JPH0574712A - 有機金属気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有機金属気相成長装置の排気管、排気口、お
よび反応管の内壁の洗浄の際に安全面で問題を生じるこ
とのない有機金属気相成長装置を提供する。 【構成】 気相成長ガスを供給するガス導入口４と、気
相成長ガスの熱分解反応により半導体基板９上に半導体
薄膜を成長させる反応管５と、反応管５内に半導体基板
９を搬入するための基板搬入口１０と、反応済ガスを排
出するための排気口２とを備えた反応炉１を有する有機
金属気相成長装置において、反応管５内に熱分解反応に
より生じた有害物質を除去するためのフィルター７が設
けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相成長ガスの熱分解
反応により半導体基板上に半導体薄膜を成長させる有機
金属気相成長装置に関するものである。

【従来技術】

【０００２】半導体レーザ素子、又は、電界効果トラン
ジスタ等の作製に用いるＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡ
ｓ、およびＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体薄膜を成長
する手段として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
がよく知られている。この方法は、原料ガスとキャリア
ガスとを混合した気相成長ガスを半導体基板周辺で熱分
解反応させ、これより生じた反応生成物を半導体基板上
に薄膜として成長させるものである。

【０００３】一方、この方法に使用される有機金属気相
成長装置としては、先に図８に示す構造のものが提案さ
れている。即ち、図８は有機金属気相成長装置の一部で
ある反応炉５７を示した平面図で、この反応炉５７は、
気相成長ガスの熱分解反応により半導体基板５８上に半
導体薄膜を成長させる反応管５９と、その左側に気相成
長ガスを供給するためのガス導入口６０、右側に反応済
ガスを排出するための排気口６１とが設けられた排気管
６２とを備えており、排気管６２と反応管５９とはオー
リング６８でシールされている。

【０００４】反応管５９の中央部には半導体基板５８を
反応管５９内に搬入するための基板搬入口６３（点線で
示している。以下同じ。）が形成されており、半導体基
板５８はサセプタ６４に載置された状態で反応管５９内
に搬入される。サセプタ６４は支持棒６５により支持さ
れており、支持棒６５を上下させることでサセプタ６４
の位置を変化させ、これより半導体基板５８を反応管５
９内の最適な位置（図示した位置）に配置する。また、
サセプタ６４の位置する反応管５９の外周には水冷ジャ
ケット６６と、高周波誘導で半導体基板５８を加熱する
ためのＲＦコイル６７とが設けられている。尚、反応炉
５７以外のその他の構成は、公知の有機金属気相成長装
置と同一である。

【０００５】以下、図８の有機金属気相成長装置の反応
炉５７を用いて半導体基板５８上に半導体薄膜を成長さ
せる方法を説明する。

【０００６】先ず、ゲートバルブ６９を点線７０に示す
ように閉じた状態で、前室７１内を窒素ガス（Ｎ₂ ）で
置換（パージ）し、しかる後、前室７１に設けられた図
示しない基板取り出し口より半導体基板５８を挿入し、
点線７２で示すようにサセプタ６４上に半導体基板５８
を装置する。半導体基板５８の装置後は前記基板取り出
し口を閉じ、水素ガス（Ｈ₂ ）を前室７１内に導入して
前室７１内を水素ガスに置換（パージ）する。

【０００７】パージ終了後ゲートバルブ６９を開け、支
持棒６５を上方に移動させることにより、基板搬入口６
３からサセプタ６４を実線で示す反応管５９の所定の位
置まで挿入し、半導体基板５８を反応管５９内の最適な
位置（図示した位置）に配置する。

【０００８】この状態で今度は、ガス導入口６０から水
素ガスを反応管５９内に導入して、反応管５９内を水素
ガスに置換（パージ）した後、同じくガス導入口６０か
ら五族ガスを導入しながらＲＦコイル６７等の高周波誘
導加熱手段で半導体基板５８を約６００〜７００℃に加
熱する。尚、この時に導入する五族ガスは半導体基板５
８の種類によって異なるが、例えば、ＧａＡｓ基板の場
合はアルシン（ＡｓＨ₃ ）を使用し、ＩｎＰ基板の場合
はホスフィン（ＰＨ₃ ）を用いる。

【０００９】さらに、半導体基板５８が所定の温度に達
したら、ガス導入口６０よりキャリアガス（水素ガス）
と原料ガスとを混合した気相成長ガスを反応管５９内に
導入して半導体基板５８上に半導体薄膜を成長する。半
導体基板５８の近傍に到達した気相成長ガスは熱分解反
応により半導体基板５８上に半導体薄膜として成長し、
反応後のガスは排気口６１を通して外部に放出される。
ここで使用する原料ガスは成長させる半導体薄膜によっ
て異なるが、例えばＧａＡｓを成長させる場合には、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（ＡｓＨ₃ ）
を使用し、ＩｎＰを成長する場合はトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）とホスフィン（ＰＨ₃ ）が通常使用され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】気相成長ガスの熱分解
反応により生じた反応生成物の一部は、排気管６２、排
気口６１、および反応管５９の内壁に付着する。さら
に、反応管５９の内壁に反応生成物が付着しこれがひど
くなると、内壁に付着した反応生成物が剥離してこれが
半導体基板５８上に落下してしまい、半導体基板５８の
表面欠陥の原因ともなる。従って、半導体薄膜の成長を
２０〜３０回程度繰り返した後、排気管６２を反応管５
９から取り外し、排気管６２、排気口６１、および反応
管５９の内壁を洗浄している。

【００１１】しかしながら、原料ガスにホスフィン（Ｐ
Ｈ₃ ）を使用した場合には、反応生成物の主成分である
発火性のリン（Ｐ）が排気管６２、排気口６１、および
反応管５９の内壁に付着しているので、排気管６２を反
応管５９から取り外した際に排気管６２、および反応管
５９が大気に晒されるとこのリン（Ｐ）が発火する恐れ
があり、安全面で問題が生じていた。また、この状態の
反応管５９内でリン（Ｐ）を発火させてしまうと、有機
金属気相成長装置自体に大きな損傷を与える結果とな
り、その後の修復に手間を要してしまう。

【００１２】

【発明の目的】本発明は前記問題点に鑑みなされたもの
でその目的とするところは、装置自体のメンテナンスの
際、具体的には、排気管、排気口、および反応管の内壁
の洗浄の際に安全面で問題を生じることのない有機金属
気相成長装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、気相成長ガスを供給するガス導入口
と、気相成長ガスの熱分解反応により基板上に半導体薄
膜を成長させる反応管と、該反応管内に基板を搬入する
ための基板搬入口と、反応済ガスを排出するための排気
口とを備えた反応炉を有する有機金属気相成長装置にお
いて、前記反応管内に前記熱分解反応により生じた有害
物質を除去するためのフィルターが設けられていること
を特徴とする。また、前記ガス導入口と、前記基板搬入
口と、前記反応管の排気部とをそれぞれ独立に閉塞でき
る手段が設けられていることも特徴としている。

【００１４】

【作用】反応生成物の有害物質を除去するためのフィル
ターが反応管内に設けられているので、反応管の後段に
設けられた排気管の内壁に反応生成物（発火性のリン）
が付着しなくなり、排気管、および排気管に設けられた
排気口の洗浄の際にそれぞれが大気に晒されても安全面
で問題が生じない。また、ガス導入口、基板搬入口、お
よび反応管の排気部とをそれぞれ独立に閉塞できる手段
を備えているので、反応管内の洗浄の際にはこれらの閉
塞手段で反応管を完全に密閉したまま反応管のみを防火
可能な設備のもとに移し、そこでこれらの閉塞手段を外
して安全な環境のもとで反応管内の洗浄を行うことが可
能となり、その結果、有害物質が飛散することもなくな
り安全面で問題を生じなくなる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図を用いて詳細に説明す
る。

【００１６】先ず、請求項１記載の有機金属気相成長装
置の一実施例を図１を用いて説明する。即ち、本発明の
有機金属気相成長装置の特徴は、反応管５内にフィルタ
ー７が設けられていることである。

【００１７】図１は有機金属気相成長装置の反応炉１を
示している。本実施例はこの反応炉１が横型に設置され
た構造のもので、反応炉１は反応管５と排気管３とガス
導入口４から構成されている。反応管５の右側に排気口
２を備えた排気管３、左側に気相成長ガスを供給するた
めのガス導入口４が設けられており、排気管３と反応管
５とはオーリング６でシールされている。反応管５内の
端部には、例えばガラスウール、又は、ガラス粉体の焼
結体から成るフィルター７が設けられ、さらにフィルタ
ー７に隣接する位置には、例えば石英ガラスから成るバ
ッフル８が設けられている。これは反応生成物をある程
度このバッフル８に付着させて、フィルタ７の目詰まり
を防止するためである。

【００１８】反応管５の中央部には半導体基板９を反応
管５内に搬入するための基板搬入口１０（点線で示して
いる。以下同じ。）が形成されており、半導体基板９は
サセプタ１１に載置された状態で反応管５内に搬入され
る。サセプタ１１は支持棒１２により支持されており、
支持棒１２を上下させることでサセプタ１１の位置を変
化させ、これより半導体基板９を反応管５内の最適な位
置（図示した位置）に配置する。また、サセプタ１１の
位置する反応管５の外周には、水冷ジャケット１３と、
高周波誘導によって半導体基板９を加熱するためのＲＦ
コイル１４とが設けられている。尚、反応炉１以外のそ
の他の構成は公知の有機金属気相成長装置と同じであ
る。

【００１９】次に、本発明の他の実施例を図２を用いて
説明する。

【００２０】本実施例は縦型の反応炉１５を有する有機
金属気相成長装置に本発明を適用したもので、反応炉１
５は排気口１７が設けられた排気管１８とガス導入口１
９とから構成されている。反応管１６の上部には気相成
長ガスを供給するためのガス導入口１９が設けられ、横
に突出した反応管１６の一部には排気口１７が設けられ
た排気管１８が接続されている。反応管１６と排気管１
８との接続はオーリング２０により気密が保たれた状態
でなされている。突出した反応管１６内には、例えばガ
ラスウール、又は、ガラス粉体の焼結体より成るフィル
ター２１が設けられ、さらにフィルター２１に隣接する
位置には、例えば石英ガラスより成るバッフル２２が設
けられている。

【００２１】反応管１６の下方には半導体基板２３を反
応管１６内に搬入するための基板搬入口２４（点線で示
している。以下同じ。）が形成されており、半導体基板
２３はサセプタ２５に載置された状態で反応管１６内に
搬入される。サセプタ２５は支持棒２６により支持され
ており、支持棒２６を上下させることでサセプタ２５の
位置を変化させ、これより半導体基板２３を反応管１６
の最適な位置（図示した位置）に配置する。また、サセ
プタ２５の位置する反応管１６の外周には、水冷ジャケ
ット２７と、高周波誘導によって半導体基板２３を加熱
するためのＲＦコイル２８とが設けられている。尚、反
応炉１５以外のその他の構成は公知の有機金属気相成長
装置と同一である。

【００２２】本実施例の有機金属気相成長装置によれ
ば、反応管５，１６内に反応生成物の有害物質を除去す
るためのフィルター７，２１が設けられているので、反
応管５，１６の後段に設けられた排気管３，１８内に反
応生成物（発火性のリン）が付着しなくなり、排気管
３，１８、および排気口２，１７の洗浄の際にそれぞれ
が大気に晒されても安全面で問題が生じない。

【００２３】次に、請求項２記載の有機金属気相成長装
置の一実施例を図３を用いて説明する。即ち、本発明の
有機金属気相成長装置の特徴は、ガス導入口４、基板搬
入口１０、および反応管５の排気部２９（点線で示して
いる。以下同じ。）を独立に閉塞できる手段を備えてい
ることである。尚、本実施例は図１に示した有機金属気
相成長装置の反応炉１をもとにして説明するので、共通
する箇所は同符号を用いている。

【００２４】即ち、排気管３内には反応管５の排気部２
９の閉塞手段３０が設けられている。閉塞手段３０は進
退棒３１と、進退棒３１の先端に取り付けられ、且つ脱
着可能な、例えばテフロン製の円板３２とから構成され
ている。進退棒３１と排気管３とは軸シールにより気密
性が保たれ、円板３２の側面にはオーリング３３が設け
られている。進退棒３１を排気管３に沿って移動させる
ことにより円板３２を反応管５内に挿入し、これより反
応管５の排気部２９を閉塞する。具体的には、円板３２
のオーリング３３を反応管５の内壁３４に密着させて気
密性を保持し、閉塞した後の円板３２を進退棒３１から
外す。

【００２５】基板搬入口１０（点線で示している。以下
同じ。）の閉塞手段３５は図４に示すように、前述した
進退棒３１の代わりに支持棒１２が用いられ、サセプタ
１１の箇所にオーリング３６が設けられた円板３７が取
り付けられたものである。この場合、閉塞の方法は閉塞
手段３０と同じであり、また、ゲートバルブ３８で閉じ
られた前室３９内でサセプタ１１と円板３７とは交換さ
れる。

【００２６】ガス導入口４の閉塞手段４０は図５に示す
ように、コネクタ４１とバルブ４２，４３、および切り
離しが自由な継手４４とから構成されており、コネクタ
４１とガス導入口４とはオーリング４５によりシールさ
れている。バルブ４３を閉鎖して継手４４を切り離すこ
とでガス導入口４の閉塞が達成される。

【００２７】本発明の他の実施例を図６を用いて説明す
る。尚、本実施例は図２に示した有機金属気相成長装置
の反応炉１５をもとにして説明するので、共通する箇所
は同符号を用いている。

【００２８】排気管１８内には反応管１６の排気部４６
（点線で示している。以下同じ。）の閉塞手段４７が設
けられている。閉塞手段４７は進退棒４８と、進退棒４
８の先端に取り付けられ、且つ脱着可能な、例えばテフ
ロン製の円板４９とから構成されており、進退棒４８と
排気管１８とは軸シールにより気密が保たれ、円板４９
の側面にはオーリング５０が取り付けられている。進退
棒４８を反応管１８に沿って移動させることにより、円
板４９を反応管１６内に挿入し、これより反応管１６の
排気部４６を閉塞する。具体的には、円板４９に設けら
れたオーリング５０を反応管１６の内壁５１に密着させ
て気密性を保持し、閉塞した後の円板４９を進退棒４８
から外す。

【００２９】基板搬入口２４の閉塞手段５２は図７に示
すように、前述した進退棒４８の代わりに支持棒２６が
用いられ、サセプタ２５の箇所にオーリング５３が設け
られた円板５４が取り付けられたものである。この場
合、閉塞の方法は閉塞手段４７と同一であり、ゲートバ
ルブ５５で閉じられた前室５６内でサセプタ２５と円板
５４とは交換される。また、ガス導入口１９の閉塞手段
は、図５に示した構成のものと同一である。

【００３０】本実施例の有機金属気相成長装置によれ
ば、ガス導入口４，１９、基板搬入口１０，２４、およ
び反応管５，１６の排気部２９，４６をそれぞれ独立に
閉塞できる手段を備えているので、反応管５，１６内の
洗浄の際にはこれらの閉塞手段で反応管５，１６を完全
に密閉したまま反応管５，１６のみを防火可能な設備の
もとに移し、そこでこれらの閉塞手段を外して安全な環
境のもとで反応管５，１６内の洗浄を行うことが可能と
なる。また、本実施例のように反応管５，１６内にフィ
ルター７，２１が設けられている場合には、同時にフィ
ルター７，２１を交換することもできる。従って、有害
物質が飛散することもなくより安全面で問題を生じるこ
とがない。

【００３１】尚、本実施例では、反応管５，１６内に請
求項１記載の発明であるフィルター７，２１を設けた場
合を示したが、フィルター７，２１が設けられていない
場合でも請求項２記載の発明の主旨を逸脱するものでは
なく、単に実施例の構成上付加しただけである。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、反応管
内に反応生成物の有害物質を除去するためのフィルター
が設けられているので、反応管の後段に設けられた排気
管内に反応生成物（発火性のリン）が付着しなくなり、
排気管、および排気口の洗浄の際にそれぞれが大気に晒
されても安全面で問題が生じない。また、請求項２記載
の本発明によれば、ガス導入口、基板搬入口、および反
応管の排気部をそれぞれ独立に閉塞できる手段を備えて
いるので、反応管内の洗浄の際にはこれらの閉塞手段で
反応管を完全に密閉したまま反応管のみを防火可能な設
備のもとに移し、そこでこれらの閉塞手段を外し、そし
て安全な環境のもとで反応管内の洗浄を行うことが可能
となる。従って、有害物質が飛散することもなく安全面
で問題を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【図３】本発明の一実施例を示す平面図である。

【図４】図３の要部拡大図である。

【図５】図３の要部拡大図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【図７】図６の要部拡大図である。

【図８】従来例を示す平面図である。

【符号の説明】 １ 反応炉 ２ 排気口 ３ 排気管 ４ ガス導入口 ５ 反応管 ６ オーリング ７ フィルター ８ バッフル ９ 半導体基板 １０ 基板搬入口 １１ サセプタ １２ 支持棒 １３ 水冷ジャケット １４ ＲＦコイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相成長ガスを供給するガス導入口と、
   気相成長ガスの熱分解反応により基板上に半導体薄膜を
   成長させる反応管と、該反応管内に基板を搬入するため
   の基板搬入口と、反応済ガスを排出するための排気口と
   を備えた反応炉を有する有機金属気相成長装置におい
   て、前記反応管内に前記熱分解反応により生じた有害物
   質を除去するためのフィルターが設けられていることを
   特徴とする有機金属気相成長装置。
2. 【請求項２】 気相成長ガスを供給するガス導入口と、
   気相成長ガスの熱分解反応により基板上に半導体薄膜を
   成長させる反応管と、該反応管内に基板を搬入するため
   の基板搬入口と、反応済ガスを排出するための排気口と
   を備えた反応炉を有する有機金属気相成長装置におい
   て、前記ガス導入口と、前記基板搬入口と、前記反応管
   の排気部とを閉塞する手段が設けられていることを特徴
   とする有機金属気相成長装置。