JPH07201744A - 半導体薄膜気相成長装置 - Google Patents
半導体薄膜気相成長装置Info
- Publication number
- JPH07201744A JPH07201744A JP33656393A JP33656393A JPH07201744A JP H07201744 A JPH07201744 A JP H07201744A JP 33656393 A JP33656393 A JP 33656393A JP 33656393 A JP33656393 A JP 33656393A JP H07201744 A JPH07201744 A JP H07201744A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 組成のばらつきが小さい半導体結晶を成長で
きる半導体薄膜気相成長装置を提供すること。 【構成】 反応管の壁部分であって、半導体基板表面か
らの輻射を受ける部分であって、基板保持台または半導
体基板により加熱手段からの輻射が遮蔽されている部分
に設けた温度測定手段により得られた信号を用いて半導
体基板の温度制御を行う。 【効果】 半導体基板の表面温度が正確にモニターでき
るため、半導体結晶の組成制御を正確に行うことができ
る。
きる半導体薄膜気相成長装置を提供すること。 【構成】 反応管の壁部分であって、半導体基板表面か
らの輻射を受ける部分であって、基板保持台または半導
体基板により加熱手段からの輻射が遮蔽されている部分
に設けた温度測定手段により得られた信号を用いて半導
体基板の温度制御を行う。 【効果】 半導体基板の表面温度が正確にモニターでき
るため、半導体結晶の組成制御を正確に行うことができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体薄膜気相成長に
際して、半導体結晶の表面温度の制御をより精度良く行
うことのできる半導体薄膜気相成長装置に関するもので
ある。
際して、半導体結晶の表面温度の制御をより精度良く行
うことのできる半導体薄膜気相成長装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体薄膜気相成長装置を、Ｉｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体結晶を成長する場合を例
にとり、図３を用いて説明する。
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体結晶を成長する場合を例
にとり、図３を用いて説明する。
【０００３】図３は従来の半導体薄膜気相成長装置を示
す説明図であり、図中１１は反応管、１２は半導体基
板、１３は半導体基板１２を載置するために使用するカ
ーボン製の基板保持台、１４は半導体基板１２を昇温す
るために用いる抵抗式加熱用ヒータ、１５は原料ガス導
入管、１６は半導体基板１２の表面温度をコントロール
するための信号検出用の熱電対である。
す説明図であり、図中１１は反応管、１２は半導体基
板、１３は半導体基板１２を載置するために使用するカ
ーボン製の基板保持台、１４は半導体基板１２を昇温す
るために用いる抵抗式加熱用ヒータ、１５は原料ガス導
入管、１６は半導体基板１２の表面温度をコントロール
するための信号検出用の熱電対である。
【０００４】本装置において、半導体基板１２は、熱電
対１６からの信号を用いたフィードバック制御により抵
抗加熱用ヒータ１４に加える電力を調整することにより
所定温度に保たれている。
対１６からの信号を用いたフィードバック制御により抵
抗加熱用ヒータ１４に加える電力を調整することにより
所定温度に保たれている。
【０００５】そして、成長させるべきＩｎＰ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ系の半導体結晶の構成元素を含む原料ガス、例え
ばＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメ
チルインジウム）等の有機金属ガス、あるいはＡｓＨ3
（アルシン）、ＰＨ3 （ホスフィン）等の水素化金属ガ
スが、原料ガス導入管１５より反応管１１内に誘導さ
れ、半導体基板１２上で熱分解反応を生じることにより
所期の半導体結晶が成長される。この際、ＩｎＰ結晶を
成長する場合には、Ｈ2 ガス中に流量制御されたＴＭＩ
ｎとＰＨ3 が、ＩｎＧａＡｓＰ結晶を成長する場合には
Ｈ2 ガス中に流量制御されたＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、Ａｓ
Ｈ3 、ＰＨ3 が供給される。ここで、上記装置における
半導体結晶の組成制御は、供給する原料ガスの流量比
率、及び、半導体基板１２の表面温度を調整することに
より行われていた。
ＡｓＰ系の半導体結晶の構成元素を含む原料ガス、例え
ばＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメ
チルインジウム）等の有機金属ガス、あるいはＡｓＨ3
（アルシン）、ＰＨ3 （ホスフィン）等の水素化金属ガ
スが、原料ガス導入管１５より反応管１１内に誘導さ
れ、半導体基板１２上で熱分解反応を生じることにより
所期の半導体結晶が成長される。この際、ＩｎＰ結晶を
成長する場合には、Ｈ2 ガス中に流量制御されたＴＭＩ
ｎとＰＨ3 が、ＩｎＧａＡｓＰ結晶を成長する場合には
Ｈ2 ガス中に流量制御されたＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、Ａｓ
Ｈ3 、ＰＨ3 が供給される。ここで、上記装置における
半導体結晶の組成制御は、供給する原料ガスの流量比
率、及び、半導体基板１２の表面温度を調整することに
より行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の半導
体薄膜気相成長装置では、供給する原料ガスの流量比
率、及び、半導体基板１２の表面温度の制御を正確に行
っても、成長バッチ間での結晶組成のばらつきが大き
く、エピタキシャル基板の製作歩留まりが悪いという問
題があった。
体薄膜気相成長装置では、供給する原料ガスの流量比
率、及び、半導体基板１２の表面温度の制御を正確に行
っても、成長バッチ間での結晶組成のばらつきが大き
く、エピタキシャル基板の製作歩留まりが悪いという問
題があった。
【０００７】図４は、上記した半導体薄膜気相成長装置
を用いて、原料ガスの流量比率一定、かつ、成長温度５
６０℃一定の条件下で成長したＩｎＧａＡｓＰ結晶の各
成長バッチのフォトルミネッセンスピーク波長である
が、成長バッチ間でフォトルミネッセンスピーク波長が
±１０ｎｍ以上ばらついており、ＩｎＧａＡｓＰ結晶組
成が変動していることがわかる。
を用いて、原料ガスの流量比率一定、かつ、成長温度５
６０℃一定の条件下で成長したＩｎＧａＡｓＰ結晶の各
成長バッチのフォトルミネッセンスピーク波長である
が、成長バッチ間でフォトルミネッセンスピーク波長が
±１０ｎｍ以上ばらついており、ＩｎＧａＡｓＰ結晶組
成が変動していることがわかる。
【０００８】このような結晶組成の変動が生じる理由は
以下のように考えられる。一般に、ＩｎＧａＡｓＰ結晶
の成長は半導体基板１２の表面温度を５００〜７００℃
の範囲に設定した状態で行われるが、ＩｎＧａＡｓＰ結
晶の構成元素のうち、３族元素の原料であるＴＭＩｎ、
ＴＥＧａ等の有機金属はともに分解温度が低く、上記温
度範囲では充分に分解されているため、半導体基板１２
の表面温度が前述した温度範囲で多少変化しても結晶中
に取り込まれるＩｎとＧａの比率はほとんど変わらな
い。ところが、５族元素については、ＡｓＨ3 が上記温
度範囲で分解効率が殆ど変化しないのに対し、ＰＨ3
は、ＡｓＨ3 に比して分解温度が高く、上記温度範囲に
おけるわずかな温度変化で分解効率が大きく変化する。
このため、半導体基板１２の表面温度のわずかな変化に
より、結晶中に取り込まれるＡｓとＰの比率が大きく変
動することになる。
以下のように考えられる。一般に、ＩｎＧａＡｓＰ結晶
の成長は半導体基板１２の表面温度を５００〜７００℃
の範囲に設定した状態で行われるが、ＩｎＧａＡｓＰ結
晶の構成元素のうち、３族元素の原料であるＴＭＩｎ、
ＴＥＧａ等の有機金属はともに分解温度が低く、上記温
度範囲では充分に分解されているため、半導体基板１２
の表面温度が前述した温度範囲で多少変化しても結晶中
に取り込まれるＩｎとＧａの比率はほとんど変わらな
い。ところが、５族元素については、ＡｓＨ3 が上記温
度範囲で分解効率が殆ど変化しないのに対し、ＰＨ3
は、ＡｓＨ3 に比して分解温度が高く、上記温度範囲に
おけるわずかな温度変化で分解効率が大きく変化する。
このため、半導体基板１２の表面温度のわずかな変化に
より、結晶中に取り込まれるＡｓとＰの比率が大きく変
動することになる。
【０００９】一方、上記半導体薄膜気相成長装置におい
ては、熱電対１６は基板保持台１３の下部に取り付けら
れており、半導体基板１２の温度を直接測定しているわ
けではなかった。そのため、熱電対１６の位置が、反応
管内の圧力変化、原料ガスの流れ等により変化する、あ
るいは成長を重ねるにつれて熱電対１６の表面に反応生
成物が付着する等の要因により、成長バッチ間で半導体
基板１２の表面温度と熱電対１６の測定値の相関性に変
動を生じる。従って、熱電対１６からの信号を用いてフ
ィードバック制御を行うと、上記要因により半導体基板
１２の表面温度が変動し、このため、ＩｎＧａＡｓＰ結
晶の組成が成長バッチ間で変動するのである。
ては、熱電対１６は基板保持台１３の下部に取り付けら
れており、半導体基板１２の温度を直接測定しているわ
けではなかった。そのため、熱電対１６の位置が、反応
管内の圧力変化、原料ガスの流れ等により変化する、あ
るいは成長を重ねるにつれて熱電対１６の表面に反応生
成物が付着する等の要因により、成長バッチ間で半導体
基板１２の表面温度と熱電対１６の測定値の相関性に変
動を生じる。従って、熱電対１６からの信号を用いてフ
ィードバック制御を行うと、上記要因により半導体基板
１２の表面温度が変動し、このため、ＩｎＧａＡｓＰ結
晶の組成が成長バッチ間で変動するのである。
【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、半導体基板上に成長する半導体結晶の
結晶組成のコントロールを容易にし、成長バッチ間での
結晶組成のばらつきを低減することができる半導体薄膜
気相成長装置を提供することにある。
れたものであり、半導体基板上に成長する半導体結晶の
結晶組成のコントロールを容易にし、成長バッチ間での
結晶組成のばらつきを低減することができる半導体薄膜
気相成長装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、反応管壁のう
ち、半導体基板表面からの熱輻射を受ける部分であっ
て、基板保持台または半導体基板により加熱手段からの
熱輻射が遮蔽されている部分の温度が半導体基板の表面
温度を正確に反映していることを見いだしたことに基づ
くものである。
ち、半導体基板表面からの熱輻射を受ける部分であっ
て、基板保持台または半導体基板により加熱手段からの
熱輻射が遮蔽されている部分の温度が半導体基板の表面
温度を正確に反映していることを見いだしたことに基づ
くものである。
【００１２】すなわち、発明者らは、図３に示す壁面部
分１７に取り付けた熱電対により、上述の結晶成長中の
反応管壁温度を測定し、該反応管壁温度（図５）と、成
長により得られたＩｎＧａＡｓＰのフォトルミネッセン
スピーク波長が、相関係数−０．９７の強い相関を示す
ことを見いだした。これは、壁面部分１７の温度は、半
導体基板１２の表面より受ける熱輻射により、半導体基
板１２の表面温度を反映する一方、反応管内の圧力変化
や原料ガスの流れの影響を受けることがなく、また、該
部分の熱容量が大きいため、微量の反応生成物が付着す
ることによる温度変動は殆ど生じないことによるものと
考えられる。
分１７に取り付けた熱電対により、上述の結晶成長中の
反応管壁温度を測定し、該反応管壁温度（図５）と、成
長により得られたＩｎＧａＡｓＰのフォトルミネッセン
スピーク波長が、相関係数−０．９７の強い相関を示す
ことを見いだした。これは、壁面部分１７の温度は、半
導体基板１２の表面より受ける熱輻射により、半導体基
板１２の表面温度を反映する一方、反応管内の圧力変化
や原料ガスの流れの影響を受けることがなく、また、該
部分の熱容量が大きいため、微量の反応生成物が付着す
ることによる温度変動は殆ど生じないことによるものと
考えられる。
【００１３】かかる発見に基づきなされた本発明は、反
応管内に加熱手段を備える基板保持台を有し、該基板保
持台上に載置されている半導体基板を上記加熱手段を用
いて所定温度に保ちつつ、該半導体基板上に成長させる
べき半導体結晶の構成元素を含む原料ガスを供給するこ
とにより半導体結晶を成長させる半導体薄膜気相成長装
置において、前記反応管の壁部分のうち、前記半導体基
板表面からの熱輻射を受ける部分であって、前記基板保
持台または前記半導体基板により前記加熱手段からの熱
輻射が遮蔽されている部分に温度測定手段を有し、該温
度測定手段により得られた信号を用いて前記加熱手段の
制御を行う機構を有することを特徴とする半導体薄膜気
相成長装置である。
応管内に加熱手段を備える基板保持台を有し、該基板保
持台上に載置されている半導体基板を上記加熱手段を用
いて所定温度に保ちつつ、該半導体基板上に成長させる
べき半導体結晶の構成元素を含む原料ガスを供給するこ
とにより半導体結晶を成長させる半導体薄膜気相成長装
置において、前記反応管の壁部分のうち、前記半導体基
板表面からの熱輻射を受ける部分であって、前記基板保
持台または前記半導体基板により前記加熱手段からの熱
輻射が遮蔽されている部分に温度測定手段を有し、該温
度測定手段により得られた信号を用いて前記加熱手段の
制御を行う機構を有することを特徴とする半導体薄膜気
相成長装置である。
【００１４】なお、本発明において、温度測定手段の位
置について、加熱手段からの熱輻射を受ける部分を除外
したのは、該部分は加熱手段の表面温度の影響を受ける
ため、半導体基板の表面温度を正確に反映しないためで
ある。
置について、加熱手段からの熱輻射を受ける部分を除外
したのは、該部分は加熱手段の表面温度の影響を受ける
ため、半導体基板の表面温度を正確に反映しないためで
ある。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例を示す説明図であり、図中１は
反応管、２は半導体基板、３は半導体基板２を載置する
ために使用するカーボン製の基板保持台、４は半導体基
板２を昇温するために使用する抵抗式加熱用ヒータ、５
は原料ガス導入管、６は反応管外壁に取り付けた熱電対
であり、７は熱電対６による測定温度を一定に保つよう
に抵抗式加熱用ヒータ４に供給する電力を制御するため
のコントローラである。
図１は、本発明の実施例を示す説明図であり、図中１は
反応管、２は半導体基板、３は半導体基板２を載置する
ために使用するカーボン製の基板保持台、４は半導体基
板２を昇温するために使用する抵抗式加熱用ヒータ、５
は原料ガス導入管、６は反応管外壁に取り付けた熱電対
であり、７は熱電対６による測定温度を一定に保つよう
に抵抗式加熱用ヒータ４に供給する電力を制御するため
のコントローラである。
【００１６】図２は、本実施例にかかる半導体薄膜気相
成長装置を用いて成長したＩｎＧａＡｓＰ結晶薄膜のフ
ォトルミネッセンスピーク波長の推移をあらわしたもの
であり、従来装置により製造したもののフォトルミンネ
ッセンスピークを示す図４と比較して、ピーク波長のば
らつきが小さくなっている。これは、熱電対６の測定温
度が半導体基板２の表面温度を正確に反映しているため
に、これに基づいて抵抗式加熱用ヒータ４に供給する電
力をコントロールすることで半導体基板２の表面温度の
変動が抑制され、成長バッチ間での結晶組成のばらつき
を低減することができたためである。
成長装置を用いて成長したＩｎＧａＡｓＰ結晶薄膜のフ
ォトルミネッセンスピーク波長の推移をあらわしたもの
であり、従来装置により製造したもののフォトルミンネ
ッセンスピークを示す図４と比較して、ピーク波長のば
らつきが小さくなっている。これは、熱電対６の測定温
度が半導体基板２の表面温度を正確に反映しているため
に、これに基づいて抵抗式加熱用ヒータ４に供給する電
力をコントロールすることで半導体基板２の表面温度の
変動が抑制され、成長バッチ間での結晶組成のばらつき
を低減することができたためである。
【００１７】なお、上記実施例では、熱電対６を反応管
外壁に取り付けた場合につき説明したが、反応管内壁に
取り付けた場合や、反応管壁に埋め込んだ場合も同様の
効果を得られることは当然である。
外壁に取り付けた場合につき説明したが、反応管内壁に
取り付けた場合や、反応管壁に埋め込んだ場合も同様の
効果を得られることは当然である。
【００１８】また、温度測定手段の取り付け位置は、半
導体基板の表面温度をより正確に反映した測定信号を得
るためには、反応管の壁部分のうち、半導体基板表面か
らの輻射を受ける部分であって、基板保持台または半導
体基板により加熱手段からの輻射が遮蔽されている部分
のうちでも、特に、半導体基板表面を望む立体角ができ
るだけ大きい位置であることが望ましく、加熱手段から
の熱輻射を受ける壁面からできるだけ離れている位置を
選択することが望ましい。また更に、外部からの熱擾乱
を避けるためには、温度測定手段の取り付け位置の周辺
に断熱材を取り付けることが望ましい。
導体基板の表面温度をより正確に反映した測定信号を得
るためには、反応管の壁部分のうち、半導体基板表面か
らの輻射を受ける部分であって、基板保持台または半導
体基板により加熱手段からの輻射が遮蔽されている部分
のうちでも、特に、半導体基板表面を望む立体角ができ
るだけ大きい位置であることが望ましく、加熱手段から
の熱輻射を受ける壁面からできるだけ離れている位置を
選択することが望ましい。また更に、外部からの熱擾乱
を避けるためには、温度測定手段の取り付け位置の周辺
に断熱材を取り付けることが望ましい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体基板の表面温度を正確に制御することが可能にな
るため、成長バッチ間での半導体結晶の組成のばらつき
を低減できるためエピタキシャル基板の製作歩留を向上
することができるという利点がある。
半導体基板の表面温度を正確に制御することが可能にな
るため、成長バッチ間での半導体結晶の組成のばらつき
を低減できるためエピタキシャル基板の製作歩留を向上
することができるという利点がある。
【図１】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例にかかる半導体薄膜気相成長装
置を用いて成長したＩｎＧａＡｓＰ結晶のフォトルミネ
ッセンスピーク波長。
置を用いて成長したＩｎＧａＡｓＰ結晶のフォトルミネ
ッセンスピーク波長。
【図３】従来の半導体薄膜気相成長装置を示す説明図で
ある。
ある。
【図４】従来の半導体薄膜気相成長装置を用いて成長し
たＩｎＧａＡｓＰ結晶のフォトルミネッセンスピーク波
長。
たＩｎＧａＡｓＰ結晶のフォトルミネッセンスピーク波
長。
【図５】従来の半導体薄膜気相成長装置の壁面温度。
１は反応管 ２は半導体基板 ３はカーボン製基板保持台 ４は抵抗式加熱用ヒータ ５は原料ガス導入管 ６は熱電対 ７はコントローラ １１は反応管 １２は半導体基板 １３はカーボン製基板保持台 １４は抵抗式加熱用ヒータ １５は原料ガス導入管 １６は熱電対 １７は反応管壁面温度測定のための熱電対を取り付ける
壁面位置
壁面位置
Claims (1)
- 【請求項１】 反応管内に加熱手段を備える基板保持台
を有し、該基板保持台上に載置されている半導体基板を
上記加熱手段を用いて所定温度に保ちつつ、該半導体基
板上に成長させるべき半導体結晶の構成元素を含む原料
ガスを供給することにより半導体結晶を成長させる半導
体薄膜気相成長装置において、前記反応管の壁部分のう
ち、前記半導体基板表面からの熱輻射を受ける部分であ
って、前記基板保持台または前記半導体基板により前記
加熱手段からの熱輻射が遮蔽されている部分に温度測定
手段を有し、該温度測定手段により得られた信号を用い
て前記加熱手段の制御を行う機構を有することを特徴と
する半導体薄膜気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33656393A JPH07201744A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体薄膜気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33656393A JPH07201744A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体薄膜気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201744A true JPH07201744A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18300441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33656393A Pending JPH07201744A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体薄膜気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201744A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011086564A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Ulvac Japan Ltd | 分析装置 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33656393A patent/JPH07201744A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011086564A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Ulvac Japan Ltd | 分析装置 |
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