JPH0547666A - Vapor growth apparatus - Google Patents

Vapor growth apparatus

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JPH0547666A
JPH0547666A JP20208291A JP20208291A JPH0547666A JP H0547666 A JPH0547666 A JP H0547666A JP 20208291 A JP20208291 A JP 20208291A JP 20208291 A JP20208291 A JP 20208291A JP H0547666 A JPH0547666 A JP H0547666A
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JP
Japan
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substrate
region
reaction tube
vpe
ale
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP20208291A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Matsumiya
康夫 松宮
Yoshiki Sakuma
芳樹 佐久間
Masashi Ozeki
雅志 尾関
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0547666A publication Critical patent/JPH0547666A/en
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Abstract

PURPOSE:To alternately perform an ALE and a VPE without exposing a substrate with the atmosphere and without cooling it to the ambient temperature by narrowing between an inner wall of a reaction tube and the substrate on an ALP executing region, extending it on a VPE executing region, and optimizing material gas flowing speeds on the regions. CONSTITUTION:One reaction tube 1 is defined on an ALF optimized region and a VPE optimized region, a substrate 8 is moved to the regions by a susceptor 7, and a compound semiconductor layer of a molecular layer and an atomic layer by a crystalline growth of VPE and an ALF is formed. In this case, the flowing speed of the material gas in the tube 1 is set to a limit value or more for exhibiting a self-limiting effect on the ALE optimized region and to a limit value or less on the VPE optimized region. Thus, a sectional area of the tube 1 is reduced on the ALE optimized region and increased on the VPE optimized region. In this manner, the ALE and the VPE are alternately executed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,基板上に有機金属から
成る原料ガスを用いて半導体層をエピタキシャル成長さ
せるための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for epitaxially growing a semiconductor layer on a substrate by using a source gas made of an organic metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造において,シリコンま
たは化合物半導体を構成する成分を含有する原料ガスの
熱分解や複数種の原料ガス間の反応によって,所望の半
導体層を基板上に成長させる気相成長方法(CVD:chemica
l vapor depositionまたはVPE:vapor phase epitaxi)が
実用されている。また,基板と有機金属ガスの表面反応
を利用して化合物半導体層を一分子層ずつ成長させる,
いわゆる原子層エピタキシ(ALE:atomic layer epi-tax
i)の実用化が進められている。この方法によれば,原子
層オーダの半導体層から成るpn接合やヘテロ接合を制御
性よく形成でき,また,ヘテロバイポーラトランジスタ
(HBT)におけるベース層のような1×1020/cm3程度の超
高濃度の不純物のドーピングを制御性よく実施できる。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, a vapor phase in which a desired semiconductor layer is grown on a substrate by thermal decomposition of a raw material gas containing a component of silicon or a compound semiconductor or reaction between a plurality of raw material gases. Growth method (CVD: chemica
l vapor deposition or VPE: vapor phase epitaxi) is in practical use. In addition, compound semiconductor layers are grown one by one using the surface reaction of the substrate and the organometallic gas.
So-called atomic layer epi-tax (ALE)
i) is being put into practical use. According to this method, it is possible to form a pn junction or a heterojunction composed of a semiconductor layer in the atomic layer order with good controllability, and to use a heterobipolar transistor.
It is possible to control the doping of ultra-high-concentration impurities of about 1 × 10 20 / cm 3 like the base layer in (HBT) with good controllability.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,ALE
は,通常,陽イオン成分を含有する有機金属ガスと陰イ
オン成分を含有する原料ガスとを交互に反応管中に導入
する切り替えが必要であるために,半導体層の成長速度
がVPEに比べて低い。したがって,一つの半導体装置に
おいて,比較的層厚の大きな半導体層の形成にはVPEを
適用することが経済的に有利であるが,現在のところ,
ALEとVPEの双方を実施できる気相成長装置が実用化され
ていない。このために,基板を,例えばALE専用の気相
成長装置からVPE専用の別の気相成長装置に移し変える
必要があった。その結果,成長した半導体層が大気中に
触れて汚染される問題があった。また,上記気相成長装
置間の移し変え時に基板温度を一旦室温まで冷却する必
要があるため,すでに成長した半導体層が比較的大きな
熱サイクルを経ることが避けられず,この上にさらに成
長した半導体層との界面の結晶性が劣化する問題があっ
た。上記のような二種の気相成長装置を,真空排気可能
なロードロック装置により接続しても,基本的な問題は
解決できない。
[Problems to be Solved by the Invention] However, ALE
Is usually required to alternately introduce an organometallic gas containing a cation component and a source gas containing an anion component into the reaction tube. Therefore, the growth rate of the semiconductor layer is higher than that of VPE. Low. Therefore, it is economically advantageous to apply VPE to form a semiconductor layer having a relatively large thickness in one semiconductor device, but at present,
Vapor deposition equipment that can perform both ALE and VPE has not been put to practical use. For this reason, it was necessary to transfer the substrate from, for example, a vapor phase growth apparatus dedicated to ALE to another vapor phase growth apparatus dedicated to VPE. As a result, there is a problem that the grown semiconductor layer is exposed to the atmosphere and is contaminated. Further, since it is necessary to cool the substrate temperature to room temperature once when the vapor phase growth apparatus is transferred, it is unavoidable that the already grown semiconductor layer undergoes a relatively large thermal cycle, and further growth is performed on the semiconductor layer. There is a problem that the crystallinity at the interface with the semiconductor layer deteriorates. The basic problem cannot be solved even by connecting the above-mentioned two kinds of vapor phase growth devices by a load lock device capable of vacuum evacuation.

【0004】本発明は,基板を大気中に取り出す必要な
しに,また,室温に冷却する必要もなしにALEとVPEとを
交互に実施可能とする気相成長装置を提供することを目
的とする。このVPEとしては,ALEと同じ種類の気体状の
有機金属化合物を原料ガスとして用いるMOVPE(metal or
ganic VPE)を適用する。
It is an object of the present invention to provide a vapor phase growth apparatus capable of alternately performing ALE and VPE without having to take out the substrate into the atmosphere and without needing to cool it to room temperature. .. As this VPE, MOVPE (metal or metal or
ganic VPE) is applied.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は,少なくとも
陽イオン成分を含有する原料ガスが有機金属から成り陰
イオン成分を含有する原料ガスと該有機金属原料ガスと
を反応管中に導入して該反応管中に設置された基板上に
該陽イオン成分と陰イオン成分から成る化合物の単結晶
層を成長させる気相成長装置であって,その内壁と前記
基板との間が狭隘にされている第1の領域とその内壁と
該基板との間が拡張されている第2の領域とを有する前
記反応管と,前記反応管の内部において前記基板を前記
第1の領域と第2の領域との間に移動させる手段と,前
記第1および第2の領域のそれぞれにおいて該基板を所
定温度に加熱するための手段とを備えたことを特徴とす
る本発明に係る気相成長装置によって達成される。
The above object is to introduce a raw material gas containing at least a cation component from an organometal and a raw material gas containing an anion component into the reaction tube. A vapor phase growth apparatus for growing a single crystal layer of a compound composed of a cation component and an anion component on a substrate installed in the reaction tube, wherein an inner wall of the vapor phase growth device and the substrate are narrowed. Having a first region and a second region between the inner wall of the substrate and the substrate, and the substrate inside the reaction tube, the first region and the second region. And a means for heating the substrate to a predetermined temperature in each of the first and second regions, which is achieved by the vapor phase growth apparatus according to the present invention. To be done.

【0006】[0006]

【作用】ALEにおいては,陽イオン成分を含有する有機
金属から成る原料ガスと陰イオン成分を含有する原料ガ
スとを反応管内部に交互に導入するごとに単分子層の化
合物半導体結晶が成長する,いわゆるセルフリミティン
グ効果を利用するのである。
[Function] In ALE, a compound semiconductor crystal of a monolayer grows every time a source gas containing an organic metal containing a cation component and a source gas containing an anion component are alternately introduced into the reaction tube. , The so-called self-limiting effect is used.

【0007】上記のようなセルフリミティング効果が現
れるためには,原料ガスを基板に高速で吹き付けること
が必要である。これは,反応管内に導入された原料ガス
を,気相中で熱分解しない間に基板に吸着させることが
必要であるためと考えられる。すなわち,高速で流れる
原料ガスと接触する基板表面近傍には,流速の低い境界
層が形成される。したがって,基板に対する原料ガスの
供給は,この境界層中の拡散によって律速される。この
境界層の厚さは流速に反比例するので,流速を高くして
境界層を薄くすることによって,原料ガスが速やかに境
界層を拡散可能にする。
In order for the above self-limiting effect to appear, it is necessary to blow the source gas onto the substrate at a high speed. It is considered that this is because the raw material gas introduced into the reaction tube needs to be adsorbed to the substrate before thermal decomposition in the gas phase. That is, a boundary layer having a low flow velocity is formed near the surface of the substrate that comes into contact with the raw material gas flowing at high speed. Therefore, the supply of the source gas to the substrate is limited by the diffusion in the boundary layer. Since the thickness of this boundary layer is inversely proportional to the flow velocity, by increasing the flow velocity to thin the boundary layer, the source gas can quickly diffuse in the boundary layer.

【0008】ガリウムの原料ガスとしてトリメチルガリ
ウム(TMG)のような有機金属化合物を用いてALEによりガ
リウム砒素(GaAs)を成長させる場合を例にとると,上記
のようにして熱分解せずに基板表面に到達したTMG分子
は,基板表面に吸着し,表面層を形成する。この表面層
にはTMGが吸着し難く,また,熱分解も起こし難いこれ
が前記セルフリミティング効果の原因である。
Taking an example of growing gallium arsenide (GaAs) by ALE using an organometallic compound such as trimethylgallium (TMG) as a source gas for gallium, the substrate is not thermally decomposed as described above. The TMG molecules that reach the surface are adsorbed on the substrate surface to form a surface layer. TMG is less likely to be adsorbed on this surface layer and thermal decomposition is less likely to occur, which is the cause of the self-limiting effect.

【0009】上記の表面層は,陰イオン成分の原料ガス
である,例えばアルシン(AsH3)が導入されるとこれと反
応してGaAsの単分子層が生成する。余分のAsH3は排出さ
れてしまう。この過程を繰り返すことにより,所望の層
厚のGaAs結晶が成長する。
When the above-mentioned surface layer, for example, arsine (AsH 3 ) which is a raw material gas of an anion component is introduced, it reacts with this gas to form a monolayer of GaAs. Excess AsH 3 is discharged. By repeating this process, a GaAs crystal with a desired layer thickness grows.

【0010】上記のように,ALEを可能とする境界層の
厚さには,原料ガスの熱分解時間(所定温度に加熱され
てから熱分解を始めるまでの誘導期間)および拡散速度
とによって決まる上限がある。この厚さの境界層を実現
するために,流速を大きくするのである。
As described above, the thickness of the boundary layer that enables ALE is determined by the thermal decomposition time of the raw material gas (the induction period from the heating to a predetermined temperature until the start of thermal decomposition) and the diffusion rate. There is an upper limit. To realize a boundary layer of this thickness, the flow velocity is increased.

【0011】一方,MOVPEにおいては,気相中における
原料ガスの熱分解生成物が基板に拡散して堆積する過程
を主として利用する。したがって,MOVPEにおける流速
は,ALEにおいて要求される流速,すなわち,セルフリ
ミティング効果が現れる厚さの境界層を生じる流速,よ
りも低くなければならない。
On the other hand, MOVPE mainly utilizes a process in which a thermal decomposition product of a source gas in a gas phase is diffused and deposited on a substrate. Therefore, the flow velocity in MOVPE must be lower than the flow velocity required in ALE, that is, the flow velocity that causes the boundary layer of the thickness where the self-limiting effect appears.

【0012】本発明においては,上記のように,反応管
の内壁と基板との間を,ALEを実施する領域では狭隘に
し,一方,MOVPEを実施する領域では拡張することによ
り,それぞれの領域における流速を最適化する。上記の
狭隘化および拡張は,反応管の断面積を前記それぞれの
領域において変えることによって実現される。
In the present invention, as described above, the space between the inner wall of the reaction tube and the substrate is narrowed in the area where ALE is carried out, while expanded in the area where MOVPE is carried out. Optimize the flow rate. The narrowing and expansion described above is realized by changing the cross-sectional area of the reaction tube in each of the regions.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明を適用した横型の気相成長装置
の構成を示す模式的断面図であって,例えば透明石英か
ら成る角形の断面を有する反応管1は,その管軸がほぼ
水平になるように設置されている。反応管1は,その管
軸に垂直な断面積が小さくされた第1の領域(ALE最適化
領域)と,断面積が大きくされた第2の領域(MOVPE最適
化領域)とが設けられている。反応管1の一方の端部5
には,例えば,陽イオン成分を供給するための有機金属
化合物から成る原料ガス源としてTMGのバブラ2とトリ
メチルアルミニウム(TMA)のバブラ4,および,陰イオ
ン成分を供給するための原料ガス源としてAsH3のボンベ
3のそれぞれが,マスフローコントローラ6を介して接
続されている。反応管1は,その他方の端部に接続され
た図示しない排気装置によって真空排気可能にされてい
る。
1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a horizontal vapor phase growth apparatus to which the present invention is applied. For example, a reaction tube 1 having a rectangular cross section made of transparent quartz has a tube axis substantially It is installed horizontally. The reaction tube 1 is provided with a first area (ALE optimization area) having a small cross-sectional area perpendicular to the tube axis and a second area (MOVPE optimization area) having a large cross-sectional area. There is. One end 5 of the reaction tube 1
For example, as a source gas source composed of an organometallic compound for supplying a cation component, a bubbler 2 of TMG and a bubbler 4 of trimethylaluminum (TMA) 4, and as a source gas source for supplying an anion component. Each of the AsH 3 cylinders 3 is connected via a mass flow controller 6. The reaction tube 1 can be evacuated by an exhaust device (not shown) connected to the other end.

【0014】反応管1の内部には,例えばグラファィト
から成るサセプタ7が設置されており,この上に,例え
ばGaAs結晶から成る基板8が載置されている。サセプタ
7は,例えば反応管1の軸方向に延在する棒状の移動機
構9に接続されており,移動機構9を,手動またはモー
タによって矢印A方向に駆動することによって,前記AL
E最適化領域およびMOVPE最適化領域に移動される。な
お,反応管1の断面積およびその上部内壁面と基板8と
の間の距離は,例えば次のごとくである。
A susceptor 7 made of, for example, a graphite is installed inside the reaction tube 1, and a substrate 8 made of, for example, a GaAs crystal is placed on the susceptor 7. The susceptor 7 is connected to, for example, a rod-shaped moving mechanism 9 extending in the axial direction of the reaction tube 1.
Moved to E and MOVPE optimized regions. The cross-sectional area of the reaction tube 1 and the distance between the upper inner wall surface of the reaction tube 1 and the substrate 8 are as follows, for example.

【0015】 ALE 最適化領域 MOVPE 最適化領域 断面積(cm2) 5.0 50 距離(cm) 0.5 5.0 まず,基板8をMOVPE最適化領域に移動しておく。反応
管1の内部を真空排気したのち,ボンベ3からAsH3を導
入しながら,サセプタ7を,例えばこれに内蔵されてい
る抵抗加熱型のヒータまたは反応管1の外部に設置され
た誘導加熱コイルによって加熱し,基板8を700℃に保
持する。なお,誘導加熱コイルを用いる場合には,サセ
プタ7の移動とともに,誘導加熱コイルも移動するよう
にしてもよいことは言うまでもない。
ALE Optimization Area MOVPE Optimization Area Cross-sectional Area (cm 2 ) 5.0 50 Distance (cm) 0.5 5.0 First, the substrate 8 is moved to the MOVPE optimization area. After the inside of the reaction tube 1 was evacuated, while introducing AsH 3 from the cylinder 3, the induction heating coil and susceptor 7 was installed, for example, outside of the built-in resistance heating type heater or the reaction tube 1 to The substrate 8 is heated to 700 ° C. Needless to say, when the induction heating coil is used, the induction heating coil may be moved together with the movement of the susceptor 7.

【0016】AsH3の導入を続けながら,バブラ2から反
応管1内部にTMGを導入する。このとき,TMGおよびAsH3
の流量をそれぞれ10SCCMおよび500SCCMに設定し,また
反応管1内の全圧が20Torrとなるように排気速度を調節
する。この状態ではMOVPE最適化領域におけるTMGの流速
は前記セルフリミティング効果を生じるには到らず,こ
れらの原料ガスが気相中で熱分解して基板8表面に拡散
する。すなわち,MOVEPによる結晶成長が行われる。こ
のようにして,基板8上に厚さ約1μmのGaAs結晶を成
長させる。
While continuing the introduction of AsH 3 , TMG is introduced from the bubbler 2 into the reaction tube 1. At this time, TMG and AsH 3
Are set to 10 SCCM and 500 SCCM, respectively, and the exhaust speed is adjusted so that the total pressure in the reaction tube 1 becomes 20 Torr. In this state, the flow rate of TMG in the MOVPE optimized region does not reach the self-limiting effect, and these source gases are thermally decomposed in the gas phase and diffused to the surface of the substrate 8. That is, crystal growth by MOVEP is performed. In this way, a GaAs crystal having a thickness of about 1 μm is grown on the substrate 8.

【0017】次いで,バブラ2からのTMGの導入を停止
し,ボンベ3からのAsH3の導入を暫時続け,この間に基
板8をALE最適化領域に移動するとともに,基板8が500
℃になるようにサセプタ7の温度を調節したのち,As
の導入を停止する。
Then, the introduction of TMG from the bubbler 2 is stopped, the introduction of AsH 3 from the cylinder 3 is continued for a while, and the substrate 8 is moved to the ALE optimization region while the substrate 8 is kept at 500 times.
After adjusting the temperature of the susceptor 7 so that it becomes ℃,
Stop the introduction of H 3 .

【0018】次いで,バブラ4から反応管1内にTMAを
導入する。このときのTMAの流量を20SCCMに設定し,反
応管1内の圧力が20Torrとなるように排気速度を調節す
る。この状態では,ALE最適化領域におけるTMAの流速は
前記セルフリミティング効果を生じる値となり,基板8
表面には二原子層のAlが成長する。
Next, TMA is introduced into the reaction tube 1 from the bubbler 4. At this time, the flow rate of TMA is set to 20 SCCM, and the exhaust speed is adjusted so that the pressure in the reaction tube 1 becomes 20 Torr. In this state, the flow rate of TMA in the ALE optimization region becomes a value that produces the self-limiting effect, and the substrate 8
A diatomic layer of Al grows on the surface.

【0019】次いで,上記バブラ4からのTMAの導入を
停止するとともに,反応管1内部にボンベ3からのAsH3
を導入する。これにより,基板8表面にはAlAsの二分子
層が成長する。
Then, the introduction of TMA from the bubbler 4 is stopped, and AsH 3 from the cylinder 3 is introduced into the reaction tube 1.
To introduce. As a result, a bilayer of AlAs grows on the surface of the substrate 8.

【0020】次いで,バブラ4からのTMAの導入を停止
するとともに,バブラ2からTMGを導入する。このとき
のTMGの流量を20SCCMに設定し,反応管1内の圧力が20T
orrとなるように排気速度を調節する。この状態では,A
LE最適化領域におけるTMGの流速は前記セルフリミティ
ング効果を生じる値となり,基板8表面には一原子層の
Gaが成長する。
Next, the introduction of TMA from the bubbler 4 is stopped and the TMG is introduced from the bubbler 2. The flow rate of TMG at this time is set to 20 SCCM, and the pressure in the reaction tube 1 is 20 T
Adjust the pumping speed to be orr. In this state, A
The flow rate of TMG in the LE optimization region is a value that produces the self-limiting effect, and the surface of the substrate 8 has a thickness of one atomic layer.
Ga grows.

【0021】次いで,上記バブラ2からのTMGの導入を
停止するとともに,反応管1内部にボンベ3からAsH3
導入する。これにより,基板8表面にはGaAsの単分子層
が成長する。
Then, the introduction of TMG from the bubbler 2 is stopped, and AsH 3 is introduced from the cylinder 3 into the reaction tube 1. As a result, a GaAs monomolecular layer grows on the surface of the substrate 8.

【0022】上記ALEによるAlAsとGaAsの成長を繰り返
して行って所望の厚さの歪み超格子層を形成する。この
工程の最後のボンベ3からのAsH3の導入を続ける間に,
基板8を再びMOVPE最適化領域に移動するとともに,700
℃に保持されるようにセプタ7の温度を調節する。その
のち,反応管1内部にバブラ2からTMGを導入する。こ
れにより,基板8上に,キャップ層として厚さ100nmのG
aAs結晶を成長させる。
Growth of AlAs and GaAs by the above ALE is repeated to form a strained superlattice layer having a desired thickness. While continuing the introduction of AsH 3 from the cylinder 3 at the end of this process,
The substrate 8 is moved to the MOVPE optimization area again, and 700
The temperature of the septa 7 is adjusted so as to be maintained at 0 ° C. After that, TMG is introduced from the bubbler 2 into the reaction tube 1. As a result, a 100 nm thick G layer is formed on the substrate 8 as a cap layer.
Grow an aAs crystal.

【0023】図2は本発明を,いわゆるチムニー型の気
相成長装置,とくにパルスジェット法を実施可能な気相
成長装置に適用した場合の例を示す模式的断面図であ
る。例えば透明石英から成る円筒状の反応管11は,その
中心軸が鉛直方向を向くように設置されている。反応管
11は,その中心軸に垂直な断面が小さくされた第1の領
域(ALE最適化領域)と,断面積が大きくされた第2の領
域(MOVPE最適化領域)とが設けられている。反応管11の
一方の端部12には,前記実施例と同様に,陽イオン成分
を供給するための有機金属化合物の原料ガス源およびAL
Eにおいて用いられるその他の原料ガス源が接続されて
いる。また反応管11は,その他方の端部に接続された図
示しない排気装置によってその内部が真空排気可能にさ
れている。また,ALE最適化領域とMOVPE最適化領域との
境界付近には, 反応管11を貫通して原料ガス導入管13が
設けられている。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example in which the present invention is applied to a so-called chimney type vapor phase growth apparatus, particularly a vapor phase growth apparatus capable of carrying out the pulse jet method. For example, the cylindrical reaction tube 11 made of transparent quartz is installed so that its central axis is oriented in the vertical direction. Reaction tube
Reference numeral 11 is provided with a first region (ALE optimization region) having a small cross section perpendicular to the central axis and a second region (MOVPE optimization region) having a large cross section. Similar to the above-mentioned embodiment, one end 12 of the reaction tube 11 is provided with a source gas source of an organometallic compound for supplying a cation component and an AL.
Other source gas sources used in E are connected. The inside of the reaction tube 11 can be evacuated by an exhaust device (not shown) connected to the other end. A source gas introduction pipe 13 is provided penetrating the reaction pipe 11 near the boundary between the ALE optimization region and the MOVPE optimization region.

【0024】反応管11の内部には,例えばグラファィト
から成る円柱状のサセプタ14が,棒状の移動機構15によ
って保持されている。サセプタ14には,例えばGaAs結晶
から成る基板17が,端部12に対向するようにして固定さ
れている。サセプタ14は,移動機構15を,手動またはモ
ータによって矢印A1,A2方向に駆動することによって,
それぞれ,前記ALE最適化領域およびMOVPE最適化領域に
移動される。なお,反応管11の断面積およびその内壁面
と基板17との間の距離は,例えば次のごとくである。
Inside the reaction tube 11, a columnar susceptor 14 made of, for example, graphite is held by a rod-shaped moving mechanism 15. A substrate 17 made of, for example, GaAs crystal is fixed to the susceptor 14 so as to face the end portion 12. The susceptor 14 drives the moving mechanism 15 manually or by a motor in the directions of arrows A 1 and A 2 ,
They are moved to the ALE optimization area and the MOVPE optimization area, respectively. The cross-sectional area of the reaction tube 11 and the distance between the inner wall surface of the reaction tube 11 and the substrate 17 are as follows, for example.

【0025】 ALE 最適化領域 MOVPE 最適化領域 断面積(cm2) 50 530 距離(cm) 1 10 まず,図2(b)に示すように,基板17をMOVPE最適化領域
に移動しておく。反応管11の内部を真空排気したのち,
原料ガス導入管13の一つを通じて反応管11内部にAsH3
導入しながら,サセプタ14を,例えばこれに内蔵されて
いる抵抗加熱型のヒータまたは反応管11の外部に設置さ
れた誘導加熱コイルによって加熱し,基板17を700℃に
保持する。なお,誘導加熱コイルを用いる場合には,サ
セプタ14の移動とともに,誘導加熱コイルも移動するよ
うにしてもよいことは言うまでもない。
ALE optimization area MOVPE optimization area Cross-sectional area (cm 2 ) 50 530 Distance (cm) 1 10 First, as shown in FIG. 2B, the substrate 17 is moved to the MOVPE optimization area. After evacuating the inside of the reaction tube 11,
While introducing AsH 3 into the reaction tube 11 through one of the raw material gas introduction tubes 13, a susceptor 14 is installed, for example, a resistance heating type heater built in the susceptor 14 or an induction heating coil installed outside the reaction tube 11. The substrate 17 is maintained at 700 ° C. by heating. Needless to say, when the induction heating coil is used, the induction heating coil may be moved together with the movement of the susceptor 14.

【0026】AsH3の導入を続けながら,別の原料ガス導
入管13を通じて反応管11内部にTMGを導入する。このと
きにTMGおよびAsH3の流量をそれぞれ20SCCMおよび500SC
CMに設定し,また反応管11内の全圧が10Torrとなるよう
に排気速度を調節する。この状態では,MOVPE最適化領
域におけるTMGの流速は前記セルフリミティング効果を
生じるには到らず,これら原料ガスが気相中で熱分解し
て基板17表面に拡散する。すなわち,MOVEPによる結晶
成長が行われる。このようにして,基板17上に厚さ500n
mのGaAs結晶を成長させる。
While continuing to introduce AsH 3 , TMG is introduced into the reaction tube 11 through another source gas introduction tube 13. At this time, the flow rates of TMG and AsH 3 are 20 SCCM and 500 SC, respectively.
Set to CM and adjust the exhaust speed so that the total pressure in the reaction tube 11 is 10 Torr. In this state, the flow rate of TMG in the MOVPE optimized region does not reach the self-limiting effect, and these source gases are thermally decomposed in the gas phase and diffused to the surface of the substrate 17. That is, crystal growth by MOVEP is performed. In this way, the thickness of 500n on the substrate 17
Grow a m GaAs crystal.

【0027】次いで,原料ガス導入管13からのTMGの導
入を停止し,AsH3の導入を暫時続け,この間に,図2
(a)に示すように,基板17をALE最適化領域に移動すると
ともに,基板17が500℃になるようにサセプタ14の温度
を調節したのち,原料ガス導入管13からのAsH3の導入を
停止する。
Then, the introduction of TMG from the raw material gas introduction pipe 13 is stopped, and the introduction of AsH 3 is continued for a while.
As shown in (a), the substrate 17 is moved to the ALE optimization region, and the temperature of the susceptor 14 is adjusted so that the substrate 17 reaches 500 ° C., and then AsH 3 is introduced from the source gas introduction pipe 13. Stop.

【0028】次いで,端部12から反応管1内にTMAを導
入する。このときのTMAの流量を20SCCMに設定し,反応
管11内の圧力が10Torrとなるように排気速度を調節す
る。この状態では,基板17表面にTMA分子が未分解の状
態で衝突する。すなわち,このときのTMAの流速は前記
セルフリミティング効果を生じる値となり,基板17表面
には二原子層のAlが成長する。
Next, TMA is introduced into the reaction tube 1 from the end 12. At this time, the flow rate of TMA is set to 20 SCCM, and the exhaust speed is adjusted so that the pressure in the reaction tube 11 becomes 10 Torr. In this state, TMA molecules collide with the surface of the substrate 17 in an undecomposed state. That is, the flow velocity of TMA at this time has a value that produces the self-limiting effect, and diatomic layer Al grows on the surface of the substrate 17.

【0029】次いで,端部12からのTMAの導入を停止す
るとともに,端部12を通じて反応管11内部にAsH3を導入
する。これにより,基板17表面には二分子層のAlAsが成
長する。
Then, the introduction of TMA from the end 12 is stopped and AsH 3 is introduced into the reaction tube 11 through the end 12. As a result, bilayer AlAs grows on the surface of the substrate 17.

【0030】次いで,AsH3のの導入を停止するととも
に,端部12からTMGを導入する。このときのTMGの流量を
20SCCMに設定し,反応管1内の圧力が10Torrとなるよう
に排気速度を調節する。この状態では,ALE最適化領域
におけるTMAの流速は前記セルフリミティング効果を生
じる値となり,基板8表面には単原子層のGaが成長す
る。
Then, the introduction of AsH 3 is stopped and TMG is introduced from the end 12. The flow rate of TMG at this time
Set it to 20 SCCM and adjust the pumping speed so that the pressure in the reaction tube 1 becomes 10 Torr. In this state, the flow rate of TMA in the ALE optimization region has a value that produces the self-limiting effect, and Ga of a monoatomic layer grows on the surface of the substrate 8.

【0031】次いで,TMGの導入を停止し,端部12から
反応管1内部にAsH3を導入する。これにより,基板17表
面には単分子層のGaAsが成長する。上記ALEによるAlAs
とGaAsの成長を繰り返して行って所望の厚さの歪み超格
子層を形成する。そののち,図2(b)に示すように,基
板17を再びMOVPE最適化領域に移動するとともに,700℃
に保持されるようにセプタ14の温度を調節する。そし
て,端部12からのAsH3の導入を停止するとともに,原料
ガス導入管13から反応管11内部にTMGおよびAsH3を導入
する。これにより,基板17上に,キャップ層として厚さ
100nmのGaAs結晶を成長させる。
Then, the introduction of TMG is stopped, and AsH 3 is introduced into the reaction tube 1 from the end 12. As a result, a monomolecular layer of GaAs grows on the surface of the substrate 17. AlAs by ALE above
And GaAs are repeatedly grown to form a strained superlattice layer having a desired thickness. After that, as shown in FIG. 2 (b), the substrate 17 is moved to the MOVPE optimization region again, and at 700 ° C.
The temperature of the septa 14 is adjusted so that it is held at. Then, the introduction of AsH 3 from the end 12 is stopped, and TMG and AsH 3 are introduced from the source gas introduction pipe 13 into the reaction pipe 11. As a result, the thickness of the cap layer is formed on the substrate 17.
Grow a 100 nm GaAs crystal.

【0032】上記実施例においては,GaAsから成る基板
上にGaAs結晶およびGaAsとAlAsから成る歪み超格子を形
成する場合を示したが,その他の基板上に,上記以外の
化合物半導体を成長させる場合,これらに所定の導電型
を付与するための不純物元素を含有する原料ガスを導入
する場合にも本発明が適用可能であることは言うまでも
ない。また,現在のところ,ALEと併用するVPEは,共通
の原料ガスを利用可能であるとの理由から,有機金属化
合物から成る原料ガスを用いるMOVPEが有利であるが,
本発明の原理から見れば,有機金属化合物以外の原料ガ
スを用いる気相成長法(VPEまたはCVD)をALEと併用して
もしても差支えないことは明らかである。
In the above embodiment, the case where a GaAs crystal and a strained superlattice composed of GaAs and AlAs are formed on a substrate made of GaAs has been described. However, when a compound semiconductor other than the above is grown on another substrate. Needless to say, the present invention can be applied to the case where a source gas containing an impurity element for imparting a predetermined conductivity type is introduced into them. Further, at present, VPE used in combination with ALE is advantageous in MOVPE using a raw material gas composed of an organometallic compound, because a common raw material gas can be used.
From the principle of the present invention, it is clear that the vapor phase growth method (VPE or CVD) using a source gas other than the organometallic compound may be used in combination with ALE.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば,基板を大気中に取り出
す必要も,また,室温に冷却する必要もなしにALEとVPE
を交互に実施可能となり,原子層オーダの制御を必要と
する厚さの化合物半導体結晶を利用した電子装置の性能
向上および信頼性ならびに製造歩留まりの向上に寄与す
る効果がある。
According to the present invention, the ALE and VPE are not required to be taken out of the substrate into the atmosphere or cooled to room temperature.
Can be alternately carried out, and there is an effect that it contributes to improvement in performance and reliability of an electronic device using a compound semiconductor crystal having a thickness that requires control of atomic layer order, and improvement in manufacturing yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例説明図FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施例説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1, 11 反応管 2, 4 バブラ 3 ボンベ 5, 12 端部 6 マスフローコントローラ 7, 14 サセプタ 8, 17 基板 9, 15 移動機構 13 原料ガス導入管 1, 11 Reaction tube 2, 4 Bubbler 3 Cylinder 5, 12 End 6 Mass flow controller 7, 14 Susceptor 8, 17 Substrate 9, 15 Transfer mechanism 13 Raw material gas introduction pipe

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも陽イオン成分を含有する原料
ガスが有機金属から成り陰イオン成分を含有する原料ガ
スと該有機金属原料ガスとを反応管中に導入して該反応
管中に設置された基板上に該陽イオン成分と陰イオン成
分から成る化合物の単結晶層を成長させる気相成長装置
であって,その内壁と前記基板との間が狭隘にされてい
る第1の領域とその内壁と該基板との間が拡張されてい
る第2の領域とを有する前記反応管と,前記反応管の内
部において前記基板を前記第1の領域と第2の領域との
間に移動させる手段と,前記第1および第2の領域のそ
れぞれにおいて該基板を所定温度に加熱するための手段
とを備えたことを特徴とする気相成長装置。
1. A raw material gas containing at least a cation component is made of an organic metal, and a raw material gas containing an anionic component and the organometallic raw material gas are introduced into a reaction tube and installed in the reaction tube. A vapor phase growth apparatus for growing a single crystal layer of a compound comprising a cation component and an anion component on a substrate, the first region having a narrow space between the inner wall and the substrate and the inner wall A reaction tube having a second region extending between the substrate and the substrate, and means for moving the substrate between the first region and the second region inside the reaction tube. , A means for heating the substrate to a predetermined temperature in each of the first and second regions.
【請求項2】 前記第1の領域における前記有機金属ガ
スの流速は,該有機金属ガス分子がその分解に要する時
間内に拡散によって通過可能な厚さの境界層を前記基板
表面近傍に生じる流速であり且つ前記第2の領域におけ
る前記有機金属ガスの流速が前記流速以下であることを
特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
2. The flow velocity of the organometallic gas in the first region is such that a boundary layer having a thickness that allows passage of the organometallic gas molecules by diffusion within the time required for its decomposition is generated near the substrate surface. And the flow velocity of the organic metal gas in the second region is equal to or less than the flow velocity.
【請求項3】 前記基板を加熱するための手段は該基板
の移動に並行して移動可能なヒータであることを特徴と
する請求項1記載の気相成長装置。
3. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the means for heating the substrate is a heater movable in parallel with the movement of the substrate.
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