JPH07277882A - 結晶成長原料供給装置 - Google Patents

結晶成長原料供給装置

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JPH07277882A
JPH07277882A JP7322694A JP7322694A JPH07277882A JP H07277882 A JPH07277882 A JP H07277882A JP 7322694 A JP7322694 A JP 7322694A JP 7322694 A JP7322694 A JP 7322694A JP H07277882 A JPH07277882 A JP H07277882A
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JP
Japan
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raw material
gaas
carrier gas
crucible
tungsten
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Withdrawn
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JP7322694A
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English (en)
Inventor
Shigeo Goshima
滋雄 五島
Yasuhiko Nomura
康彦 野村
Yoshitaka Morishita
義隆 森下
Masamichi Yamada
正理 山田
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Optoelectronics Technology Research Laboratory
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Optoelectronics Technology Research Laboratory
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素ラジカル以外の高エネルギー粒子の発生
がなく、電磁気的雑音の発生がない結晶成長原料供給装
置を提供する。 【構成】 固体原料10を装填するルツボ11と、ルツ
ボを加熱するヒーター13と、ステンレス製チューブ1
9からのキャリアガスをルツボに導入するノズル15
と、ノズル内でキャリアガスをクラッキングするタング
ステンフィラメント16を有している。クラッキングさ
れたキャリアガスは、ルツボ11に導入され、原料と反
応し、チャンバー内に放出される。 【効果】 成長膜中の残留炭素及び残留酸素の濃度が減
少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶成長装置に
用いられる結晶成長原料供給装置に係り、特に化合物半
導体製造用の結晶成長原料供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、有機金属原料を用いて化合物半
導体を結晶成長させると、成長させた結晶成長膜中に炭
素原子が残留することが知られている。例えば、Gaの
原料としてトリメチルガリウム[Ga(CH3 3 :T
MGa]を用いてGaAs結晶を成長させると、そのG
aAs膜中に炭素原子が残留する。
【0003】従来、上記炭素原子残留問題を解決するた
めに、有機金属原料を用いて化合物半導体の結晶成長を
行っているチャンバー内に、水素プラズマを導入する方
法が提案されている。
【0004】例えば、TMGaを用いてGaAs結晶の
成長を行っているチャンバー内に水素プラズマを導入す
る方法として、特開昭64−56397号公報には、砒
素分子とその砒素分子の輸送を担う水素分子との混合気
体を、分子線エピタキシー装置内で高周波励起によって
プラズマクラッキングする方法が開示されている。ま
た、ジャーナル オブ エレクトロニック マテリアル
ズ Vol.21、No. 3、1992年、277〜279頁
には、V族原料として金属砒素を用い、マイクロ波プラ
ズマにより精製した水素ラジカルにより砒素分子の輸送
を行う方法が開示されている。この様に、水素ラジカル
をチャンバー内に導入すると、水素ラジカルとTMGa
のメチル基とが反応し、GaAs膜中に取り込まれる炭
素量を低減化することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
様に、プラズマを用いてクラッキングを行う方法では、
水素ラジカル以外の高エネルギー粒子も発生し、これら
の高エネルギー粒子が、結晶基板の表面に損傷を与えて
しまうという問題点がある。
【0006】また、マイクロ波によって水素ラジカルを
発生させる方法では、電磁気的雑音が発生するので、結
晶表面の分析を行うための反射電子線回折(RHEE
D)の使用が困難になるという問題点がある。特に、走
査反射電子顕微鏡を用いて成長表面を実時間観察する場
合や、RHEED振動を用いて成長速度を測定する場合
には、上記雑音が致命的障害となっている。
【0007】本願発明は、水素ラジカル以外の高エネル
ギー粒子の発生がなく、電磁気的雑音の発生がない結晶
成長原料供給装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、固体原
料が装填されるルツボと、前記固体原料を加熱するヒー
ターと、前記固体原料を輸送するキャリアガスを導入す
るためのキャリアガス導入管とを有する結晶成長原料供
給装置において、前記キャリアガス導入管の内部で前記
キャリアガスに接触する触媒と、該触媒を加熱する加熱
手段とを設けたことを特徴とする結晶成長原料供給装置
が得られる。
【0009】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1に本発明の第1の実施例を示す。本実施例の
結晶成長原料供給装置(分子線エピタキシー装置用分子
線源、以下、分子線源と略す)は、固体原料10を装填
する窒化硼素製(或いは石英製)のルツボ11、ルツボ
11の底部に設けられ、原料の落下を防止するタングス
テン製、またはモリブデン製、或いは窒化硼素製の多孔
性治具12、ルツボ11を加熱するヒーター13、モリ
ブデン製継手14を介してルツボ11に連通し、キャリ
アガスを導入するための窒化硼素製のノズル15、及び
ノズル15内に収容されたタングステンフィラメント1
6を有している。
【0010】この分子線源は、超高真空装置に装填する
ための超高真空用フランジ17に取り付けられる。即
ち、超高真空用フランジ17には、バルブ18が取り付
けられたキャリアガス導入用のステンレス製チューブ1
9と、通電用端子20が配設されており、ノズル15
は、モリブデン製継手21を用いてステンレス製チュー
ブ19に接続され、タングステンフィラメント16は、
通電用端子20に接続される。
【0011】次に、この分子線源の動作を説明する。こ
こでは、固体原料10として金属砒素を、キャリアガス
として水素分子を用いるものとする。まず、ルツボ11
に装填された金属砒素は、ヒーター13によって300
℃に加熱され、昇華により砒素4量子分子(As4 )を
供給する状態になる。また、タングステンフィラメント
16は、通電により1700℃に加熱され、バルブ18
が開かれたとき、ステンレス製チューブ19からモリブ
デン製継手21を介してノズル15に導入された水素ガ
スをクラッキングして水素ラジカルを発生させる。この
水素ラジカルは、モリブデン製継手14を介してルツボ
11へと流入し、砒素と反応して水素化砒素(As
x )を生成する。なお、ルツボ11の先端から放出さ
れる分子種は、水素化砒素のみならず、クラッキングさ
れなかった水素分子(H2 )、及び水素ラジカル(H
・)と反応しなかった砒素4量子分子(As4 )を含ん
でいる。
【0012】本実施例の分子線源では、タングステンフ
ィラメント16を用いてクラッキングを行うので、イオ
ン等の高エネルギー粒子の発生がない。また、タングス
テンフィラメント16は、直流通電加熱されるので、電
磁気的雑音の発生もない。さらに、ノズル15をルツボ
11の下部に設けるようにしたことで、水素化砒素及び
砒素4量子分子が高熱のタングステンにが接触して砒素
原子にまで分解され、成長に寄与しなくなるようなこと
がない。
【0013】次に、本実施例の分子線源を用いて、Ga
Asを成長させた例について説明する。まず、GaAs
基板表面の酸化膜を除去するために、本実施例の分子線
源によって生成される分子線を、基板表面に照射しなが
ら、基板を加熱した。従来のAs圧下で基板を加熱して
酸化膜を除去する方法では、基板温度を600℃とする
必要があったが、本実施例の分子線源によって生成され
る分子線を照射した場合は、基板温度400℃という低
温で酸化膜を除去することができた。また、RHEED
により基板表面を観察したところ、従来の方法で酸化膜
を除去した場合に比べ、表面の平坦性が良好であること
が判明した。
【0014】酸化膜を除去した後、基板温度を500℃
とし、TMGaを毎分1cc、水素の流量を毎分10ccと
してGaAs膜を成長させた。このGaAs膜中の残留
炭素濃度を2次イオン質量分析法で測定したところ、金
属砒素を加熱昇華させた砒素4量子分子のみを用いて成
長させたGaAs膜に比べて、炭素濃度は約10分の1
に減少していた。
【0015】また、2酸化珪素を部分的に堆積させたG
aAs基板上に、Ga原料として金属Gaを用い、基板
温度を600℃として、GaAsを成長させた場合、2
酸化珪素上には成長が起こらず、GaAs面上にのみ成
長が起こる、所謂選択成長が可能であることが判明し
た。
【0016】次に、本発明の第2の実施例を図2を参照
して説明する。ここで、第1の実施例と同一のものには
同一番号を付し、その説明を省略する。本実施例の分子
線源は、ルツボ11の内部に、さらに窒化硼素性の内ル
ツボ22を有している。この内ルツボ22とルツボ11
との間には、隙間が設けられており、ノズル15から導
入された水素ラジカルは、この隙間を通ってそのまま放
出される。また、内ルツボ22の底部には、ルツボ11
と同様に穴が設けられており、この穴には、多孔性治具
23が配設されている。
【0017】この分子線源では、固体原料10は、内ル
ツボ22に装填される。従って、充填できる固体原料1
0の量は、第1の実施例に比べ少なくなる。一方、第1
の実施例と同様にして精製された水素ラジカルは、内ル
ツボ22の内部を通り砒素と反応するものと、ルツボ1
1と内ルツボ22との間を通ってそのまま放出されるも
のに別れる。ルツボ11と内ルツボ22との間を通る水
素ラジカルは、砒素とは反応しない。このため、本実施
例の分子線源から放出される分子種は、第1の実施例の
分子線源から放出される分子種に比べ、水素ラジカルの
濃度が高い。
【0018】本実施例の分子線源を用いて、第1の実施
例と同様にGaAsを成長させたところ、自然酸化膜の
除去温度が、さらに、30℃低下した。また、そのGa
As膜における残留炭素濃度は、第1の実施例に比べ、
約1/2まで低下していた。
【0019】次に、図3を参照して本発明の第3の実施
例について説明する。本実施例の分子線源は第2の実施
例の分子線源とほぼ同じ構成となっている。従って、こ
こでは、第2の実施例と異なる点について説明する。
【0020】本実施例の分子線源は、窒化硼素製のノズ
ル15に替えて、タングステン製のノズル31を有し、
その内部には、直径20μmのタングステン細線32が
充填されている。なお、タングステン細線32に替えて
粒状のタングステン、またはこれらの混合物でも良い。
【0021】また、本実施例の分子線源は、モリブデン
製継手14及び21に替えて、窒化硼素製継手33及び
34を有している。さらに、この分子線源は、タングス
テンフィラメント16に替えて、ノズル31の周囲に配
設されたタングステン製ヒーター35を有している。
【0022】水素は、タングステンの触媒作用によって
クラッキングされる。すなわち、水素のクラッキング効
率は、タングステンの表面積に依存する。本実施例の分
子線源では、タングステン製のノズル31とタングステ
ン細線32とを有することにより、第1及び第2の実施
例のものに比べて、タングステンの表面積が大幅に増
え、クラッキング効率も10倍程度向上する。ただし、
これらノズル31とタングステン細線32との加熱は、
タングステン製ヒーター35によって外部から間接的に
行われるので、第1及び第2の実施例の分子線源よりも
消費電力は大きい。
【0023】本実施例の分子線源を用いて、第1の実施
例と同様にGaAsの成長を行うと、自然酸化膜の除去
温度は、第1の実施例の分子線源に比べ50℃低下し
た。また、成長させたGaAs膜の残留炭素濃度は、第
2の実施例に比べ、1/10に低下した。
【0024】また、水素ラジカルには、膜中の酸素濃度
を低下させるという効果があるが、本実施例の分子線源
を用いると、水素ラジカルの濃度が増加し、この効果が
顕著となる。特に、AlGaAsを成長させた場合に
は、膜中の酸素濃度が水素ラジカルを用いない方法に比
べ1/100程度にまで減少するという効果がある。
【0025】なお、上記実施例では、III 元素材料とし
てTMGaを用いた場合についてしか述べていないが、
他の有機金属原料に対しても、残留炭素及び残留酸素の
低減効果があることはいうまでもない。また、上記実施
例では、V族元素として砒素を用いる場合についてしか
述べていないが、他のV族元素を用いる場合にも同様効
果が得られる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、タングステンの触媒効
果を利用してクラッキングを行なって水素ラジカルを発
生させるようにしたことで、イオン等、他の高エネルギ
ー粒子の発生がなく、基板に損傷を与えることがない。
また、タングステンの加熱に直流通電のみを行い、マイ
クロ波を使用していないので、電磁気的雑音の発生がな
く、RHEEDの使用に影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の概略図である。
【図2】本発明の第2の実施例の概略図である。
【図3】本発明の第3の実施例の概略図である。
【符号の説明】
10 固体原料 11 ルツボ 12 多孔性治具 13 ヒーター 14 モリブデン製継手 15 ノズル 16 タングステンフィラメント 17 超高真空用フランジ 18 バルブ 19 ステンレス製チューブ 20 通電用端子 21 モリブデン製継手 22 内ルツボ 23 多孔性治具 31 ノズル 32 タングステン細線 33、34 窒化硼素製継手 35 タングステン製ヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 正理 茨城県つくば市西郷25−1 東成ハイツ 206

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体原料が装填されるルツボと、前記固
    体原料を加熱するヒーターと、前記固体原料を輸送する
    キャリアガスを導入するためのキャリアガス導入管とを
    有する結晶成長原料供給装置において、前記キャリアガ
    ス導入管の内部で前記キャリアガスに接触する触媒と、
    該触媒を加熱する加熱手段とを設けたことを特徴とする
    結晶成長原料供給装置。
  2. 【請求項2】 前記キャリアガス導入管がタングステン
    製キャリアガス導入管であって、該タングステン製キャ
    リアガス導入管が前記触媒として作用することを特徴と
    する請求項1の結晶成長原料供給装置。
  3. 【請求項3】 前記触媒が、前記キャリアガス導入管の
    内部に装填された粒状タングステン及び細線状タングス
    テンのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求
    項1の結晶成長原料供給装置。
  4. 【請求項4】 前記加熱手段が、前記キャリアガス導入
    管の外部に設けられたタングステン製ヒーターであるこ
    とを特徴とする請求項1、2、または3の結晶成長原料
    供給装置。
  5. 【請求項5】 前記加熱手段が前記キャリアガス導入管
    の内部に設けられたタングステンフィラメントであっ
    て、該タングステンフィラメントが前記触媒として作用
    することを特徴とする請求項1の結晶成長原料供給装
    置。
  6. 【請求項6】 前記ルツボの底部に開口部が形成され、
    該開口部に前記キャリアガス導入管が接続されているこ
    とを特徴とする1、2、3、4、または5の結晶成長原
    料供給装置。
  7. 【請求項7】 前記ルツボが、前記固体原料が装填され
    る第1のルツボと、該第1のルツボを内部に収容する第
    2のルツボとを有し、前記第1のルツボと前記第2のル
    ツボとの間に隙間を設けることによって、前記キャリア
    ガスが前記隙間及び前記第1のルツボの内側を通過する
    ようにしたことを特徴とする請求項6の結晶成長原料供
    給装置。
JP7322694A 1994-04-12 1994-04-12 結晶成長原料供給装置 Withdrawn JPH07277882A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007086560A1 (ja) * 2006-01-30 2007-08-02 Rohm Co., Ltd. パージ機能を有する分子線セル

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007086560A1 (ja) * 2006-01-30 2007-08-02 Rohm Co., Ltd. パージ機能を有する分子線セル

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