JPH0521351A - 半導体気相成長方法および気相成長装置 - Google Patents

半導体気相成長方法および気相成長装置

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JPH0521351A
JPH0521351A JP17485891A JP17485891A JPH0521351A JP H0521351 A JPH0521351 A JP H0521351A JP 17485891 A JP17485891 A JP 17485891A JP 17485891 A JP17485891 A JP 17485891A JP H0521351 A JPH0521351 A JP H0521351A
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JP
Japan
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carrier gas
raw material
gas
bubbler
constant temperature
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Application number
JP17485891A
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English (en)
Inventor
Toru Kuzuhara
徹 葛原
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体気相成長方法において大量のキャリア
ガスをバブラーに流した場合も迅速に飽和状態に出来、
段取り時間を必要とせず安定な原料供給を可能とする。 【構成】 気相成長における原料と、原料を収納する容
器内に流すキャリアガスとを等温にして原料を飽和させ
たキャリアガスを生成し、反応容器に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体気相成長におけ
る気相成長方法および気相成長装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体気相成長方法を用いた半導
体気相成長装置の一例を図7に示す。本例はGaAs基
板上にGaAs層とAlGaAs層とを交互に積層させ
る成長装置であり、液体状態の原料としてトリメチルガ
リウム(CH3 3 Ga、トリメチルアルミニウム(C
3 3 Alが用いられている。
【0003】上記につき図7を例にとり従来の技術を説
明する。水素ガスボンベ101より供給される水素ガス
の一部をマスフローコントローラ102aを通して恒温
槽106aにより一定の温度に保たれた液体状態のトリ
メチルガリウム103aを収納した容器、すなわちバブ
ラー104aにキャリアガスとして供給し、原料の飽和
蒸気を含ませる。同様にしてもう一つのトリメチルガリ
ウム103b、トリメチルアルミニウム103cもキャ
リアガスに原料を含ませる。原料を含ませた前記キャリ
アガス、アルシンガス107そして水素ガスを混合して
石英製反応容器108に供給する。反応容器内にはグラ
ファイト製サセプタ109があり、前記サセプタ上には
GaAs基板110が載置されており、外部に設けられ
た高周波誘導加熱コイル111により前記サセプタを加
熱して基板上に結晶成長をおこなう。例えばGaAsを
成長させる場合は、バルブ116aを開けてバルブ11
5aを閉めることによりキャリアガスをバブラーに導入
してトリメチルガリウムを含んだキャリアガスを供給
し、逆にバルブ116aを閉めバルブ115aを開ける
ことにより、供給を停止できる。他の液体原料について
も同様な操作で、原料の供給、停止をおこない、GaA
s、AlGaAsヘテロ構造を成長する。
【0004】なお、図7における112は切り替えバル
ブ、113はバイパスライン、114はメインラインを
夫々示す。
【0005】図3に本装置を用いて、半絶縁性GaAs
基板上にAlGaAs(層厚2000オングストロー
ム、以下オングストロームをAと略記する)、GaAs
(層厚50A)、AlGaAs(層厚1000A)の各
層を順次結晶成長した量子井戸構造の結晶の一例を示
す。成長条件は例えばトリメチルガリウムを−5℃に、
トリメチルアルミニウムを18℃にして、トリメチルガ
リウム103aに約50cc/min、トリメチルガリ
ウム103bに約40cc/min、トリメチルアルミ
ニウム103cに約60cc/minのキャリアガスを
バブラーに流し、10%アルシンと水素をそれぞれ約1
00cc/min、10l/min混合して、反応室へ
導入する。成長温度は約720℃である。
【0006】このようにして成長したヘテロ接合の結晶
をフォトルミネッセンスにより測定したところ、量子井
戸からの発光波長は図5に示すように10μm程度の厚
い単層膜よりもとめた設計値7670Aに対して約90
A長い方向にずれており、井戸層であるGaAsの膜厚
が設計値よりも約10A厚いことに相当する。これはこ
の井戸層の成長速度と、10μm程度の厚い単層膜を成
長させた場合の成長速度とが違うことを示している。こ
の理由は恒温槽により−5℃に冷却されている有限の熱
容量を持ったバブラー内の液体トリメチルガリウムに、
20℃前後のキャリアガスが導入されるために導入直後
から原料の温度が局所的に上がり、原料の温度が一定に
なり、キャリアガスに含まれる原料の量が一定になるま
で時間がかかるために引き起こされる初期変動の影響で
あり、図6に示すように0.5分では設計値よりも成長
速度が速く、設計値と同じ成長速度が得られるまでに3
0〜60分もかかるためである。このため、従来の方法
ではバブラーにキャリアガスを流し始めてから成長を始
めるまでの時間、すなわち段取り時間が必要であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、液
体状態もしくは固体状態の原料を、収納する容器内にキ
ャリアガスを導き気体状態にし、原料を含ませたキャリ
アガスと共に反応容器に導く方式の半導体気相成長方法
で、原料を安定に供給するには、原料の温度が一定にな
り、キャリアガスに含まれる原料の量が一定になるまで
の段取り時間が必要とされる。
【0008】本発明は以上のような点を鑑みてなされた
もので、大量のキャリアガスをバブラーに流した場合も
迅速に飽和状態にすることができ、段取り時間を必要と
せず、安定に原料を供給することができる方法を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体気相
成長方法は、半導体の構成元素もしくは半導体に添加す
る不純物の構成元素を含む液体状態もしくは固体状態の
原料を収納する容器内にキャリアガスを導き気体状態に
し、前記原料を飽和させたキャリアガスを反応容器に導
く半導体気相成長において、前記原料と原料を収納する
容器内に流すキャリアガスとを等温にして行なうもので
ある。
【0010】また、本発明に係る半導体気相成長装置
は、キャリアガス源と、キャリアガスに対し流量制御を
施すマスフローコントローラと、前記マスフローコント
ローラに接続した補助恒温装置とこれに連接し原料のバ
ブラーを行うバブラーとを内装する恒温装置と、前記補
助恒温装置から導出されるキャリアガスの温度を検出し
これを原料の温度に等しくする手段とを具備したもので
ある。
【0011】
【作用】本発明は、液体状態もしくは固体状態の原料を
従来と同じ温度で保持し、大量のキャリアガスをバブラ
ーに流した場合でも、キャリアガスに含まれる原料の量
が安定になるまでの段取り時間を必要とせずに飽和状態
にすることができ、安定に再現性よく原料を気体状態で
供給することができる。
【0012】
【実施例】(実施例1)以下、本発明に係る半導体気相
成長装置の一実施例につき図1、および図2を参照して
説明する。本例はGaAs基板上にGaAs層とAlG
aAs層とを交互に積層させる成長装置であり、液体状
態の原料としてトリメチルガリウム(CH3 3 Ga、
トリメチルアルミニウム(CH3 3 Alが用いられて
いる。ガスボンベ101より供給される水素ガスの一部
をマスフローコントローラー102aを通して恒温槽6
aの中に収納されている補助恒温装置5aで原料と同じ
温度にした後に恒温槽により一定の温度に保たれた液体
状態のトリメチルガリウム3aを収納した容器すなわち
バブラー4aにキャリアガスとして供給し、原料の飽和
蒸気を含ませる。同様にしてもう一つのトリメチルガリ
ウム3b、トリメチルアルミニウム3cもそれぞれ補助
恒温装置5b、5cを通した後バブラーに導き、キャリ
アガスに原料を含ませる。
【0013】図2に補助恒温装置5aの一例を示す。マ
スフローコントローラ102aを通った水素ガス17
は、ペルチェ冷凍器18aに取付けられた配管19aを
通過することにより熱交換を行い、原料と同じ温度にな
る。水素ガスはサーミスタ温度計20aにより常時監視
され、その結果はペルチェ冷凍器18aにフィードバッ
クされる。
【0014】原料を含ませた前記キャリアガス、アルシ
ンガス107そして水素ガスを混合して石英製反応容器
8に供給する。(切替え)バルブ12の開閉により液体
原料の供給、停止を行える。反応容器内にはグラファイ
ト製サセプタ9があり、前記サセプタ上にはGaAs基
板10が設置されており、外部に設けられた高周波誘導
加熱コイル11により前記サセプタを加熱して基板上に
結晶成長を行う。
【0015】なお、図1における12は切り替えバル
ブ、13はバイパスライン、14はメインライン、15
a〜15c、16a〜16cはいずれも切り替えバルブ
である。
【0016】上記装置を用いて、半絶縁性GaAs基板
上にAlGaAs(2000A)、GaAs(50
A)、AlGaAs(1000A)の各層を順次結晶成
長して、図3に示すように量子井戸構造の結晶を作成し
た。成長条件はトリメチルガリウムを−5℃に、トリメ
チルアルミニウムを18℃にして、トリメチルガリウム
3aに50cc/min、トリメチルガリウム3bに4
0cc/min、トリメチルアルミニウム3cに60c
c/minのキャリアガスをバブラーに流し、10%ア
ルシンを100cc/min、メインキャリアガスの水
素を10l/min流して、成長温度を720℃とし
た。フォトルミネッセンスにより量子井戸からの発光波
長を調べたところ、図4に示すようにピーク波長が設計
値とほとんどずれていない。これは、この井戸層の成長
速度と10μm程度の厚い単層膜を成長させた場合の成
長速度とが一致しており、キャリアガスがバブラーに導
入直後から安定な飽和状態であることを示している。
【0017】すなわち、バブラーに導入するキャリアガ
スをバブラーに収納されている原料と同じ温度にするこ
とにより、キャリアガスをバブラーに流した直後も迅速
に安定な飽和状態にすることができ、バブラーにキャリ
アガスを流し始めてから成長を開始するまでの段取り時
間を必要とせず、安定に原料を供給することができる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、バブ
ラーに導入するキャリアガスをバブラーに収納されてい
る原料と同じ温度にすることにより、大量のキャリアガ
スをバブラーに流した場合も迅速に安定な飽和状態にす
ることができ、バブラーにキャリアガスを流し始めてか
ら成長を開始するまでの段取り時間を必要とせず、安定
に原料を供給することができる。
【0019】しかも、近年装置の大型化が進み、より多
くの原料を必要とするようになってきており、そのため
バブラーに流されるキャリアガスの流量は増え、原料と
キャリアガスが十分に熱平衡に達するまでに必要な当取
り時間もより長くなる傾向になっている。また、従来使
用されてきた液体原料は室温近傍で高い飽和蒸気圧を有
する原料が選択されてきたが、近年飽和蒸気圧が低く、
取扱いが難しくとも品質の高い結晶を成長可能な原料が
選択されるようになってきた。このような原料を使用す
る場合も、所定の原料を得るためにより多くのキャリア
ガスを流さなければならず、平衡状態に達するまでの時
間は従来以上にかかることになる。本発明によれば、前
述のごとくバブラーに流すキャリアガスの増加に対し
て、迅速に安定に再現性よく、原料を気体状態で供給す
ることができる。
【0020】上記実施例では液体原料に対する効果を述
べたが、本発明の効果はこれに限定される訳ではなく、
例えばトリメチルインジウム(CH3 3 Inのような
原料が固体の場合も同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による気相成長方法を使用した気相成長
装置の概略の構成を示す図。
【図2】本発明に係る気相成長装置の要部を示す正面
図。
【図3】基板上に成長した結晶構造を説明するための
図。
【図4】図1の装置を使用して成長した結晶のフォトル
ミネッセンス測定結果を示す線図。
【図5】図1の装置を使用して成長した結晶のフォトル
ミネッセンス測定結果を示す線図。
【図6】図5の装置を使用して、段取り時間を設けた後
に成長した結晶の成長速度と成長時間との関係示す線
図。
【図7】従来用いられている気相成長方法を使用した気
相成長装置の概略の構成を示す図。
【符号の説明】
2a〜2e マスフローコントローラ 3a、3b トリメチルガリウム 3c トリメチルアルミニウム 4a〜4c バブラー 5a〜5c 補助恒温装置 6a〜6c 恒温槽 8 石英製反応容器 9 グラファイト製サセプタ 10 GaAs基板 11 加熱コイル 13 バイパスライン 14 メインライン 18a ペルチェ冷凍器 20a サーミスタ温度計 101 水素ガス 102a〜102e マスフローコントローラ 107 アルシンガス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体の構成元素もしくは半導体に添加
    する不純物の構成元素を含む液体状態もしくは固体状態
    の原料を収納する容器内にキャリアガスを導き気体状態
    にし、前記原料を飽和させたキャリアガスを反応容器に
    導く半導体気相成長において、前記原料と原料を収納す
    る容器内に流すキャリアガスとを等温にして行なう半導
    体気相成長方法。
  2. 【請求項2】 キャリアガス源と、キャリアガスに対し
    流量制御を施すマスフローコントローラと、前記マスフ
    ローコントローラに接続した補助恒温装置とこれに連接
    し原料のバブラーを行うバブラーとを内装する恒温装置
    と、前記補助恒温装置から導出されるキャリアガスの温
    度を検出しこれを原料の温度に等しくする手段とを具備
    した半導体気相成長装置。
JP17485891A 1991-07-16 1991-07-16 半導体気相成長方法および気相成長装置 Pending JPH0521351A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6660096B2 (en) * 1998-01-07 2003-12-09 Tokyo Electron Limited Gas treatment apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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