JPH0687459B2 - Vapor phase growth equipment - Google Patents

Vapor phase growth equipment

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JPH0687459B2
JPH0687459B2 JP5996587A JP5996587A JPH0687459B2 JP H0687459 B2 JPH0687459 B2 JP H0687459B2 JP 5996587 A JP5996587 A JP 5996587A JP 5996587 A JP5996587 A JP 5996587A JP H0687459 B2 JPH0687459 B2 JP H0687459B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はIII−V族化合物半導体、例えばガリウム砒素
(GaAs)の気相成長に用いて好適な気相成長装置に関す
るものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vapor phase growth apparatus suitable for vapor phase growth of III-V group compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、GaAsを用いたマイクロ波デバイス、特にGaAsFET
の需要が急増している。GaAsFETは半絶縁性GaAs基板上
に成長させたエピタキシャル層に形成されるが、このエ
ピタキシャル層を成長させるにはGa/AsCl3/H2系による
気相成長方法が一般に用いられている。
In recent years, microwave devices using GaAs, especially GaAs FET
Demand is rapidly increasing. The GaAs FET is formed in an epitaxial layer grown on a semi-insulating GaAs substrate, and a vapor phase growth method using a Ga / AsCl 3 / H 2 system is generally used to grow this epitaxial layer.

第4図にGa/AsCl3/H2系気相成長に用いる成長装置を示
す。図において1は反応管、2は成長炉、3はGaソー
ス、4はソースボート、5は基板、6は基板ボルダ、7
は原料ガス供給部、8はエッチングガス供給部である。
Figure 4 shows the growth system used for Ga / AsCl 3 / H 2 system vapor phase growth. In the figure, 1 is a reaction tube, 2 is a growth furnace, 3 is a Ga source, 4 is a source boat, 5 is a substrate, 6 is a substrate boulder, 7
Is a source gas supply unit, and 8 is an etching gas supply unit.

また、第5図には、第4図に示す成長装置内の温度分布
を示しており、S4はGaソース領域の温度分布、S5は成長
領域の温度分布である。
Further, FIG. 5 shows the temperature distribution in the growth apparatus shown in FIG. 4, S4 is the temperature distribution in the Ga source region, and S5 is the temperature distribution in the growth region.

この成長装置を用いたエピタキシャル成長は、反応管1
内の温度領域S4に置かれたGaソース3を原料ガス供給部
7から供給されるAsを含むガス状原料と反応せしめ、生
じた反応生成ガスを低温領域S5にて反応させ、基板5上
にGaAsをエピタキシャル成長させるものである。
Epitaxial growth using this growth apparatus is not recommended for reaction tube 1
The Ga source 3 placed in the internal temperature region S4 is made to react with the gaseous raw material containing As supplied from the raw material gas supply unit 7, and the generated reaction product gas is made to react in the low temperature region S5, so that it is placed on the substrate 5. It is for epitaxial growth of GaAs.

ところで、この種のエピタキシャル成長においては、Ga
ソースとAsとの反応が再現性良く安定している事がエピ
タキシャル成長層の品質を高める上で不可欠である。ま
た、Gaソース反応の安定化の重要な要素として、Gaソー
ス中にAsを溶解させ、過飽和状態で生じるGaAsクラスト
とよばれる薄い固相皮膜が、成長時にソース表面全体に
一様に存在していることが必要である。
By the way, in this type of epitaxial growth, Ga
Reproducible and stable reaction between the source and As is essential for improving the quality of the epitaxial growth layer. In addition, as an important factor for stabilizing the Ga source reaction, a thin solid-state film called GaAs crust, which is generated in the supersaturated state by dissolving As in the Ga source, is uniformly present on the entire source surface during growth. Need to be present.

このため、従来では上記したエピタキシャル成長に先だ
ち、Gaソース3を約865℃一定の高温領域に置き、Asを
含むガス状原料をGaソース中へ流してGa中のAs過飽和で
生じるGaAsクラストをソース表面全体に渡って一様に形
成している。
Therefore, in the prior art, prior to the above-mentioned epitaxial growth, the Ga source 3 was placed in a high temperature region at a constant temperature of about 865 ° C., and a gaseous raw material containing As was flown into the Ga source to cause the GaAs crust generated in As supersaturation in Ga to occur on the source surface. It is formed uniformly over the whole.

また、この際に、Asを含むガス状原料の分解によって生
じるHClとGaソースのGaとが反応し、GaClという形で基
板5上に移動され、ここでAsと反応してGaAsが基板上に
エピタキシャル成長してしまうことがある。このため、
GaAsクラストをソース表面全体に渡って一様に形成した
後に、この成長相をエッチングガスによりタスエッチン
グし、その後引き続きこのGaソースを用いて、所望のエ
ピタキシャル層を成長させる工程が必要とされている。
Further, at this time, HCl generated by the decomposition of the gaseous raw material containing As reacts with Ga of the Ga source, and is moved onto the substrate 5 in the form of GaCl, where it reacts with As and GaAs is deposited on the substrate. It may grow epitaxially. For this reason,
It is necessary to form a GaAs crust uniformly over the entire surface of the source, then perform a task of etching this growth phase with an etching gas, and then use this Ga source to grow a desired epitaxial layer. .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、Gaソースを約865℃の温度領域に保って
成長を行うと、GaAsソースでは、Gaクラストの消費に対
してクラストを形成するためのAsの供給が追いつかず、
Gaソース表面にクラストの消失した部分が現れてしま
う。このためソース反応がGaソース全体に一様でなくな
り、これが原因して基板に成長されるエピタキシャル層
表面にヒロックやピットが多発し、品質の低下を招くと
いう問題が生じている。
However, when the Ga source is grown in a temperature range of about 865 ° C., the GaAs source cannot supply As to form the crust with respect to consumption of the Ga crust,
The crust disappeared part appears on the Ga source surface. For this reason, the source reaction becomes non-uniform over the entire Ga source, and this causes a problem that hillocks and pits frequently occur on the surface of the epitaxial layer grown on the substrate, resulting in deterioration of quality.

このような欠陥のあるエピタキシャル層を用いてFETを
製造すると、パターンぼけによる製造歩留りの低下や、
マスクを傷つけるという不具合、更にはデバイス動作時
に欠陥への電界集中が起きて、特性の劣化が生じること
になる。
When FETs are manufactured using such defective epitaxial layers, the manufacturing yield decreases due to pattern blurring,
The defect of damaging the mask, and further, the concentration of the electric field on the defect during the operation of the device will cause the deterioration of the characteristics.

本発明の目的は成長したエピタキシャル層に結晶欠陥が
少なく、表面にヒロックやピットの少ない良好なエピタ
キシャル層を形成することができる気相成長装置を提供
することになる。
An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of forming a good epitaxial layer with few crystal defects in the grown epitaxial layer and few hillocks or pits on the surface.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の気相成長装置は、Gaソースの表面に形成したGa
Asクラストを利用して基板上にエピタキシャル成長を行
う気相成長装置において、Gaソースを、エピタキシャル
成長時と成長開始前とで反応管内の異なった領域に移動
可能に構成するとともに、このエピタキシャル成長開始
前におけるGaソース領域の温度を、エピタキシャル成長
時におけるGaソース領域の温度よりも高温に設定した構
成としている。
The vapor phase growth apparatus of the present invention uses Ga formed on the surface of a Ga source.
In a vapor phase epitaxy apparatus that performs epitaxial growth on a substrate using As crust, the Ga source is configured to be movable to different regions in the reaction tube during the epitaxial growth and before the growth is started, and the Ga source before the epitaxial growth is started. The temperature of the source region is set to be higher than the temperature of the Ga source region during epitaxial growth.

ここでは、前者の領域温度を後者の領域温度よりも10℃
高く設定している。
Here, the former region temperature is 10 ° C higher than the latter region temperature.
It is set high.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の概略断面図であり、従来構
造と同一部分には同一符号を附している。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the present invention, in which the same parts as those in the conventional structure are designated by the same reference numerals.

図において、反応管1は成長炉2内に内挿配置され、内
部が加熱されるように構成している。この反応管1内に
は、Gaソース3を入れたソースボード4が位置移動可能
に載置されている。また、反応管1には、エピタキシャ
ル成長を行う基板5を基板ボルダ6により載置してい
る。更に、反応管1には、原料ガス供給部7と、エッチ
ングガス供給部8を配設している。
In the figure, the reaction tube 1 is arranged inside the growth furnace 2 so that the inside thereof is heated. In the reaction tube 1, a source board 4 containing a Ga source 3 is mounted so that its position can be moved. A substrate 5 for epitaxial growth is mounted on the reaction tube 1 by a substrate boulder 6. Further, a raw material gas supply unit 7 and an etching gas supply unit 8 are arranged in the reaction tube 1.

第2図は前記した反応管1内の温度分布を示しており、
前記成長炉2における管軸方向の温度制御により、図示
のように、最も高温(875℃)の成長長開始前ソースボ
ート領域S1と、これよりも若干低い温度(865℃)の成
長時ソースボード領域S2と、更に低温(750℃)の調整
領域S3の各領域を構成している。
FIG. 2 shows the temperature distribution in the reaction tube 1 described above,
By controlling the temperature in the tube axis direction in the growth furnace 2, as shown in the figure, the source boat region S1 at the highest temperature (875 ° C.) before the start of growth length and the source board during growth at a temperature slightly lower than this (865 ° C.) Each region of the region S2 and the adjustment region S3 of lower temperature (750 ° C.) is configured.

次に、この成長装置によるエピタキシャル成長方法を説
明する。
Next, an epitaxial growth method using this growth apparatus will be described.

先ず、成長開始前には、Gaソース3を入れたソースボー
ド4が成長開始前のソースボート領域S1に載置し、成長
炉2を昇温し、反応管1内の温度分布を第2図に示す温
度分布に安定させる。
First, before starting the growth, the source board 4 containing the Ga source 3 is placed in the source boat region S1 before starting the growth, the growth furnace 2 is heated, and the temperature distribution in the reaction tube 1 is shown in FIG. Stabilize to the temperature distribution shown in.

そして、温度安定後に、原料ガス供給部7よりAaを含む
ガス状原料をGaソース3中に流し、Ga中のAsの過飽和状
態で生じるGaAsクラストをGAソース3の表面全体にわた
って一様に形成する。
Then, after the temperature is stabilized, a gaseous raw material containing Aa is flown into the Ga source 3 from the raw material gas supply unit 7 to uniformly form GaAs crust generated in the supersaturated state of As in Ga over the entire surface of the GA source 3. .

次に、Gaソース3表面のGaAsクラストの分布が一様にな
った後、ソースボート4を約10℃低い成長時ソースボー
トと領域S2に移動し、かつエッチングガス供給部8から
エッチングガスを反応管1内に供給し、前工程のGaAsク
ラスト形成に際して同時に基板5上に成長してしまった
エピタキシャル層をエッチング除去する。この際、Asを
含むガス状原料は流し続ける。
Next, after the distribution of the GaAs crust on the surface of the Ga source 3 becomes uniform, the source boat 4 is moved to the source boat 4 and the region S2 during growth which is lower by about 10 ° C., and the etching gas from the etching gas supply unit 8 is reacted. It is supplied into the tube 1 and the epitaxial layer grown on the substrate 5 at the same time when the GaAs crust is formed in the previous step is removed by etching. At this time, the gaseous raw material containing As continues to flow.

その後、エッチングガスの供給を止め、これまでと同様
に気相反応を行わせ、基板5上に所望のエピタキシャル
層を成長させる。
After that, the supply of the etching gas is stopped, and the vapor phase reaction is performed in the same manner as before to grow a desired epitaxial layer on the substrate 5.

したがって、この気相成長装置によれば、成長開始前に
Gaソース3を高温状態にしてGaAsクラストを形成してい
るため、このGaAsクラストはGa中にAsが多く溶け込んだ
状態、即ち厚いGaAsクラストが形成されることになる。
このため、エピタキシャル成長時に、Ga表面にGaAsクラ
ストの消失した部分が生じることがなく、ソース反応が
ソース全体に一様になってエピタキシャル層中の結晶欠
陥が少なくなり、表面にヒロックやピットの少ない良好
なエピタキシャル層の成長が実現できる。
Therefore, according to this vapor phase growth apparatus,
Since the GaAs crust is formed by setting the Ga source 3 at a high temperature, the GaAs crust is a state in which a large amount of As is dissolved in Ga, that is, a thick GaAs crust is formed.
Therefore, during the epitaxial growth, the Ga surface does not have any GaAs crust disappeared, the source reaction is uniform over the entire source, and the number of crystal defects in the epitaxial layer is small, so that there are few hillocks or pits on the surface. Growth of various epitaxial layers can be realized.

第3図は装置内おける成長開始前ソースボート領域S1と
成長時ソースボート領域S2の間の温度分布を一定の割合
で傾斜状に変化させた例である。
FIG. 3 shows an example in which the temperature distribution between the source boat region S1 before the start of growth and the source boat region S2 during growth in the apparatus is changed in a slanted manner at a constant rate.

即ち、前記実施例では成長開始前ソースボート領域S1
と、成長時ソースボート領域S2の温度分布をステップ状
に変化させているが、このように両者間の温度分布を傾
斜状にしても、前記実施例と同様なエピタキシャル成長
を行うことができる。
That is, in the above embodiment, the source boat region S1 before the start of growth
The temperature distribution of the source boat region S2 during growth is changed stepwise. However, even if the temperature distribution between the two is inclined in this way, the same epitaxial growth as in the above embodiment can be performed.

また、このように一定の割合で傾斜状に変化する温度分
布に設定する方が、前記実施例のようにステップ状の温
度分布に設定するよりも、実際に温度分布を設ける際に
は簡単であり、反応管内の温度制御を容易に行うことが
できる効果がある。
In addition, it is easier to actually set the temperature distribution than to set the temperature distribution in a stepwise manner as in the above-described embodiment by setting the temperature distribution that changes in a gradient at a constant rate. There is an effect that the temperature inside the reaction tube can be easily controlled.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、Gaソースを、エピタキシ
ャル成長時と成長開始前とで反応管内の異なった領域に
移動可能に構成するとともに、このエピタキシャル成長
開始前におけるGaソース領域の温度を、エピタキシャル
成長時におけるGaソース領域の温度よりも高温に設定し
ているので、エピタキシャル成長時に常に均一で一様な
GaAsクラストを形成することができ、Gaソース表面にGa
Asクラストの消失した部分が現れることはなく、結晶欠
陥が少なくて表面にヒロックやピットの少ない良好なエ
ピタキシャル層を成長することができる。
As described above, the present invention is configured such that the Ga source can be moved to different regions in the reaction tube during the epitaxial growth and before the growth is started, and the temperature of the Ga source region before the start of the epitaxial growth is set at the time of the epitaxial growth. Since the temperature is set higher than that of the Ga source region, it is always uniform and uniform during epitaxial growth.
GaAs crust can be formed, and Ga is formed on the Ga source surface.
No part where As crust disappears does not appear, and a good epitaxial layer with few crystal defects and few hillocks and pits can be grown.

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

第1図は本発明の一実施例の概略断面図、第2図は第1
図の成長装置内の温度分布を示す図、第3図は第1図の
成長装置内の異なる温度分布を示す図、第4図は従来の
成長装置の概略断面図、第5図は第4図の成長装置内温
度分布を示す図である。 1…反応管、2…成長炉、3…Gaソース、4…ソースボ
ート、5…基板、6…基板ホルダ、7…原料ガス供給
部、8…エッチングガス供給部、S1…成長開始前ソース
領域、S2…成長じGaソース領域、S3…成長領域、S4…Ga
ソース領域、S5…成長領域。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution in the growth apparatus shown in FIG. 3, FIG. 3 is a diagram showing different temperature distributions in the growth apparatus shown in FIG. 1, FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional growth apparatus, and FIG. It is a figure which shows the temperature distribution in the growth apparatus of the figure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction tube, 2 ... Growth furnace, 3 ... Ga source, 4 ... Source boat, 5 ... Substrate, 6 ... Substrate holder, 7 ... Raw material gas supply section, 8 ... Etching gas supply section, S1 ... Source area before start of growth , S2… Growth Ga source region, S3… Growth region, S4… Ga
Source area, S5 ... Growth area.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】反応管内にGaソース及び基板を載置すると
ともに、反応管内にAsを含む原料ガスとエッチングガス
とを供給し、Gaソースの表面に形成したGaAsクラストを
利用して基板上にエピタキシャル成長を行う気相成長装
置において、前記Gaソースを、エピタキシャル成長時と
成長開始前とで反応管内の異なった領域に移動可能に構
成するとともに、このエピタキシャル成長開始前におけ
るGaソース領域の温度を、エピタキシャル成長時におけ
るGaソース領域の温度よりも高温に設定したことを特徴
とする気相成長装置。
1. A Ga source and a substrate are placed in a reaction tube, a source gas containing As and an etching gas are supplied into the reaction tube, and a GaAs crust formed on the surface of the Ga source is used to form a substrate on the substrate. In the vapor phase growth apparatus for performing epitaxial growth, the Ga source is configured to be movable to different regions in the reaction tube during the epitaxial growth and before the growth is started, and the temperature of the Ga source region before the start of the epitaxial growth is set to the temperature during the epitaxial growth. The vapor phase growth apparatus is characterized in that the temperature is set higher than the temperature of the Ga source region in.
【請求項2】エピタキシャル成長開始前の領域温度を、
エピタキシャル成長時の領域温度よりも10℃高く設定し
てなる特許請求の範囲第1項記載の気相成長装置。
2. The region temperature before the start of epitaxial growth is
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the temperature is set to be 10 ° C. higher than the region temperature at the time of epitaxial growth.
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