JPH05234910A - 有機金属化学気相成長装置 - Google Patents

有機金属化学気相成長装置

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JPH05234910A
JPH05234910A JP7035592A JP7035592A JPH05234910A JP H05234910 A JPH05234910 A JP H05234910A JP 7035592 A JP7035592 A JP 7035592A JP 7035592 A JP7035592 A JP 7035592A JP H05234910 A JPH05234910 A JP H05234910A
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JP
Japan
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discharge
gas
reaction chamber
chemical vapor
gas passage
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Pending
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JP7035592A
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English (en)
Inventor
Satoshi Fujii
智 藤井
Yukihisa Fujita
恭久 藤田
Hiroyuki Fukazawa
博之 深沢
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Nippon Steel Corp
Ulvac Inc
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドーピングガスの励起が容易であり、かつ結
晶成長条件に影響を及ぼすことがなく、更に構造の簡単
なエピタキシャル結晶成長装置を提供する。 【構成】 水平に延在する反応管に於ける反応室の上流
側を軸線方向に沿って原料ガス通路及びドーピングガス
通路に区画しドーピングガス通路内にてドーピングガス
に光を照射することにより励起させる構造とすること
で、容易にドーパントを励起でき、ガス以外の不必要な
物質を励起する心配もない。更に、反応管を部分的に区
画しているのみであることから、別途セルなどを設ける
必要もなく構造も単純になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャル結晶を
成長させる装置に関し、特に水平に延在する反応管中の
反応室内に配置された基板の表面に成長原料ガス及び励
起させたドーピングガスを供給することにより化合物半
導体エピタキシャル結晶を成長させる有機金属化学気相
成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体のエピタキシャル結晶成長
には主として分子線エピタキシー法(以下、本明細書で
はMBE法と略記する)や有機金属化学気相成長法(以
下、本明細書ではMOCVD法と略記する)などが一般
的に用いられている。
【0003】一方、特開昭62−88329号公報には
II-VI族のエピタキシャル結晶の一例として砒化ガリウ
ム(GaAs)基板上へのセレン化亜鉛(ZnSe)の
エピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントとして砒素
(As)、リン(P)、または窒素(N)を導入してp
型結晶を得るための構造が開示されている。また、米国
のDePuydtらによれば、MBE法にてrfプラズ
マセルにより窒素ラジカルビームを発生させ、1018
-3台の窒素ドーピングを実現する方法が提案されてお
り(Appl.Phys.Lett.57,2127
(1991))、これにより低抵抗のp型結晶が得られ
ることが示唆されている。
【0004】しかしながら、rfプラズマセルにより窒
素ラジカルビームを発生させるには、気圧条件を10-1
〜10-2torr程度にすることが一般的であるが、M
BE法の一般的な適用条件が10-7〜10-10tor
r、MOCVD法の一般的な適用条件が10〜760t
orr程度であることから、条件が一致せず、実際には
あまり現実的ではなかった。また、プラズマによりラジ
カルビームを発生させる場合、セルを構成するドーパン
ト以外の物質も叩かれて汚染物質としてエピタキシャル
結晶内に拡散し、その品質を著しく劣化させる心配もあ
った。更に、このようなMBE装置の場合、上記プラズ
マセルから発生したラジカルの平均自由行程が数mm程
度であり、セルと基板との距離を短くする必要があるこ
とから、ドーピングする基板の面積を大きくできない問
題もあるばかりでなく、プラズマセル構造が複雑である
ことから、装置全体の構造が複雑になり、基板の交換な
どが厄介になる問題もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主
な目的は、ドーピングガスの励起が容易であり、かつ結
晶成長条件に影響を及ぼすことがなく、更に構造の簡単
なエピタキシャル結晶成長装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、水平方向に延在する反応管中の反応室内に配置
された基板の表面に成長原料ガス及び励起させたドーピ
ングガスを供給することにより化合物半導体エピタキシ
ャル結晶を成長させる有機金属化学気相成長装置であっ
て、前記反応管に於ける前記反応室の上流側を軸線方向
に沿って区画してなる成長原料ガス通路及びドーピング
ガス通路を有し、前記ドーピングガス通路内にて光を照
射することにより前記ドーピングガスを励起させること
を特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供すること
により達成される。
【0007】
【作用】上述の構成によれば、反応室の上流側のドーパ
ントガス通路中に光源を設けるのみでドーパントを励起
できる。また、ガス以外の不必要な物質を励起する心配
もない。更に、反応管を部分的に原料ガス通路と、ドー
パントガス通路とに区画しているのみであることから、
別途セルなどを設ける必要もない。
【0008】
【実施例】以下、添付の図面に従って本発明の好適実施
例について説明する。
【0009】図1は本発明が適用された第1の実施例を
示すMOCVD装置の模式的側断面図である。本実施例
は砒化ガリウム(GaAs)基板上へのセレン化亜鉛
(ZnSe)のエピタキシャル結晶を成長させ、ドーパ
ントとして窒素(N)を導入してp型結晶を得るための
MOCVD装置である。
【0010】反応管1は方形断面をなすと共に水平方向
に延在し、その中間部から図に於ける右側部分が上下に
軸線方向に沿って壁部2をもって区画され、上側の成長
原料ガス通路3と、下側のドーパントガス通路4とが郭
成されている。ここで、本実施例ではドーパントガスと
してアンモニアガス(NH3)を用い、また成長原料ガ
ス及びドーパントガスは図に於ける右側から左側に向け
て供給されるようになっている。
【0011】反応管1の中間部左側部分は、両通路3、
4が合流して壁部2のない反応室5が郭成されている。
反応室5の上側壁面には基板Bを下向きに保持して回転
させるサセプタ6が設けられている。このサセプタ6に
は基板Bを加熱するための抵抗加熱ヒータが付設されて
いる(図示せず)。ここで、本実施例では基板Bをサセ
プタ6に下向きに保持したが、実際にはある程度各ガス
の上流側に基板Bの主面が対向するように傾斜させても
良い。
【0012】一方、ドーパントガス通路4の中間部には
光源の受容部としての凹部4aが形成され、この凹部4
aには光源として、内部に放電ガスが交換可能に充填さ
れた放電管9と、放電管9内の放電ガスに放電光を発生
させるべくマイクロ波を該放電管9に供給するマイクロ
波空洞共振器10とを有する、例えば特開昭61−12
022号公報に開示された装置と同様な放電光発生装置
8が設けられている。この放電光発生装置8の放電管9
は、遊端部がドーパントガス通路4の凹部4aに突入し
ている。また、マイクロ波空洞共振器10は放電管9の
大気側基端部に設けられている。ここで、放電管9内に
充填される放電ガスは、アンモニアガスの吸収帯域と概
ね等しい波長の光を発生するガスであれば良い。
【0013】ドーパントガス通路4の反応室5への出口
は壁部4bにより絞られ、その上部のみが開口してお
り、放電光が反応室5に漏れることを防止している。実
際にはドーパントガス通路4の開口が正方形をなすとす
るとその一辺の大きさDと、凹部4aから壁部4bまで
の距離Lとの関係は、ドーパントガスの圧力、流速、窒
素ラジカルの平均自由行程、基板Bと上記出口開口の大
きさとの関係などから定められ、例えばD/L=1/5
以下となっている。
【0014】また、ドーパントガス通路4のマイクロ波
空洞共振器10が設けられている部分は、その内面4c
が全て鏡面となっており、効率的に放電光がアンモニア
ガスに照射されるようになっている。放電光発生装置8
の放電管9へのガス供給部(図示せず)及びマイクロ波
空洞共振器10には、これらを制御するべく制御装置1
1が接続されている。この制御装置11は放電管9の近
傍に設置された放電光の強度センサ12に接続され、該
センサ12からの放電光強度検出値に基づきマイクロ波
空洞共振器10によるマイクロ波の発生量及び放電ガス
の圧力などを調整し、放電光強度をフィードバック制御
するようになっている。尚、実際にはマイクロ波空洞共
振器10からの光の照射方向に直接対向するように強度
センサ12を設け、光の強度を検出しても良い。
【0015】次に本実施例の作動要領について説明す
る。まず砒化ガリウム基板Bをサセプタ6に下向きに保
持し、この基板Bを回転させると共に加熱する。このと
き、上側の成長原料ガス通路3から成長原料ガスを反応
室5内に供給する。また、下側のドーパントガス通路4
の放電光発生装置8を稼働しつつ該通路4にアンモニア
ガスを供給することにより、窒素ラジカルを発生させて
反応室5内に供給する。このとき、放電光強度をフィー
ドバック制御することにより、反応室5内への窒素ラジ
カルの供給量を適正制御することができる。
【0016】図2は本発明が適用された第2の実施例を
示す図1と同様な図であり、第1の実施例と同様な部分
には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0017】本実施例では反応管1の上側にドーパント
ガス通路14が郭成され、下側に成長原料ガス通路13
が郭成されている。また、ドーパントガス通路14の反
応室5への出口は壁部14bにより絞られ、その下部の
みが開口している。それ以外の構造は第1の実施例と同
様である。
【0018】図3は本発明が適用された第3の実施例を
示す図1と同様な図である。本実施例の構成は概ね第1
の実施例と同様であるが、基板Bのサセプタ26が反応
室5の下側壁面にて基板Bを斜め上向きに保持して回転
させるようになっている。また、ドーパントガス通路2
4の反応室5への出口は壁部24bにより絞られ、その
下部のみが開口している。それ以外の構造は第1の実施
例と同様である。
【0019】図4は本発明が適用された第4の実施例を
示す図3と同様な図である。本実施例の構成は概ね第3
の実施例と同様であるが、ドーパントガス通路34が反
応管1の上側に郭成され、下側に成長原料ガス通路33
が郭成されている。それ以外の構造は第3の実施例と同
様である。
【0020】尚、上記各実施例では光源として、内部に
放電ガスが交換可能に充填された放電管と、この放電管
にマイクロ波を供給するマイクロ波空洞共振器とを有す
る放電光発生装置を用いたが、通常のランプ光源を用い
ても良いことは云うまでもない。また、第3及び第4の
実施例では基板Bを斜め上向きに保持したが、その主面
が水平になるように保持しても良い。
【0021】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明に基づく有機金属化学気相成長装置によれば、反応
管に於ける反応室の上流側を軸線方向に沿って原料ガス
通路及びドーピングガス通路に区画し、このドーピング
ガス通路内にてドーピングガスに光を照射することによ
り励起させる構造とすることで、容易にドーパントを励
起でき、ガス以外の不必要な物質を励起する心配もな
い。更に、反応管を部分的に区画しているのみであるこ
とから、別途セルなどを設ける必要もなく構造も単純に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す側断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す側断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す側断面図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 反応管 2 壁部 3 成長原料ガス通路 4 ドーパントガス通路 4a 凹部 4b 壁部 4c 内面 5 反応室 6 サセプタ 8 放電光発生装置 9 放電管 10 マイクロ波空洞共振器 11 制御装置 12 放電光強度センサ 13 成長原料ガス通路 14 ドーパントガス通路 14b 壁部 24 ドーパントガス通路 24b 壁部 26 サセプタ 33 成長原料ガス通路 34 ドーパントガス通路
フロントページの続き (72)発明者 深沢 博之 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平方向に延在する反応管中の反応室
    内に配置された基板の表面に成長原料ガス及び励起させ
    たドーピングガスを供給することにより化合物半導体エ
    ピタキシャル結晶を成長させる有機金属化学気相成長装
    置であって、 前記反応管に於ける前記反応室の上流側を軸線方向に沿
    って区画してなる成長原料ガス通路及びドーピングガス
    通路を有し、 前記ドーピングガス通路内にて光を照射することにより
    前記ドーピングガスを励起させることを特徴とする有機
    金属化学気相成長装置。
  2. 【請求項2】 前記反応室の上流側が軸線方向に沿っ
    て上下に区画され、 前記基板が前記反応室の上端面に下向きに、または下端
    面に上向きに配置されたことを特徴とする請求項1に記
    載の有機金属化学気相成長装置。
  3. 【請求項3】 前記ドーピングガスに光を照射する手
    段が、前記ドーピングガス通路内に突入すると共に内部
    に放電ガスが交換可能に充填された放電管と、前記放電
    管内の放電ガスに放電光を発生させるべくマイクロ波を
    前記放電管に供給するマイクロ波空洞共振器とを有する
    放電光発生装置からなることを特徴とする請求項1若し
    くは請求項2に記載の有機金属化学気相成長装置。
  4. 【請求項4】 前記放電光発生装置の発生する放電光
    の強度を検出し、かつその検出結果により放電管への放
    電ガスの供給手段及びマイクロ波空洞共振器のうちの少
    なくともいずれか一方を制御して前記放電光の強度をフ
    ィードバック制御することを特徴とする請求項3に記載
    の有機金属化学気相成長装置。
  5. 【請求項5】 前記ドーピングガス通路に於て前記ド
    ーピングガスを光励起させる部分の内面を鏡面としたこ
    とを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
    の有機金属化学気相成長装置。
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CN114774880A (zh) * 2022-04-29 2022-07-22 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19961126