JPH0766910B2 - 半導体単結晶成長装置 - Google Patents
半導体単結晶成長装置Info
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- JPH0766910B2 JPH0766910B2 JP59153979A JP15397984A JPH0766910B2 JP H0766910 B2 JPH0766910 B2 JP H0766910B2 JP 59153979 A JP59153979 A JP 59153979A JP 15397984 A JP15397984 A JP 15397984A JP H0766910 B2 JPH0766910 B2 JP H0766910B2
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高純度の半導体の結晶成長層をガス導入一サイ
クルにつき単分子層の厚み単位で制御して形成するのに
好適な半導体結晶成長装置に関する。特に基板温度の正
確な制御の可能な半導体結晶成長装置に関する。
クルにつき単分子層の厚み単位で制御して形成するのに
好適な半導体結晶成長装置に関する。特に基板温度の正
確な制御の可能な半導体結晶成長装置に関する。
従来から半導体の薄膜結晶を得るための気相エピタキシ
技術として、有機金属気相成長法（以下、MO−CVD法と
呼ぶ）や分子線エピタキシー法（以下、MBE法と呼ぶ）
が知られている。しかし、MO−CVDはソースとしてIII
族、Ｖ族元素を水素ガス等をキャリアとして、同時に反
応室へ導入し、熱分解によって成長させるため、成長層
の品質が悪い。また、単分子層オーダーの制御が困難で
ある等の欠点がある。
技術として、有機金属気相成長法（以下、MO−CVD法と
呼ぶ）や分子線エピタキシー法（以下、MBE法と呼ぶ）
が知られている。しかし、MO−CVDはソースとしてIII
族、Ｖ族元素を水素ガス等をキャリアとして、同時に反
応室へ導入し、熱分解によって成長させるため、成長層
の品質が悪い。また、単分子層オーダーの制御が困難で
ある等の欠点がある。
一方、超高真空を利用した結晶成長法としてよく知られ
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶の
品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。GaAsのよ
うなIII−Ｖ族間の化合物半導体を成長する時には、III
族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自体を成長
室の中に設置している。このため、ソース源を加熱して
得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソースの補
給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つことが困
難である。また、蒸発物の排出など真空装置が複雑にな
る。更には、化合物半導体の化学量論的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結局、高
品質の結晶を得ることができない欠点がある。
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶の
品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。GaAsのよ
うなIII−Ｖ族間の化合物半導体を成長する時には、III
族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自体を成長
室の中に設置している。このため、ソース源を加熱して
得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソースの補
給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つことが困
難である。また、蒸発物の排出など真空装置が複雑にな
る。更には、化合物半導体の化学量論的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結局、高
品質の結晶を得ることができない欠点がある。
このような点に鑑み本癌発明者等は上記従来技術の欠点
を除いて、単分子層単位の成長膜厚の制御性を有する半
導体結晶成長装置を開発した。これを第４図を参照して
説明する。
を除いて、単分子層単位の成長膜厚の制御性を有する半
導体結晶成長装置を開発した。これを第４図を参照して
説明する。
図において、１は成長槽で材質はステンレス等の金属、
２はゲートバルブ、３は１を超高真空に排気するための
排気装置、4,5は例えばIII−Ｖ族化合物半導体のIII
族、Ｖ族の成分元素のガス状の化合物から成る原料ガス
を導入するノズル、6,7はノズル4,5を開閉するバルブ、
８はIII族は成分元素を含むガス状の化合物から成る原
料ガス、９はＶの成分元素を含むガス状の化合物から成
る原料ガス、10は基板加熱用のヒーターで石英ガラスに
封入したタングステン（Ｗ）線であり、同時に基板保持
用のサセプターを兼ねており、電線等は図示省略してあ
る。11は測温用の熱電対、12は化合物半導体の基板、13
は成長槽内の真空度を測るための圧力計である。
２はゲートバルブ、３は１を超高真空に排気するための
排気装置、4,5は例えばIII−Ｖ族化合物半導体のIII
族、Ｖ族の成分元素のガス状の化合物から成る原料ガス
を導入するノズル、6,7はノズル4,5を開閉するバルブ、
８はIII族は成分元素を含むガス状の化合物から成る原
料ガス、９はＶの成分元素を含むガス状の化合物から成
る原料ガス、10は基板加熱用のヒーターで石英ガラスに
封入したタングステン（Ｗ）線であり、同時に基板保持
用のサセプターを兼ねており、電線等は図示省略してあ
る。11は測温用の熱電対、12は化合物半導体の基板、13
は成長槽内の真空度を測るための圧力計である。
GaAsの分子層を一層ずつ基板12上にエピタキシャル成長
させる方法は、以下の通りである。即ち、ゲートバルブ
２を開けて超高真空排気装置３により、成長槽１内を10
-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）程度に排気する。次
に、GaAs基板12を例えば300〜800℃程度ヒーター10によ
り加熱し、Gaを含む原料ガスとしてTMG（トリメチルガ
リウム）８を成長槽１内の圧力が10-1〜10-7Paになる範
囲で、0.5〜10秒間バルブ６を開けて導入する。その
後、バルブ６を閉じて成長槽１内のガスを排気後、今度
はAsを含む原料ガスとしてAsH3（アルシン）９を圧力が
10-1〜10-7Paになる範囲で、２〜200秒間バルブ７を開
けて導入する。これにより、基板12上にGaAsが少なくと
も１分子層成長できる。以上の操作を繰り返し、単分子
層を次々と成長させることにより、所望の厚さのGaAsの
エピタキシャル成長層を単分子層の単位で成長させるこ
とができる。
させる方法は、以下の通りである。即ち、ゲートバルブ
２を開けて超高真空排気装置３により、成長槽１内を10
-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）程度に排気する。次
に、GaAs基板12を例えば300〜800℃程度ヒーター10によ
り加熱し、Gaを含む原料ガスとしてTMG（トリメチルガ
リウム）８を成長槽１内の圧力が10-1〜10-7Paになる範
囲で、0.5〜10秒間バルブ６を開けて導入する。その
後、バルブ６を閉じて成長槽１内のガスを排気後、今度
はAsを含む原料ガスとしてAsH3（アルシン）９を圧力が
10-1〜10-7Paになる範囲で、２〜200秒間バルブ７を開
けて導入する。これにより、基板12上にGaAsが少なくと
も１分子層成長できる。以上の操作を繰り返し、単分子
層を次々と成長させることにより、所望の厚さのGaAsの
エピタキシャル成長層を単分子層の単位で成長させるこ
とができる。
しかしながら、上記半導体結晶成長装置においては、成
長槽１内部に基板加熱用のヒーター10を設けているため
に、ヒーター10から加熱に伴なう余分な重金属などのガ
スが放出され、純度の高い良質の結晶が得られない問題
点があった。
長槽１内部に基板加熱用のヒーター10を設けているため
に、ヒーター10から加熱に伴なう余分な重金属などのガ
スが放出され、純度の高い良質の結晶が得られない問題
点があった。
基板を成長槽の外部に設置された赤外線ランプで加熱す
る方式も通常のCVD法等で知られているが、特願昭57−4
1943号（特開昭58−158914号公報）『半導体製造装置』
に示されるように温度検出法に問題があった。温度検出
に熱電対を用いる場合には基板と熱電対との間に良好な
熱接触を取ることが困難であり正確な温度測定ができな
い欠点や、熱電対自身からの重金属の汚染の問題があ
る。赤外線放射温度計（パイロメータ）で測定する場合
には、赤外線ランプからの赤外線の基板表面での反射光
や散乱光がパイロメータに入るため基板自身の純粋な輻
射光との分離が不可能で正確な温度測定ができないとい
う欠点があった。
る方式も通常のCVD法等で知られているが、特願昭57−4
1943号（特開昭58−158914号公報）『半導体製造装置』
に示されるように温度検出法に問題があった。温度検出
に熱電対を用いる場合には基板と熱電対との間に良好な
熱接触を取ることが困難であり正確な温度測定ができな
い欠点や、熱電対自身からの重金属の汚染の問題があ
る。赤外線放射温度計（パイロメータ）で測定する場合
には、赤外線ランプからの赤外線の基板表面での反射光
や散乱光がパイロメータに入るため基板自身の純粋な輻
射光との分離が不可能で正確な温度測定ができないとい
う欠点があった。
本発明は、上述した単結晶をガス導入一サイクルに一分
子層ずつ成長する装置を更に改良して基板上に単分子層
の厚み単位で分子層数を数えることのできる精度を有し
た純度の高い良質の結晶膜を成長させることのできる半
導体結晶成長装置を提供することを目的とする。
子層ずつ成長する装置を更に改良して基板上に単分子層
の厚み単位で分子層数を数えることのできる精度を有し
た純度の高い良質の結晶膜を成長させることのできる半
導体結晶成長装置を提供することを目的とする。
本発明の別な目的は基板加熱に伴う重金属等による汚染
が防止でき、しかも正確な基板温度の測定および正確な
基板温度の制御が可能な半導体結晶成長装置を提供する
ことである。
が防止でき、しかも正確な基板温度の測定および正確な
基板温度の制御が可能な半導体結晶成長装置を提供する
ことである。
このため、本発明の半導体結晶成長装置は、成長すべき
表面を上向きにした半導体基板を保持するサセプター
と、該サセプターをその内部に保持した成長糟と、該成
長糟の一部に接続されたゲートバルブと、該ゲートバル
ブを介して前記成長糟を真空排気するための排気装置
と、前記成長糟外部から前記半導体基板表面に関して活
性な原料ガスのみを導入する少なく共２本のノズルと、
前記成長糟の上部を気密に遮蔽する第１の光透過窓と、
該第１の光透過窓の上部に配置された第１の波長
（λ１）以上の光を遮えぎるフィルターと、前記成長糟
の一部に設けられた第２の波長（λ２）以上の光を遮え
ぎる第２の光透過窓と、前記成長糟外部上方に設けられ
前記フィルターおよび前記第１の光透過窓を介して前記
半導体基板に光照射して前記半導体基板を加熱するため
のランプと、前記フィルターおよび前記第１の光透過窓
を介して、前記半導体基板の表面に波長180nm〜600nmの
光を照射する光照射機構と、前記第２の光透過窓を介し
て前記半導体基板の表面温度を検出する放射温度計と、
該放射温度計からの信号を帰還信号として前記ランプの
出力を制御する温度制御装置とを少なく共備え、前記第
１の波長（λ１）と第２の波長（λ２）とが λ２＞λ１ なる関係を有し、前記放射温度計の温度検出波長帯域を
λ３〜λ４とするとき、 λ２＞λ４＞λ３＞λ１ なる関係を満足し、前記少なく共２本のノズルからの前
記原料ガスの交互導入と前記排気装置による真空排気の
みにより、前記半導体基板表面上での交換表面反応を実
現し、該交換表面反応の一サイクルにつき少なく共一分
子層の半導体結晶を成長する動作を周期的に繰り返し、
所望の膜厚を単分子層の単位で形成することを特徴とし
ている。
表面を上向きにした半導体基板を保持するサセプター
と、該サセプターをその内部に保持した成長糟と、該成
長糟の一部に接続されたゲートバルブと、該ゲートバル
ブを介して前記成長糟を真空排気するための排気装置
と、前記成長糟外部から前記半導体基板表面に関して活
性な原料ガスのみを導入する少なく共２本のノズルと、
前記成長糟の上部を気密に遮蔽する第１の光透過窓と、
該第１の光透過窓の上部に配置された第１の波長
（λ１）以上の光を遮えぎるフィルターと、前記成長糟
の一部に設けられた第２の波長（λ２）以上の光を遮え
ぎる第２の光透過窓と、前記成長糟外部上方に設けられ
前記フィルターおよび前記第１の光透過窓を介して前記
半導体基板に光照射して前記半導体基板を加熱するため
のランプと、前記フィルターおよび前記第１の光透過窓
を介して、前記半導体基板の表面に波長180nm〜600nmの
光を照射する光照射機構と、前記第２の光透過窓を介し
て前記半導体基板の表面温度を検出する放射温度計と、
該放射温度計からの信号を帰還信号として前記ランプの
出力を制御する温度制御装置とを少なく共備え、前記第
１の波長（λ１）と第２の波長（λ２）とが λ２＞λ１ なる関係を有し、前記放射温度計の温度検出波長帯域を
λ３〜λ４とするとき、 λ２＞λ４＞λ３＞λ１ なる関係を満足し、前記少なく共２本のノズルからの前
記原料ガスの交互導入と前記排気装置による真空排気の
みにより、前記半導体基板表面上での交換表面反応を実
現し、該交換表面反応の一サイクルにつき少なく共一分
子層の半導体結晶を成長する動作を周期的に繰り返し、
所望の膜厚を単分子層の単位で形成することを特徴とし
ている。
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体結晶成長装置の
構成図を示したものである。図中、第４図と同一符号は
同一または相当部分を示し、更に、14は基板12を保持す
るサセプターで石英より形成される。15は加熱源として
のランプ、16は前記ランプの光を基板12上に集光する楕
円形ミラー、17は成長糟を超高真空に保持し、ランプ光
を透過させる石英板、18は前記石英板の上に配置され波
長３μｍ以上のランプ光を遮えぎる板ガラスフィルタ
ー、19は基板12よりの輻射光を透過させるサファイヤー
窓、20は基板12の温度を検出する放射温度計、21はラン
プ15の出力を制御するP.I.D（比例、積分、微分）機能
を有する温度制御装置である。尚、符号30,31について
は後述する。
構成図を示したものである。図中、第４図と同一符号は
同一または相当部分を示し、更に、14は基板12を保持す
るサセプターで石英より形成される。15は加熱源として
のランプ、16は前記ランプの光を基板12上に集光する楕
円形ミラー、17は成長糟を超高真空に保持し、ランプ光
を透過させる石英板、18は前記石英板の上に配置され波
長３μｍ以上のランプ光を遮えぎる板ガラスフィルタ
ー、19は基板12よりの輻射光を透過させるサファイヤー
窓、20は基板12の温度を検出する放射温度計、21はラン
プ15の出力を制御するP.I.D（比例、積分、微分）機能
を有する温度制御装置である。尚、符号30,31について
は後述する。
上記板ガラスフィルター18とサファイヤー窓19の対波長
透過特性は第２図に示す通りであって、板ガラスフィル
ター18は波長λ１＝３μｍ以上の光を遮断する一方、サ
ファイヤー窓19は波長λ２＝4.5μｍまで光を80％近く
透過する。従って、放射温度計20の温度検出波長帯を図
の斜線範囲に設定することにより、放射温度計20は基板
12によるランプ15の反射波を受けることなく、純粋に基
板12からの噴射成分のみを受け、基板12の温度を正確に
検出することができる。
透過特性は第２図に示す通りであって、板ガラスフィル
ター18は波長λ１＝３μｍ以上の光を遮断する一方、サ
ファイヤー窓19は波長λ２＝4.5μｍまで光を80％近く
透過する。従って、放射温度計20の温度検出波長帯を図
の斜線範囲に設定することにより、放射温度計20は基板
12によるランプ15の反射波を受けることなく、純粋に基
板12からの噴射成分のみを受け、基板12の温度を正確に
検出することができる。
以上の構成で、放射温度計20の焦点を基板12の表面に合
わせると共に、基板12所望温度を温度制御装置21に設定
し、装置の動作を開始させる。これにより、放射温度計
20から基板測定温度は温度制御装置21で設定温度と比較
され、その差はP.I.D演算されて、ランプ15の駆動部に
加わる。この結果、最初ランプ15は最大出力で駆動され
て基板12の表面温度を短時間で設定温度に近づける。例
えば、室温から600℃まで昇温に要する時間は10秒間程
であり、成長中基板温度は設定温度±0.5℃以内に保つ
ことができる。ランプ加熱以外の動作は第４図の場合と
同じである。即ち、今、III族のガス状化合物からなる
原料ガス８としてはAsH3、Ｖ族のガス状化合物から成る
原料ガスとしてはTMGを用いるものとする。ゲートバル
ブ２を開けて排気装置３により成長槽１内を10-7〜10-8
Pa程度に排出する。このとき、GaAs基板12はランプ15の
出力により、例えば300〜800℃程度に加熱する。TMGを
成長層内の圧力が10-1〜10-7Paになる範囲で、0.5〜10
秒間バルブ６を開けて導入する。バルブ６を閉じて成長
槽内のガスを排気後、今度はAsH3を圧力が10-1〜10-7Pa
になる範囲で、２〜200秒間バルブ７を開けて導入す
る。これにより、基板12の表面上にはサイクル毎に少な
くとも１分子層のgaAs結晶が成長する。この結果成長層
は、成長層１内に熱源を有さず、従って、不要な貴金属
ガスが発生しないことから、極めて純度の高い良質なも
のとなる。
わせると共に、基板12所望温度を温度制御装置21に設定
し、装置の動作を開始させる。これにより、放射温度計
20から基板測定温度は温度制御装置21で設定温度と比較
され、その差はP.I.D演算されて、ランプ15の駆動部に
加わる。この結果、最初ランプ15は最大出力で駆動され
て基板12の表面温度を短時間で設定温度に近づける。例
えば、室温から600℃まで昇温に要する時間は10秒間程
であり、成長中基板温度は設定温度±0.5℃以内に保つ
ことができる。ランプ加熱以外の動作は第４図の場合と
同じである。即ち、今、III族のガス状化合物からなる
原料ガス８としてはAsH3、Ｖ族のガス状化合物から成る
原料ガスとしてはTMGを用いるものとする。ゲートバル
ブ２を開けて排気装置３により成長槽１内を10-7〜10-8
Pa程度に排出する。このとき、GaAs基板12はランプ15の
出力により、例えば300〜800℃程度に加熱する。TMGを
成長層内の圧力が10-1〜10-7Paになる範囲で、0.5〜10
秒間バルブ６を開けて導入する。バルブ６を閉じて成長
槽内のガスを排気後、今度はAsH3を圧力が10-1〜10-7Pa
になる範囲で、２〜200秒間バルブ７を開けて導入す
る。これにより、基板12の表面上にはサイクル毎に少な
くとも１分子層のgaAs結晶が成長する。この結果成長層
は、成長層１内に熱源を有さず、従って、不要な貴金属
ガスが発生しないことから、極めて純度の高い良質なも
のとなる。
第３図は本発明の他の実施例を示したものであり、不純
物添加をするためのものである。図中、第１図と同一符
号は同一または相当部分に示し、更に、22,23は例えば
不純物添加に用いるガス状化合物を導入するノズル、2
4,25はノズル22,23を開閉するバルブ、26はII族の成分
元素を含むガス状の化合物、27はVI族の成分元素を含む
ガス状の化合物である。
物添加をするためのものである。図中、第１図と同一符
号は同一または相当部分に示し、更に、22,23は例えば
不純物添加に用いるガス状化合物を導入するノズル、2
4,25はノズル22,23を開閉するバルブ、26はII族の成分
元素を含むガス状の化合物、27はVI族の成分元素を含む
ガス状の化合物である。
この構成で、ｐ型成長層を形成す場合は、導入ガスとし
てTMG（トリメチルガリウム）８、AsH3（アルシン）９
と添加する不純物ガスとしてDMZn（ジメチル亜鉛）26の
３つのガスをそれぞれ別個の時間に循環式に導入する。
また、別の方法としてはTMG8とDMZn26を同時にAsH39と
は別個に交互導入するか、AsH39とDMZn26を同時にTMG8
とは別個に交互導入することによって不純物添加ができ
る。
てTMG（トリメチルガリウム）８、AsH3（アルシン）９
と添加する不純物ガスとしてDMZn（ジメチル亜鉛）26の
３つのガスをそれぞれ別個の時間に循環式に導入する。
また、別の方法としてはTMG8とDMZn26を同時にAsH39と
は別個に交互導入するか、AsH39とDMZn26を同時にTMG8
とは別個に交互導入することによって不純物添加ができ
る。
尚、不純物ガスとしてはDMCd（ジメテルカドミウム）、
DMMg（ジメチルマグネシウム）、SiH4（モノシラン）、
GeH4（ゲルマン）などでもよい。
DMMg（ジメチルマグネシウム）、SiH4（モノシラン）、
GeH4（ゲルマン）などでもよい。
次に、ｎ型成長層の形成は、添加する不純物ガスとし点
DMSe27（ジメチルセレン）をTMG8、AsH39とそれぞれ別
個の時間に循環式に導入する。別の方法としてはTMG8と
DMSe27を同時にAsH39とは別個に交互導入することによ
って不純物添加ができる。
DMSe27（ジメチルセレン）をTMG8、AsH39とそれぞれ別
個の時間に循環式に導入する。別の方法としてはTMG8と
DMSe27を同時にAsH39とは別個に交互導入することによ
って不純物添加ができる。
尚、このときの不純物ガスとしてはDMS（ジメチル硫
黄）、H2S（硫化水素）、H2Se（セレン化水素）などを
用いることができる。
黄）、H2S（硫化水素）、H2Se（セレン化水素）などを
用いることができる。
この場合、不純物ガスの導入流量をAsH39、TMG8に比
べ、例えば10-3〜10-6程小さく取り、導入時間は0.5〜1
0秒程にすることにより、厚さ方向に所望の不純物濃度
分布を有する分子層エピタキシャル成長層が形成でき
る。また、添加する不純物ガスの量と時間を調整するこ
とにより、pn接合、不均一不純物密度分布、npn、npi
n、pnp、pnip等のバイポーラトランジスタ構造、n+i
n+、n+n-n+等の電界効果トランジスタや静電誘導トラン
ジスタ、pnpnのサイリスタ構造等を実現できることは勿
論である。
べ、例えば10-3〜10-6程小さく取り、導入時間は0.5〜1
0秒程にすることにより、厚さ方向に所望の不純物濃度
分布を有する分子層エピタキシャル成長層が形成でき
る。また、添加する不純物ガスの量と時間を調整するこ
とにより、pn接合、不均一不純物密度分布、npn、npi
n、pnp、pnip等のバイポーラトランジスタ構造、n+i
n+、n+n-n+等の電界効果トランジスタや静電誘導トラン
ジスタ、pnpnのサイリスタ構造等を実現できることは勿
論である。
ところで、以上述べてきた実施例においては、説明しな
かったが、楕円形ミラー16に光学系30を取り付け、その
外部に水銀ランプ、重水素ランプ、Xeランプ、エキシマ
ーレーザ、Arレーザ等の光源31を設け、波長180〜600nm
の光を基板12に照射するようにしてもよい。このように
した場合には、表面泳動等の表面反応が波長10〜600nm
の光で促進され基板温度を下げ、更に高品質の単結晶を
成長させることができるようになる。勿論、光学系30,
光源31を省略してもそれなりの作用効果が得られること
は言う迄もない。
かったが、楕円形ミラー16に光学系30を取り付け、その
外部に水銀ランプ、重水素ランプ、Xeランプ、エキシマ
ーレーザ、Arレーザ等の光源31を設け、波長180〜600nm
の光を基板12に照射するようにしてもよい。このように
した場合には、表面泳動等の表面反応が波長10〜600nm
の光で促進され基板温度を下げ、更に高品質の単結晶を
成長させることができるようになる。勿論、光学系30,
光源31を省略してもそれなりの作用効果が得られること
は言う迄もない。
また、以上の実施例において、結晶成長に用いるガスは
主にGaAsについて説明してたが、InP、AlP、GaP等のIII
−Ｖ族化合物に適用できることは勿論である。Ga1-xAlx
As、Ga1-xAlxAs1-yPy等の混晶でも良い。また、基板はG
aAsに限らず他の化合物基板に成長させるヘテロエピタ
キシャル成長等でも良い。
主にGaAsについて説明してたが、InP、AlP、GaP等のIII
−Ｖ族化合物に適用できることは勿論である。Ga1-xAlx
As、Ga1-xAlxAs1-yPy等の混晶でも良い。また、基板はG
aAsに限らず他の化合物基板に成長させるヘテロエピタ
キシャル成長等でも良い。
更に、以上の実施例では化合物半導体を例に説明してき
たが、本発明はこれに限らず、IV族のような単一元素か
ら成る元素半導体であっても良好な結晶成長をすること
ができる。この場合、例えば元素半導体がSiの場合は反
応性のガスとしてSiH2Cl2のような塩化物と、H2ガスの
組み合わせによって結晶成長を行なうことができる。
たが、本発明はこれに限らず、IV族のような単一元素か
ら成る元素半導体であっても良好な結晶成長をすること
ができる。この場合、例えば元素半導体がSiの場合は反
応性のガスとしてSiH2Cl2のような塩化物と、H2ガスの
組み合わせによって結晶成長を行なうことができる。
〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、基板を加熱する熱源を超
高真空成長槽の外部に設けるようにしたもので、成長槽
内部からヒーター等の結晶成長に必要のない部材を除く
ことできる。これにより、ヒーター加熱に伴う重金属な
どの不要なガスの放出が無くなり、純度の高い結晶が成
長できるようになる。また、成長槽内の温度検出の手段
として赤外線透過特性の異なるフィルターと温度測定用
窓を介して放射温度計を用いるようにしたので、温度検
出が非接触で行なうことができる。この結果、熱電対の
ように反応性ガスに腐触される部分がなくなり、温度検
出器の寿命が延びると共に、直接加熱されて重金属など
の余計なガスを放出することがなくなる結果、純度の高
い結晶がガス導入一サイクルで一分子層厚みずつ成長で
きるようになることはもちろん、フィルターによって基
板加熱用ランプの長波長側の赤外線が遮断され、基板の
純粋な輻射赤外線のみが放射温度計に入るので、きわめ
て正確な温度測定・温度制御が可能になる。
高真空成長槽の外部に設けるようにしたもので、成長槽
内部からヒーター等の結晶成長に必要のない部材を除く
ことできる。これにより、ヒーター加熱に伴う重金属な
どの不要なガスの放出が無くなり、純度の高い結晶が成
長できるようになる。また、成長槽内の温度検出の手段
として赤外線透過特性の異なるフィルターと温度測定用
窓を介して放射温度計を用いるようにしたので、温度検
出が非接触で行なうことができる。この結果、熱電対の
ように反応性ガスに腐触される部分がなくなり、温度検
出器の寿命が延びると共に、直接加熱されて重金属など
の余計なガスを放出することがなくなる結果、純度の高
い結晶がガス導入一サイクルで一分子層厚みずつ成長で
きるようになることはもちろん、フィルターによって基
板加熱用ランプの長波長側の赤外線が遮断され、基板の
純粋な輻射赤外線のみが放射温度計に入るので、きわめ
て正確な温度測定・温度制御が可能になる。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体結晶成長装置の
構成図、第２図は第１図における窓材の対波長透過特性
図、第３図は本発明の他の実施例に係る半導体結晶成長
装置の構成図、第４図は本願発明者が先に開発した半導
体結晶成長装置の構成図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排気装置、
4,5,22,23……ノズル、6,7,24,25……バルブ、8,9,26,2
7……原料ガス、10……ヒーター、11……熱電対、12…
…基板、13……圧力計、14……サセプター、15……ラン
プ、16……楕円形ミラー、17……石英板、18……板ガラ
スフィルター、19……サファイヤー窓、20……放射温度
計、21……温度制御装置、30……光学系、31……光源。
構成図、第２図は第１図における窓材の対波長透過特性
図、第３図は本発明の他の実施例に係る半導体結晶成長
装置の構成図、第４図は本願発明者が先に開発した半導
体結晶成長装置の構成図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排気装置、
4,5,22,23……ノズル、6,7,24,25……バルブ、8,9,26,2
7……原料ガス、10……ヒーター、11……熱電対、12…
…基板、13……圧力計、14……サセプター、15……ラン
プ、16……楕円形ミラー、17……石英板、18……板ガラ
スフィルター、19……サファイヤー窓、20……放射温度
計、21……温度制御装置、30……光学系、31……光源。
フロントページの続き (71)出願人 999999999 鈴木 壮兵衛 宮城県仙台市霊屋下１番３号 (72)発明者 西澤 潤一 宮城県仙台市米ヶ袋１丁目６番16号 (72)発明者 阿部 仁志 宮城県仙台市緑ヶ丘１−22―11 (72)発明者 鈴木 壮兵衛 宮城県仙台市霊屋下１番３号 (56)参考文献 特開 昭55−130896（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−9589（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】成長すべき表面を上向きにした半導体基板
を保持するサセプターと、該サセプターをその内部に保
持した成長槽と、該成長槽の一部に接続されたゲートバ
ルブと、該ゲートバルブを介して前記成長槽を真空排気
するための排気装置と、前記成長槽外部から前記半導体
基板表面に関して活性な原料ガスのみを導入する少なく
共２本のノズルと、前記成長槽の上部を気密に遮蔽する
第１の光透過窓と、該第１の光透過窓の上部に配置され
た第１の波長（λ１）以上の光を遮えぎるフィルター
と、前記成長槽の一部に設けられた第２の波長（λ２）
以上の光を遮えぎる第２の光透過窓と、前記成長槽外部
上方に設けられ前記フィルターおよび前記第１の光透過
窓を介して前記半導体基板に光照射して前記半導体基板
を加熱するためのランプと、前記フィルターおよび前記
第１の光透過窓を介して、前記半導体基板の表面に波長
180nm〜600nmの光を照射する光照射機構と、前記第２の
光透過窓を介して前記半導体基板の表面温度を検出する
放射温度計と、該放射温度計からの信号を帰還信号とし
て前記ランプの出力を制御する温度制御装置とを少なく
共備え、前記第１の波長（λ１）と第２の波長（λ２）
とが λ２＞λ１ なる関係を有し、前記放射温度計の温度検出波長帯域を
λ３〜λ４とするとき、 λ２＞λ４＞λ３＞λ１ なる関係を満足し、前記少なく共２本のノズルからの前
記原料ガスの交互導入と前記排気装置による真空排気の
みにより、前記半導体基板表面上での交換表面反応を実
現し、該交換表面反応の一サイクルにつき少なく共一分
子層の半導体結晶を成長する動作を周期的に繰り返し、
所望の膜厚を単分子層の単位で形成することを特徴とす
る半導体結晶成長装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153979A JPH0766910B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体単結晶成長装置 |
| GB08518835A GB2163000B (en) | 1984-07-26 | 1985-07-25 | Apparatus for forming crystal of semiconductor |
| US06/759,098 US4806321A (en) | 1984-07-26 | 1985-07-25 | Use of infrared radiation and an ellipsoidal reflection mirror |
| FR858511519A FR2587543B1 (fr) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Dispositif pour former un cristal de semi-conducteur |
| DE19853526844 DE3526844A1 (de) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Einrichtung zum bilden eines kristalls aus einem halbleiter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153979A JPH0766910B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体単結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134929A JPS6134929A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH0766910B2 true JPH0766910B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=15574256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59153979A Expired - Fee Related JPH0766910B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体単結晶成長装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4806321A (ja) |
| JP (1) | JPH0766910B2 (ja) |
| DE (1) | DE3526844A1 (ja) |
| FR (1) | FR2587543B1 (ja) |
| GB (1) | GB2163000B (ja) |
Families Citing this family (101)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2162207B (en) | 1984-07-26 | 1989-05-10 | Japan Res Dev Corp | Semiconductor crystal growth apparatus |
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