の複数個の孔３２ｂとをそれぞれ塞ぐことによっ
て、基板１２上にメイン配管１５内に残留していたＴＭ
Ｇガスと、ＴＭＡガス供給初期におけるＴＭＧガスとＴ
ＭＡガスとの混合ガスを遮断する。これによって、基板
１２上には組成の一定しない混合ガスによるＧａやＡｊ
、−、Ａｓ層が形成されない。

十数砂径に第一遮蔽物３１を上方に移動させて（第１図
（ａ）　）　、基板１２上に安定した新しい成分比を有
する原料ガスを供給することによって所望の膜（本実施
例ではＧａｏ、　ｔＡｇｏ、　ｍＡｓ１［）を直接Ｇａ
Ａｓ層上に気相エピタキシャル成長させることができる
。

このように、切換バルブ１８の切替え操作によって原料
ガスを切換える一定時間、気相エピタキシャル成長を停
止させ、その後再び所定の成分比を有する膜を気相エピ
タキシャル成長させることにより、異なった成分比を持
つ膜を確実安定的に気相エピタキシャル成長させること
ができる。

したがって、本実施例においてはＧａＡｓ基板１２上に
ＧａＡｓ層とＧａｏ〒Ａｌｏ、　ｓＡｓ層との膜を所定
の厚さ（数十Ａ）で、交互に膜の境界が明確に区別され
た状態で気相エピタキシャル成長させることができる。

上記実施例では、気相エピタキシャル成長させた異なる
種類の膜の境界における組成変化を急峻なものにするこ
とについて説明したが、別の実施例でたとえばＴＭＡの
代わりにＤＭＺ　（ジメチル亜鉛）を用いた場合でち同
様に不純物濃度の変化を各構成膜の境界において急峻な
ものにすることができる。

なお、上記実施例では遮蔽物３１．３２にそれぞれ複数
個の孔３１ｂ、３２ｂが形成されている場合について説
明したが、別の実施例では遮蔽物３１．３２に形成され
る孔はそれぞれ少なくと６−個あれば上記実施例と同様
の働きをさせることができる。

また、遮蔽物３１．３２は相対的に上下方向に移動でき
ればよい。さらに第１図（ｂ）における第一遮蔽物と第
二遮蔽物の孔３１ｂ、３２ｂの位置を適切に配置し、こ
れらの遮蔽物を相対的に回転させても同様の同様の作用
を得ることができる。

また第３図（ａ）、　　（ｂ）に示すように第三遮蔽物
３５を水平方向に移動させて、第一遮蔽物の孔３１ｂと
第三遮蔽物３５の孔３５ｂとの開閉を行なって、原料ガ
スの流れ（実線矢印）を制御する機構としても同様な効
果を得ることができる。

及亘立激１ 以上の説明により明らかなように、本発明に係る気相エ
ピタキシャル成長装置は原料ガス供給配管と基板が載置
されるサセプタとの間のガス供給路途中に、少なくとも
１個の孔を有する遮蔽物が少なくとも２個配設されてお
り、かつ前記遮蔽物の少なくとも１個が可動自在に構成
されているので、前記サセプタ上に載置された前記基板
上への原料ガスの流れを、前記遮蔽物の少なくとも１個
を移動させることによって、制御することができる。

すなわち、前記基板上への原料ガスの供給を所定時間停
止し、前記基板上での気相エピタキシャル成長を一時停
止させ、原料ガスの組成が完全に変更された後、新しい
構成成分の原料ガスを前記基板上に供給することができ
る。したがって、前記基板上に気相エピタキシャル成長
された膜の境界における組成の変化を急峻なものにする
ことができる。

このため、本発明に係る装置をちちいて製作されたデバ
イスの性能は非常によいものとなる。

また、前記基板上への原料ガスを供給、停止する制御方
法が遮蔽物に設けられた孔の重なりによって行なわれる
ため、前記遮蔽物の制御距離を少なくすることができ、
前記装置を大形化する必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ）は本発明に係る気相エピタキシャル成長装
置の要部であって、原料ガスが基板上に供給されている
状態を示す断面図、第１図（ｂｌは原料ガスの基板上へ
の供給が遮断された状態を示す断面図、第２図は遮蔽物
の平面図、第３図（ａ）は別の実施例における原料ガス
が基板上に供給されている状態を示す断面図、第３図ｆ
ｂ）は別の実施例における原料ガスの基板上への供給が
遮断された状態を示す断面図、第４図は従来の気相エピ
タキシャル成長装置を示す概略断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料ガス供給配管と基板が載置されるサセプタと
   の間のガス供給路途中に、少なくとも１個の孔を有する
   遮蔽物が少なくとも２個配設され、前記遮蔽物の少なく
   とも１個が可動自在に構成されていることを特徴とする
   気相エピタキシャル成長装置。