JPH053159A - 化合物半導体結晶気相成長装置 - Google Patents

化合物半導体結晶気相成長装置

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JPH053159A
JPH053159A JP17777491A JP17777491A JPH053159A JP H053159 A JPH053159 A JP H053159A JP 17777491 A JP17777491 A JP 17777491A JP 17777491 A JP17777491 A JP 17777491A JP H053159 A JPH053159 A JP H053159A
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JP
Japan
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susceptor
crystal
substrate
sheath
compound semiconductor
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JP17777491A
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Inventor
Yuji Hiratani
雄二 平谷
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、原料ガスの不要な分解を抑え、分解
生成物の堆積を少なくして、良質の結晶を安定して効率
良く成長させるMOCVD装置に関する。 【構成】反応容器と、この反応容器内に設けられた基板
結晶を保持・加熱するサセプタと、前記基板結晶を所定
温度に加熱する高周波誘導加熱コイルと、反応容器内に
反応ガスを供給する反応ガス供給口と、ガスを排出する
ガス排出口を備える。そして、サセプタの反応ガスに接
する部分を断熱性の鞘で囲むように構成された化合物半
導体結晶気相成長装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶の気
相成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機金属の化合物と、水素化物とを原料
ガスとして用いる有機金属気相成長法(MOCVD)に
より、基板上に結晶を成長させる化合物半導体結晶気相
成長技術は、近年特に成長速度の制御性、操作の単純
性、量産性等に優れているとして注目されている。
【0003】ここで化合物半導体としては、GaAs、
InP、AlGaAs、InGaAsPなどのIII 〜V
族化合物半導体、或いはZnS、ZnSe、HgCdT
eなどのII〜VI族化合物半導体が一般的である。基板も
GaAs、InPなどのIII 〜V族化合物半導体、或い
はCdTe、ZnSeなどの化合物半導体を用いること
が多い。
【0004】III 〜V族化合物の場合、III 族を含む有
機金属のガスと、V族を含む水素化物ガスが用いられ
る。たとえば、III 族金属を含む材料としては、トリメ
チルアルミニウムAl(CH3)3 、トリエチルガリウム
Ga(C25 )3、トリメチルインジウムIn(CH3)
3 などのガスが有用である。またV族元素を含む化合物
としてはPH3 (ホスフィン)、AsH3 (アルミン
ン)、SbH3 などがある。
【0005】MOCVD法により、インジウムリン(I
nP)を成長させる従来の化合物半導体結晶成長装置の
概略構造を図5により説明する。
【0006】縦長の狭まった頭部を有する反応容器(反
応炉)2の中にサセプタ4がサセプタホルダ5により支
持されている。サセプタ4は円筒形で、上面に基板結晶
3が載置・保持されている。サセプタ4を加熱するた
め、反応炉2の外部に高周波誘導加熱用コイル(RFコ
イル)7が設けられている。
【0007】反応炉2の上頂部の原料導入部1から原料
がガス反応炉2の中へ導入される。サセプタ4は鉛直方
向のサセプタホルダ5によって支持され、サセプタ回転
機構(図示せず)によりサセプタホルダ5の軸を中心に
回転する。反応炉2の下側部に排ガス管(下流配管)6
が設けられており、排ガスは下方側面から排気される。
【0008】原料ガスは反応炉2の上頂部の原料導入部
1からキャリヤガスと共に導入され、MOCVD法で基
板結晶3に原料をキャリヤガスにより移送し、原料を熱
分解させ、結晶成長を行わせる。InPを成長させる場
合、原料として、ホスフィン(PH3 )等の水素化物と
トリメチルインジウム(TMI)等の有機金属が、基板
結晶3としてInPが用いられる。キャリヤガスとして
は水素等が用いられる。
【0009】基板3を所定の温度にするためサセプタ4
を加熱する手段として、図5では、反応炉2の外側に置
かれたRFコイル7によりサセプタ4を加熱する場合を
示しているが、サセプタ4の加熱方法としては、このほ
かに、抵抗加熱、放射加熱等による方法がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のMOCVD装置
では、上記のように、原料ガスは基板表面及び基板付近
で分解して、基板3上にInPを結晶させる。しかしな
がら低圧成長用の真空排気系が反応炉2の下側部の下流
配管6から、排ガスを吸引して排出している。そのた
め、図6に示されるように、結晶成長の際の原料ガスの
分解生成物8が反応炉2の内壁及び、下流の配管6に堆
積する。
【0011】その結果、結晶成長回数が増加するに従い
装置に堆積した分解生成物によって、結晶成長装置、例
えば排気ポンプ、基板搬送機構などに故障を生じたり、
結晶成長条件が変動したり、結晶欠陥が発生したりす
る、など、種々の不都合を引き起こし、そのため、定期
的に反応炉2及び下流配管6を洗浄する必要がある。
【0012】また、結晶成長の際原料ガスの分解が基板
3の表面、基板3の付近だけでなく、サセプタ4の周囲
でも起きる。そのために、装置の洗浄なしに結晶を成長
させうる期間が短くなる。例えば、常圧で行うMOCV
D法のInPを成長させた場合、2〜4週間成長を続け
たら装置の洗浄を行う必要がある。その結果、洗浄に伴
う問題点として、安全面及び結晶成長条件の変化の面か
ら、次の問題が起こる。 a)安全面 1)洗浄に、王水等の取扱いに注意を要する薬品を用い
なければらなない。 2)反応炉、配管等に付着した分解生成物は空気と反応
して有毒ガスを発生する。 b)結晶成長条件の変化 1)分解生成物の堆積により反応炉内のガスの流れが変
化する。 2)洗浄後の反応炉、配管組立寸法のばらつきにより反
応炉内ガスの流れの再現性が低下する。 3)堆積した分解生成物からの放出ガスにより結晶成長
条件が変化する。
【0013】本発明は上記の問題点を解決すべく成され
たものであって、原料ガスの不要な分解を抑え、分解生
成物の堆積を少なくし、装置の洗浄頻度を低下させるこ
とによって、作業の安全性の向上及び安定した結晶成長
を行えるMOCVD装置を提供することを目的とするも
のである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の目的を
達成するために鋭意研究を行い、原料ガスの不要な分解
は前記サセプタのまわりを断熱性の鞘で取り囲むことに
よって効果的に防止できることを知見し、本発明を完成
させるに至った。すなわち、本発明は反応ガスの供給口
と排出口を有する反応容器と、この反応容器内に設けら
れた表面に新たな結晶が形成・成長される基板を保持・
加熱するサセプタと、前記基板の加熱手段とを具備する
化合物半導体結晶気相成長装置において、前記サセプタ
の上面より反応ガス下流側のサセプタの周囲を断熱性の
鞘で囲包することを特徴とする化合物半導体結晶気相成
長装置を提供するものである。
【0015】
【作用】サセプタの周囲を断熱性の鞘で取り囲むことに
より、原料ガスは基板上以外では高温にさらされること
がなくなる。従って原料の不要な分解を抑えることがで
きる。また、有機金属原料は基板結晶表面よりも石英表
面では遥かに分解が起こり難い。従って、鞘の材料に石
英を用いることにより、サセプタ周囲での原料の不要な
分解をさらに抑えることができる。
【0016】
【実施例】次に、本発明を図示の実施例に従って説明す
る。
【0017】図1は本発明のMOCVD装置の概略断面
図である。InPを成長させる場合原料として、ホスフ
ィン(PH3 )等の水素化物、トリメチルインジウム
(TMI)等の有機金属等を、キャリヤガスとして水素
等を、基板結晶3としてInPを用いる。
【0018】上記の原料をキャリヤガスにより原料導入
部1を通って反応炉(反応容器)2の上頂部へ供給され
る。反応炉2は上部に細く形成された塔頂部を有する縦
長円筒状の空間に形成されている。
【0019】反応炉2の中には、円筒状のサセプタ4
が、鉛直軸のサセプタホルダ5により回転自在に設けら
れている。サセプタ4は、カーボン等の耐熱性の導体材
料によって作られており、上面に基板結晶3を載置・保
持できるようになっている。鉛直のサセプタホルダ5に
よって支持されたサセプタ4は、サセプタ回転機構(図
示せず)によって回転させられる。サセプタ4を回転さ
せることによって、基板結晶3へ、新たな結晶の成長を
均一に行わせることができる。サセプタ4を加熱するた
めに、反応炉2の外部に高周波誘導加熱コイル(RFコ
イル)7が設けられている。サセプタ4が導体であるの
で、RFコイル7によって、高周波加熱することがで
き、本実施例の場合は結晶成長を行うために600〜7
50℃に加熱される。
【0020】サセプタ4が加熱されると、反応炉3の壁
面を加熱される。しかし壁面の温度が高いと、壁面でも
原料ガスの熱分解反応が起こる。これは前述したような
問題点を起こし望ましくないので、本実施例において
は、サセプタ4は基板結晶3の置かれる部分を除いて、
石英製の鞘9で覆う。石英製鞘9は中空構造とし、中空
部での熱伝達による熱の流れを抑制するために、中空部
を真空10にしている。そして石英製鞘9はサセプタ4
及びサセプタホルダ5により保持されている。また、上
記のように、反応炉3の外側からRF加熱するほかに、
サセプタ4の内部に抵抗加熱ヒータを設けて、これによ
って加熱することもできる。
【0021】本発明は、このような内部加熱型の装置に
も適用することができて、上記の場合と同様に、断熱性
の鞘9により壁面での原料ガスの熱分解反応を防止でき
る。反応炉2の下部から、原料ガスの残りや、反応生成
物であるガスが吸引排出される。このために真空排気系
(図示せず)に接続された下流配管6が設けられてい
る。そして、図1に示すように、断熱性の鞘9が反応炉
3の下側部の下方にまで十分延びていて、下流配管6が
不要に加熱されることを防止しているため、壁面と同様
に分解生成物が堆積することがない。
【0022】また、有機金属原料は、基板結晶3の表面
よりも石英表面では遥かに分解が起こり難いので、断熱
性の鞘9の材料に石英が用いられているため、サセプタ
4の周囲での原料の不要な分解がさらに抑制される。
【0023】その結果、この装置で上記原料ガスを用い
てInPの結晶成長を行ったところ、これまで1ケ月に
1回洗浄を行う必要があったものが、6ケ月に1回の洗
浄で十分なほど分解生成物8の堆積が少なくなった。す
なわち、安全面及び結晶成長条件の変化の面で生じる問
題の発生を大幅に低減、改善することができた。
【0024】図2は本発明の気相成長装置の他例の断面
図であり、図1では、石英製鞘9を中空構造とし、中空
部での熱伝達による熱の流れを抑制するために、中空部
を真空10にして、石英製鞘9に断熱効果をもたらして
いたのに対して、図2では、石英製鞘9の中空部内に反
射板11を設け、熱伝達及び照射による熱の流れを抑制
して、図1と同様の効果を挙げるようにしている。な
お、図2〜図4において図1と同符号は同じものを示
す。
【0025】図3はさらに本発明の他例を示す断面図で
あり、外形的には図1の断熱性の鞘9と同じであるが、
石英製鞘9の中空部が真空でないこと、及び石英製鞘9
の中空部が断熱材12で満たされていることが異なる。
しかしながら、この実施例でも図1と同様の断熱効果が
もたらされ、同様に堆積物減少に伴う効果が得られる。
【0026】図4はさらに本発明の他例であり、石英製
の鞘9の中に、ガス流路を有するサセプタホルダ13を
通して、水素等の熱伝導性の良いガスを流すことによ
り、鞘9の温度が上がらないようにして図1と同様の効
果を挙げることができる。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の装置によれ
ば、サセプタの原料ガスに接する部分を断熱性の鞘で囲
むことにより、原料ガスは基板結晶付近以外では高温に
さらされることがなくなる。従って原料の不要な分解を
抑えることができる。その結果、反応炉、下流配管への
分解生成物の堆積を低く抑えることができるため、作業
の安全性の向上及び安定した結晶成長を、効率よく、か
つ容易に実現することができる。また、本発明の気相成
長装置において石英製の鞘とする場合、有機金属原料は
基板結晶表面よりも石英表面で分解が起こりにくい。従
って、サセプタ周囲での原料の不要な分解をさらに抑え
ることができ、良質の結晶成長層を、一層効率よく成長
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化合物半導体結晶気相成長装置の1実
施例の縦断面図である。
【図2】本発明の装置の他例の縦断面図である。
【図3】本発明の装置のさらに他例の縦断面図である。
【図4】本発明の装置の他例の縦断面図である。
【図5】従来の化合物半導体結晶気相成長装置の縦断面
図である。
【図6】従来の気相成長装置における問題点を説明する
図である。
【符号の説明】
1 反応ガス供給口(原料導入部) 2 反応容器(反応炉) 3 基板 4 サセプタ 6 ガス排出口(下流配管) 7 外部加熱手段(高周波誘導加熱用コイル) 9 断熱性の鞘(石英製鞘)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応ガスの供給口と排出口を有する反応
    容器と、この反応容器内に設けられた表面に新たな結晶
    が形成・成長される基板を保持・加熱するサセプタと、
    前記基板の加熱手段とを具備する化合物半導体結晶気相
    成長装置において、前記サセプタの上面より反応ガス下
    流側のサセプタの周囲を断熱性の鞘で囲包することを特
    徴とする化合物半導体結晶気相成長装置。
  2. 【請求項2】 前記断熱性の鞘が石英製であることを特
    徴とする請求項1記載の化合物半導体結晶気相成長装
    置。
JP17777491A 1991-06-24 1991-06-24 化合物半導体結晶気相成長装置 Pending JPH053159A (ja)

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JP (1) JPH053159A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013159826A (ja) * 2012-02-06 2013-08-19 Toshiba Corp 半導体製造装置
JP2017017255A (ja) * 2015-07-03 2017-01-19 株式会社エピクエスト Nh3雰囲気高温加熱装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013159826A (ja) * 2012-02-06 2013-08-19 Toshiba Corp 半導体製造装置
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