JPH1098000A - Epitaxial growth system for semiconductor crystal - Google Patents

Epitaxial growth system for semiconductor crystal

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JPH1098000A
JPH1098000A JP22969597A JP22969597A JPH1098000A JP H1098000 A JPH1098000 A JP H1098000A JP 22969597 A JP22969597 A JP 22969597A JP 22969597 A JP22969597 A JP 22969597A JP H1098000 A JPH1098000 A JP H1098000A
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Toru Kurabayashi
徹 倉林
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system which can uniformly grow a thin film on a substrate with a high step coverage and is suitable for growing a thin film on the side wall of a recessed or projecting section, and then, can grow a semiconductor crystal having high crystallinity at a low temperature by preventing the redistribution of impurities. SOLUTION: At the time of growing a semiconductor crystal on a crystalline substrate 3 one monomolecular layer by one monomolecular layer by guiding gas introducing nozzles 11-13 closely to the substrate 3 and alternately blowing gaseous starting materials from gas ports 11d-11f in pulse-like states, the nozzles 11-13 adjusted so that the conductances from a gas introducing port 11g to the gas ports 11 can become equal to each other and, at the same time, the nozzles 11-13 are made of a transparent material. In addition, the front end section of each gas port is formed in a flat shape so that at leaks one kind of gaseous starting material 'can be excited by light by projecting light having a prescribed wavelength upon the gas before the gas reaches the pipe-like gas port of the corresponding nozzle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体結晶のエピタ
キシャル成長装置に係り、特に真空排気された成長室で
半導体結晶をエピタキシャル成長させる装置に関する。
The present invention relates to an apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal, and more particularly to an apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal in a evacuated growth chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体結晶のエピタキシャル成長
法としては、常圧乃至は減圧された雰囲気下で成長を行
わせる気相法が広く知られている。この気相法は装置が
簡単で量産性に優れているが、膜厚の制御に関しては限
界があるため、単分子オーダーの膜厚制御性は有してい
ない。このため、例えばテラヘルツ帯で動作可能な静電
誘導トランジスタ(SIT)などの超高周波デバイス
や、超格子(SL)デバイスは、単分子オーダーの膜厚
制御が必要であるので、従来の気相法によっては製造す
ることが困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for epitaxially growing a semiconductor crystal, a vapor phase method in which the semiconductor crystal is grown under a normal or reduced pressure atmosphere is widely known. Although the gas phase method has a simple apparatus and is excellent in mass productivity, there is a limit in controlling the film thickness, so that the film thickness controllability on the order of a single molecule is not provided. For this reason, ultrahigh-frequency devices such as electrostatic induction transistors (SIT) that can operate in the terahertz band and superlattice (SL) devices require the control of the film thickness on the order of single molecules, and therefore, the conventional gas phase method. Some were difficult to manufacture.

【0003】一方、高真空中で成長を行わせるエピタキ
シャル成長法、例えば分子線エピタキシー(MBE)
は、オングストロームオーダーの膜厚制御が可能であっ
て、高度の膜厚制御を必要とする前記デバイスの製造に
好適であり、実用化のため種々の研究が行われている。
該MBEにおいては、原料を加熱蒸発させて原料ガスと
し、この原料ガスの分子をビーム状にして基板上に蒸着
させることにより、エピタキシャル成長を行わせる。こ
の場合、高真空中での入射分子線の運動は指向性が強
く、大面積基板での成長が不均一になりやすいので、基
板を回転させながら成長を行わせることにより結晶成長
の均一性を向上させる方法が採られているが、このため
に装置全体が複雑化し、しかも高価になってしまう。ま
た、基板に入射する分子線が遮蔽物により遮断される
と、基板の遮蔽された部分では結晶成長が行われ得ない
ことから、凹凸を有する基板の場合には、基板に入射す
る分子線に対して該凹凸で遮蔽される基板部分、特に側
壁部分では、結晶成長が全く行われないか、極めて不均
一な結晶成長となってしまう。これは、室温でガス状分
子であるアルキル金属化合物を用いるMO−MBEにお
いても同様である。
On the other hand, an epitaxial growth method of growing in a high vacuum, for example, molecular beam epitaxy (MBE)
Is capable of controlling the film thickness on the order of angstroms, is suitable for the manufacture of the device requiring a high degree of film thickness control, and various studies have been conducted for practical use.
In the MBE, a source material is heated and evaporated to form a source gas, and molecules of the source gas are deposited in a beam form on a substrate, thereby performing epitaxial growth. In this case, the motion of the incident molecular beam in a high vacuum has a strong directivity, and the growth on a large-area substrate tends to be non-uniform. Although a method for improving the performance is adopted, the entire device becomes complicated and expensive. Also, if a molecular beam incident on the substrate is blocked by a shield, crystal growth cannot be performed in the shielded portion of the substrate. On the other hand, crystal growth is not performed at all on the substrate portion, particularly the side wall portion, which is shielded by the unevenness, or the crystal growth becomes extremely uneven. This is the same in MO-MBE using an alkyl metal compound that is a gaseous molecule at room temperature.

【0004】また、高真空中で成長を行わせるエピタキ
シャル成長法の一つである分子層エピタキシー(ML
E)は、III −V族化合物の結晶成長においてIII 族化
合物ガスとV族化合物ガスとを交互に結晶基板上に導入
し、結晶を単分子層ずつ成長させる方法である(例えば
西澤潤一他の論文〔J. Nishizawa, H. Abe and T. Kura
bayashi; J. Electrochem. Soc.132(1985) pp1197〜12
00〕参照)。この方法によれば、化合物ガスの吸着及び
表面反応を利用し、例えばIII −V族結晶の場合、III
族化合物ガスとV族化合物ガスの一回ずつの導入で単分
子膜成長層が得られる。これは、化合物ガスの単分子層
吸着を利用しているために、導入ガスの圧力が変化して
もある圧力範囲で常に単分子層ずつの成長が起こること
による。この方法では、GaAsの結晶成長において、
従来アルキルガリウムであるトリメチルガリウム(TM
G)及びヒ素の水素化合物であるアルシン(AsH3
を用いていたが、TMGの代わりにアルキルガリウムで
あるトリエチルガリウム(TEG)を用いることによ
り、高純度GaAs成長層がより低温での成長によって
得られる(例えば、西澤潤一他の論文〔J. Nishizawa,
H. Abe, T. Kurabayashiand N. Sakurai; J. Vac. Sci.
Technol.A Vol. 4 (3), (1986) pp706〜710 〕参
照)。この方法によれば、約300℃の成長温度で平坦
な表面の高純度単結晶薄膜が得られる。
Further, molecular layer epitaxy (ML), which is one of epitaxial growth methods for growing in a high vacuum.
E) is a method in which a group III compound gas and a group V compound gas are alternately introduced onto a crystal substrate in the crystal growth of a group III-V compound, and the crystal is grown in monomolecular layers (for example, Junichi Nishizawa et al. Dissertation (J. Nishizawa, H. Abe and T. Kura
bayashi; J. Electrochem. Soc. 132 (1985) pp1197〜12
00]). According to this method, a compound gas is adsorbed and a surface reaction is utilized.
A monomolecular film growth layer can be obtained by introducing the group compound gas and the group V compound gas once each. This is due to the fact that monomolecular layer growth always occurs within a certain pressure range even when the pressure of the introduced gas changes, because monolayer adsorption of the compound gas is used. According to this method, in the GaAs crystal growth,
The conventional alkyl gallium, trimethylgallium (TM
G) and arsine (AsH 3 ) which is a hydrogen compound of arsenic
However, by using triethylgallium (TEG), which is an alkyl gallium, instead of TMG, a high-purity GaAs growth layer can be obtained by growth at a lower temperature (for example, J. Nishizawa et al. [J. Nishizawa et al. ,
H. Abe, T. Kurabayashiand N. Sakurai; J. Vac. Sci.
Technol.A Vol. 4 (3), (1986) pp. 706-710]). According to this method, a high-purity single crystal thin film having a flat surface can be obtained at a growth temperature of about 300 ° C.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したM
BEにより良質の結晶を得るためには、成長温度を50
0〜600℃の高温に設定する必要があるが、急峻な不
純物プロファイルを実現しようとする場合には高い成長
温度による不純物プロファイルの再分布が問題になって
くる。また、蒸着法に基づいていることから、成長膜の
化学量論的組成からの逸脱やオーバル欠陥という結晶欠
陥の発生等の問題も生じることとなる。
The above-mentioned M
In order to obtain good quality crystals by BE, a growth temperature of 50
Although it is necessary to set the temperature to a high temperature of 0 to 600 ° C., when realizing a steep impurity profile, redistribution of the impurity profile due to a high growth temperature becomes a problem. In addition, since it is based on the vapor deposition method, problems such as deviation from the stoichiometric composition of the grown film and generation of crystal defects such as oval defects also occur.

【0006】一方、MLEでは、MBEよりも低温での
成長が可能であると共に、膜厚制御性においても優れて
いることが明らかであるが、以下に述べるようにいくつ
かの問題点を含んでいる。即ち、MLEでは単分子層の
成長が基本であるため結晶成長の均一性がよく、例えば
3元化合物半導体の一つであるAlx Ga1-x Asの成
長ではIII 族アルキル金属化合物としてトリメチルガリ
ウム(TMG)とトリメチルアルミニウム(TMA)
が、V族水素化合物としてアルシン(AsH3 )が用い
られる。また、メチル系アルキル金属化合物を用いる
と、結晶基板の面方位による成長厚さの依存性が大きく
なる。例えば(100)面には一分子層単位で成長して
も、(100)面に設けられた溝部の側壁の(111)
面等の他の面方位には成長しないか又は成長速度が非常
に小さいことがある。さらにエチル系アルキル金属化合
物、例えばトリエチルアルミニウム(TEA),トリエ
チルガリウム(TEG)を用いると面方位依存性は小さ
く、ある条件下では殆どなくなってしまうが、この場
合、導入ガス分子の入射方向による指向性が発現するこ
ととなる。また、ガス分子の入射方向の指向性をなくす
と真空容器内壁にガス分子が衝突し、不純物を放出させ
るので成膜した膜の純度が低下する。
On the other hand, it is clear that the MLE can grow at a lower temperature than the MBE and is also excellent in the controllability of the film thickness. However, the MLE has some problems as described below. I have. That is, in MLE, the growth of a monomolecular layer is fundamental, so that the crystal growth is uniform. For example, in the growth of Al x Ga 1 -x As, which is one of the ternary compound semiconductors, trimethylgallium is used as a group III alkyl metal compound. (TMG) and trimethyl aluminum (TMA)
However, arsine (AsH 3 ) is used as a group V hydrogen compound. When a methyl-based alkyl metal compound is used, the dependence of the growth thickness on the plane orientation of the crystal substrate increases. For example, even if a single molecular layer is grown on the (100) plane, (111) of the side wall of the groove provided on the (100) plane
It may not grow on other plane orientations, such as a plane, or the growth rate may be very low. Further, when an ethyl-based alkyl metal compound such as triethylaluminum (TEA) or triethylgallium (TEG) is used, the dependence on the plane orientation is small and is almost eliminated under certain conditions. Sex will be expressed. Further, when the directivity of the incident direction of the gas molecules is lost, the gas molecules collide with the inner wall of the vacuum vessel and release impurities, so that the purity of the formed film is reduced.

【0007】本発明は以上の点に鑑み、前述したMLE
において、大面積基板又は凹凸を有する基板の場合に
も、これらの基板上に均一でしかもステップカバレージ
の良好な薄膜成長を行わせることの可能な、特に凹部又
は凸部によって形成される側壁部分への薄膜成長に有効
であるとともに、不純物の再分布を防ぎ、良好な結晶性
を有する低温結晶成長が可能な半導体結晶のエピタキシ
ャル成長装置を提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention has been made in consideration of the above-described MLE.
In the case of a large area substrate or a substrate having irregularities, it is possible to grow a thin film uniformly and with good step coverage on these substrates, particularly to a side wall portion formed by a concave portion or a convex portion. It is an object of the present invention to provide an apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal which is effective for growing a thin film, prevents redistribution of impurities, and is capable of low-temperature crystal growth having good crystallinity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項1
に記載の発明によれば、成長室外部に設けられた、複数
種類の原料ガスの各原料ガス源から、それぞれガス導入
用のノズルを、真空排気された成長室内に設置した結晶
基板近くまで導入配管し、各原料ガスをノズルの各ガス
噴出口よりパルス状に交互に噴出させて結晶基板上に半
導体結晶を単分子層ずつエピタキシャル成長させる装置
において、上記ノズルをガス導入口から複数のガス噴出
口までのコンダクタンスが等しくなるようし、且つ、該
ノズルを透明に形成すると共に、複数のガス噴出口の各
先端部を扁平形状に形成し、少なくとも一種類の原料ガ
スを上記ガス噴出口から噴出させる前に上記透明のノズ
ルに対して所定波長の光を照射することにより、該原料
ガスを光励起するようにしたことにより達成される。
The above object is achieved by the present invention.
According to the invention described in the above, from each of the source gas sources of a plurality of types of source gases provided outside the growth chamber, a nozzle for introducing a gas is introduced to the vicinity of the crystal substrate installed in the evacuated growth chamber. In a device in which each source gas is alternately ejected in a pulsed manner from each gas ejection port of a nozzle to epitaxially grow a semiconductor crystal on a crystal substrate by a single molecular layer, the nozzle is connected to a plurality of gas ejection ports from a gas introduction port. And the nozzles are formed transparent, and the tips of a plurality of gas outlets are formed in a flat shape, and at least one type of source gas is ejected from the gas outlets. This is achieved by previously irradiating the transparent nozzle with light of a predetermined wavelength to excite the source gas.

【0009】さらに、請求項2に記載の発明によれば、
光を透過させる材料からなる円板状ノズルと、この円板
状ノズルの下面に設けた複数のパイプ状のガス噴出口と
を有しており、少なくとも一種類の原料ガスを上記パイ
プ状ガス噴出口から噴出させる前に上記ノズルに対して
所定波長の光を照射することにより、該原料ガスを光励
起するようにしたことを特徴とするものである。
Further, according to the second aspect of the present invention,
It has a disc-shaped nozzle made of a material that transmits light, and a plurality of pipe-shaped gas ejection ports provided on the lower surface of the disc-shaped nozzle. The material gas is light-excited by irradiating the nozzle with light having a predetermined wavelength before jetting from the outlet.

【0010】本発明によれば、原料ガスが複数の偏平形
状のガス噴出口を介して指向性を有しつつ複数の方向か
ら結晶基板に向けて噴出され、直接結晶基板上に到達す
ることにより、従来の一方向から原料ガスを導入するよ
りも均一な原料ガスの供給が行われ得るので、大面積の
結晶基板上においても均一なステップカバレージが容易
に得られると共に、真空容器内壁からの不純物の混入が
ない。かくしてこの発明により半導体結晶薄膜における
単分子オーダーの膜厚制御が可能となり、且つ指向性が
発現することがないので、凹凸部を有する大面積結晶基
板上であってもこれらの凹凸部においても均一な高純度
の結晶成長が可能である。
According to the present invention, the source gas is ejected from a plurality of directions toward the crystal substrate while having directivity through a plurality of flat gas ejection ports, and reaches the crystal substrate directly. Therefore, a uniform supply of the source gas can be performed as compared with the conventional case where the source gas is introduced from one direction, so that a uniform step coverage can be easily obtained even on a large-sized crystal substrate, and impurities from the inner wall of the vacuum vessel can be obtained. No contamination. Thus, according to the present invention, it is possible to control the thickness of the semiconductor crystal thin film on the order of a single molecule, and since no directivity is exhibited, the uniformity can be obtained even on a large-area crystal substrate having an uneven portion. High-purity crystal growth is possible.

【0011】また、発明によれば、原料ガスをパイプ状
ガス噴出口から噴出させる前に、原料ガスに所定波長の
光を照射することにより、原料ガスのガス分子が光励起
によりラジカル状態にされるため、ラジカル状態の分子
を利用した分子層エピタキシーが可能となり、より低温
での結晶成長が可能となる。このため、ノズルは使用す
る光の波長に対し赤外光,可視光及び紫外光に対して透
明な材質で作られ、ガス噴出口の手前のガス分子が高濃
度で存在する領域で光照射されるとともに、透明ノズル
を透過した光が結晶成長の結晶基板表面に光照射され、
表面反応を光励起できることになる。したがって、本発
明によれば原料ガス分子を効率良く光励起し、さらに同
時に結晶基板上での表面反応を光励起することにより結
晶成長温度を低温化することができ、良質の半導体結晶
のエピタキシャル成長を行い得る装置を提供し得ること
になる。
Further, according to the present invention, before the source gas is ejected from the pipe-shaped gas outlet, the source gas is irradiated with light having a predetermined wavelength, whereby the gas molecules of the source gas are turned into a radical state by photoexcitation. Therefore, molecular layer epitaxy using molecules in a radical state becomes possible, and crystal growth at a lower temperature becomes possible. For this reason, the nozzle is made of a material that is transparent to infrared light, visible light, and ultraviolet light with respect to the wavelength of the light to be used, and is irradiated with light in a region where gas molecules in front of the gas ejection port are present at a high concentration. At the same time, the light transmitted through the transparent nozzle is irradiated on the surface of the crystal substrate for crystal growth,
The surface reaction can be photoexcited. Therefore, according to the present invention, the crystal growth temperature can be lowered by efficiently photo-exciting the source gas molecules and, at the same time, photo-exciting the surface reaction on the crystal substrate, and the epitaxial growth of a good-quality semiconductor crystal can be performed. A device could be provided.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明をIII −V族間化合
物半導体、例えばAlx Ga1-x AsのMLEに適用し
た場合について、添付図面に示した一実施形態に基づい
てさらに詳細に説明する。図1は本発明を実施するため
の分子層エピタキシー(MLE)装置の一実施例であ
る。MLE装置1は基本的には、内部を超高真空に維持
し得る結晶成長室2と、該結晶成長室2内で半導体の結
晶を成長させるための結晶基板3を保持するために備え
られた石英サセプタ4と、原料ガス、即ち成長させよう
とする結晶に必要な元素、この場合ガリウム(Ga),
アルミニウム(Al), ヒ素(As)を各々含む気体又
は気体状化合物を該結晶成長室2内へ導入するためのガ
ス導入部5と、上記結晶成長室2内をゲートバルブ6を
介して超高真空に排気するための例えば冷却トラップ,
クライオポンプ,ターボ分子ポンプ等から構成される真
空排気系7と、結晶成長室2の上部に設けられた基板加
熱用の赤外線ランプ8を内蔵したランプ室9とを含んで
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings when the present invention is applied to an MLE of a group III-V compound semiconductor, for example, Al x Ga 1 -x As. explain. FIG. 1 shows an embodiment of a molecular layer epitaxy (MLE) apparatus for carrying out the present invention. The MLE apparatus 1 is basically provided to hold a crystal growth chamber 2 capable of maintaining the inside in an ultra-high vacuum and a crystal substrate 3 for growing a semiconductor crystal in the crystal growth chamber 2. The quartz susceptor 4 and a source gas, that is, an element necessary for a crystal to be grown, in this case, gallium (Ga),
A gas introduction unit 5 for introducing a gas or a gaseous compound containing aluminum (Al) and arsenic (As) into the crystal growth chamber 2, and the inside of the crystal growth chamber 2 through a gate valve 6. For example, a cooling trap for evacuating to a vacuum,
It includes a vacuum evacuation system 7 composed of a cryopump, a turbo molecular pump, and the like, and a lamp chamber 9 provided above the crystal growth chamber 2 and having a built-in infrared lamp 8 for heating a substrate.

【0013】ガス導入部5は、各々上記結晶成長室2内
で結晶基板3に向けて配設された例えば石英,パイレッ
クスガラス,ステンレス等から成る3つのノズル11,
12,13を含んでおり、各ノズル11,12,13
は、それぞれ流量調整機構(CTL)11a,12a,
13a及びバルブ11b,12b,13bを介してガリ
ウム(Ga), アルミニウム(Al),ヒ素(As)を
含む化合物ガスのボンベ(図示せず)に接続されてい
る。上記流量調整機構11a,12a,13aは、ガス
導入モード制御システム14により、例えば図2のタイ
ムチャートに示すように制御され、これにより結晶成長
室2内に導入される原料ガスの流量,導入時間が適宜に
制御され得る。
The gas introduction unit 5 includes three nozzles 11 made of, for example, quartz, Pyrex glass, stainless steel, etc., which are disposed toward the crystal substrate 3 in the crystal growth chamber 2, respectively.
12 and 13 and each nozzle 11, 12, 13
Are flow control mechanisms (CTL) 11a, 12a,
It is connected to a compound gas cylinder (not shown) containing gallium (Ga), aluminum (Al), and arsenic (As) via 13a and valves 11b, 12b, and 13b. The flow rate adjusting mechanisms 11a, 12a, and 13a are controlled by the gas introduction mode control system 14 as shown in a time chart of FIG. 2, for example, so that the flow rate and the introduction time of the source gas introduced into the crystal growth chamber 2. Can be appropriately controlled.

【0014】各ノズル11,12,13は、それぞれ同
様の形状であり、各先端には図6に示したガス噴出口が
接続される。従来のMLE装置では、ガス噴出口は図3
に示すような一つのガス噴出口11cを備えていたが、
本発明によれば、ノズル11は例えば図4に示すように
各々結晶基板3に向けて開口している三つのパイプ状ガ
ス噴出口11d,11e,11fを備え、さらに該噴出
口の先端は図6に示すように偏平構造を形成している。
各ガス噴出口11d,11e,11fは長さが同じであ
るが、ガス導入口11gからのコンダクタンスが等しく
なるように適宜の太さに形成されており、これによって
先端部に偏平構造を有する各パイプ状ガス噴出口11
d,11e,11fからの同量の原料ガスが導入される
ように構成されている。
Each of the nozzles 11, 12, and 13 has the same shape, and a gas ejection port shown in FIG. 6 is connected to each tip. In the conventional MLE device, the gas ejection port is shown in FIG.
Was provided with one gas ejection port 11c as shown in FIG.
According to the present invention, the nozzle 11 includes, for example, three pipe-shaped gas outlets 11d, 11e, and 11f each opening toward the crystal substrate 3, as shown in FIG. As shown in FIG. 6, a flat structure is formed.
Each gas outlet 11d, 11e, 11f has the same length, but is formed to have an appropriate thickness so that the conductance from the gas inlet 11g is equal. Pipe-shaped gas outlet 11
It is configured such that the same amount of source gas from d, 11e, and 11f is introduced.

【0015】また、ノズル11は、例えば図5に示すよ
うに環状通路11hの内側に複数のガス噴出のためのパ
イプ状ガス噴出口、即ち管部11iを形成し、各管部1
1iの太さは同量の原料ガスがこれらを通って導入され
るように選定されている。また、ガス噴出口の形状は、
図6に示すように偏平構造に形成されている。これによ
り、結晶基板3上での原料ガスの分布がより均一にな
り、大面積の結晶基板を使用した場合でもその全体に亘
って均一なステップカバレージが得られることになる。
尚、図6に示すようにパイプ状ガス噴出口の先端部は横
方向につぶれた形状又は楕円形状のように偏平に形成さ
れており、この偏平形状によってパイプ状ガス噴出口か
ら噴出されるガス分子が横方向に広がることにより、結
晶基板3上に供給されるガスの面内分布がより均一とな
り、一層大面積の結晶基板上に結晶成長させることが可
能となる。
Further, as shown in FIG. 5, for example, as shown in FIG. 5, the nozzle 11 forms a pipe-shaped gas ejection port for ejecting a plurality of gases inside the annular passage 11h, that is, a pipe portion 11i.
The thickness of 1i is selected such that the same amount of source gas is introduced through them. The shape of the gas outlet is
As shown in FIG. 6, it is formed in a flat structure. As a result, the distribution of the source gas on the crystal substrate 3 becomes more uniform, and even when a large-area crystal substrate is used, uniform step coverage can be obtained over the entire substrate.
As shown in FIG. 6, the tip of the pipe-shaped gas jet is flattened in a laterally crushed or elliptical shape, and the gas ejected from the pipe-shaped gas jet is formed by this flat shape. By spreading the molecules in the lateral direction, the in-plane distribution of the gas supplied onto the crystal substrate 3 becomes more uniform, and it becomes possible to grow crystals on a crystal substrate having a larger area.

【0016】本発明による実施例は以上のように構成さ
れており、このMLE装置1を使用してAlx Ga1-x
Asの結晶成長を行わせる場合、以下の手順により行
う。先ず、MLE装置1の結晶成長室2内の石英サセプ
タ4上に結晶基板3をセットし、ゲートバルブ6を介し
て真空排気系7により結晶成長室2内を10-8〜10
-10 Torr程度の圧力になるまで真空排気する。次に、赤
外線ランプ8を点灯させて結晶基板3を所定の温度に加
熱して一定温度、例えば250〜500℃の範囲に保持
する。続いて、各原料ガス、即ちガリウム(Ga), ア
ルミニウム(Al),ヒ素(As)を含む化合物ガス
を、ガス導入モード制御システム14により制御される
流量調整機構11a,12a,13aの作用により所定
流量で各ノズル11,12,13に流す。図4に示す実
施例の場合、ノズルの先端に設けられたガス噴出口(図
6に示す偏平構造)から結晶基板3上に向けて噴出させ
る。その際、例えばガリウム(Ga)を含む化合物ガス
としてトリエチルガリウム(TEG),アルミニウム
(Al)を含む化合物ガスとしてトリイソブチルアルミ
ニウム(TIBA),ヒ素(As)を含む化合物ガスと
してアルシン(AsH3)を使用する。ここで、ガス導
入モード制御システム14により制御されるガス制御モ
ードは、図2に示すように、Alを含む化合物ガスの導
入待ち時間t0 及び導入時間t1 、Gaを含む化合物ガ
スの導入待ち時間t2 及び導入時間t3 、Asを含む化
合物ガスの導入待ち時間t4 及び導入時間t5 で、一連
の原料ガス導入のための1サイクルに要する時間t6
なるように設定されており、このガス導入モードによ
り、数オングストロームのAlx Ga1-x Asの単結晶
薄膜が結晶成長することになる。
The embodiment according to the present invention is configured as described above, and using this MLE apparatus 1, Al x Ga 1 -x
When the As crystal is grown, the following procedure is performed. First, set the crystal substrate 3 on the quartz susceptor 4 in MLE device a crystal growing chamber 2 of 1, the crystal growth chamber 2 in a 10-8 by the vacuum evacuation system 7 via a gate valve 6
Evacuate to a pressure of about -10 Torr. Next, the infrared lamp 8 is turned on to heat the crystal substrate 3 to a predetermined temperature and to maintain the crystal substrate 3 at a constant temperature, for example, in the range of 250 to 500 ° C. Subsequently, each source gas, that is, a compound gas containing gallium (Ga), aluminum (Al), and arsenic (As) is supplied to a predetermined amount by the action of the flow rate adjusting mechanisms 11a, 12a, and 13a controlled by the gas introduction mode control system 14. The liquid flows through the nozzles 11, 12, and 13 at a flow rate. In the case of the embodiment shown in FIG. 4, gas is ejected from the gas ejection port (flat structure shown in FIG. 6) provided at the tip of the nozzle onto the crystal substrate 3. At that time, for example, gallium (Ga) triethyl gallium (TEG) as the compound gas containing, aluminum (Al) of triisobutylaluminum as the compound gas containing (TIBA), arsine as a compound gas containing arsenic (As) (AsH 3) use. Here, the gas control mode controlled by the gas introduction mode control system 14 is, as shown in FIG. 2, the introduction waiting time t 0 and the introduction time t 1 of the compound gas containing Al, and the introduction waiting time of the compound gas containing Ga. The time t 2 and the introduction time t 3 , and the introduction waiting time t 4 and the introduction time t 5 of the compound gas containing As are set to be the time t 6 required for one cycle for introducing a series of source gases. In this gas introduction mode, a single-crystal thin film of Al x Ga 1 -x As of several angstroms grows.

【0017】尚、上記ガス導入モードにおいては、Al
を含む化合物ガスのガス導入圧力は10-6〜10-4Tor
r,Gaを含む化合物ガスのガス導入圧力は10-6〜1
-4Torr,Asを含む化合物ガスのガス導入圧力は10
-5〜10-3Torrであり、t 0=0〜5秒, t1 =0〜6
秒, t 2 =0〜5秒, t 3 =1〜6秒, t 4 =0〜5
秒, t 5 =5〜20秒, t 6 =6〜47秒に設定されて
いる。かくして、このガス導入モードの1サイクルによ
り得られるAlx Ga1-x Asの結晶成長の膜厚は、1
〜10Åの範囲である。従って、1分子層の値は(10
0)面にて約2.8Å, (111)面にて約3.3Åで
あるから、各原料ガスのガス導入圧力及び導入時間を適
宜に選定することによって、1サイクルのガス導入によ
り1分子層の結晶成長が容易に達成される。また、Al
x Ga1-x AsのAlの組成xも、同様に各原料ガスの
ガス導入圧力及び導入時間を適宜に選定することによ
り、0<x<1の範囲で任意に選択可能である。
In the gas introduction mode, Al
Gas introduction pressure of the compound gas containing is 10 -6 to 10 -4 Tor
The gas introduction pressure of the compound gas containing r and Ga is 10 -6 to 1
The gas introduction pressure of the compound gas containing 0 -4 Torr and As is 10
-5 to 10 -3 Torr, t 0 = 0 to 5 seconds, t 1 = 0 to 6
Seconds, t 2 = 0 to 5 seconds, t 3 = 1 to 6 seconds, t 4 = 0 to 5
Seconds, t 5 = 5-20 seconds, t 6 = 6-47 seconds. Thus, the film thickness of the crystal growth of Al x Ga 1 -x As obtained by one cycle of this gas introduction mode is 1
The range is from 10 to 10 °. Therefore, the value of one molecular layer is (10
Since it is about 2.8 ° on the (0) plane and about 3.3 ° on the (111) plane, by appropriately selecting the gas introduction pressure and introduction time of each raw material gas, one molecule of gas can be obtained by one cycle of gas introduction. Crystal growth of the layer is easily achieved. Also, Al
Similarly, the Al composition x of x Ga 1-x As can be arbitrarily selected in the range of 0 <x <1 by appropriately selecting the gas introduction pressure and the introduction time of each source gas.

【0018】図7は、本発明によるMLE法において結
晶成長の膜厚の面内分布を評価する目的で使用した結晶
基板3の構造の一例を示しており、結晶基板3は、15
mm×15mmの大きさのGaAs結晶基板31の表面に、
SiH4 とNH3 を用いてプラズマCVD法によりSi
3 4 膜32を形成し、幅200μm,膜厚1000〜
2000Å, 間隔800μmのメッシュ状にパターニン
グしたものであり、該Si3 4 膜32により画成され
た正方形のGaAs結晶基板表面33を縦方向にAから
L,横方向に1から11と符号を付す。この結晶基板3
を使用して、基板温度380℃、TEG,AsH3 の導
入圧力3×10-6Torr,2×10-4Torrで、ガス導入モ
ードを(10″,2″,2″,2″)、即ちAsH3
入時間を10秒に、AsH3 排気時間を2秒に、TEG
導入時間を2秒に、TEG排気時間を2秒として、図4
に示したノズルにより、1200サイクルの原料ガス導
入を行い、結晶成長の膜厚を接触型段差計により測定し
たところ、図8に示すような結晶成長の膜厚分布が得ら
れた。これにより、15mm×15mmの大きさの基板にお
いて、±2%以内の結晶成長の膜厚分布が達成され得る
ことが判った。
FIG. 7 shows an example of the structure of the crystal substrate 3 used for evaluating the in-plane distribution of the film thickness of crystal growth in the MLE method according to the present invention.
On the surface of a GaAs crystal substrate 31 having a size of mm × 15 mm,
SiH 4 and NH 3 using plasma CVD
A 3 N 4 film 32 is formed, and has a width of 200 μm and a thickness of 1000 to 1000 μm.
The square GaAs crystal substrate surface 33 defined by the Si 3 N 4 film 32 is denoted by A to L in the vertical direction and 1 to 11 in the horizontal direction. Attach. This crystal substrate 3
At a substrate temperature of 380 ° C., an introduction pressure of TEG and AsH 3 of 3 × 10 −6 Torr and 2 × 10 −4 Torr, and a gas introduction mode of (10 ″, 2 ″, 2 ″, 2 ″), That is, the AsH 3 introduction time is 10 seconds, the AsH 3 exhaust time is 2 seconds,
Assuming that the introduction time is 2 seconds and the TEG exhaust time is 2 seconds, FIG.
The raw material gas was introduced at 1200 cycles by the nozzle shown in FIG. 1, and the film thickness of the crystal growth was measured by a contact type step meter. As a result, the film thickness distribution of the crystal growth as shown in FIG. 8 was obtained. As a result, it was found that a thickness distribution of crystal growth within ± 2% can be achieved on a substrate having a size of 15 mm × 15 mm.

【0019】図8乃至図11は、上述したMLE装置1
において、例えばウェットエッチングやドライエッチン
グによりそれぞれ異なる形状の凹凸部3a,3b,3c
を形成した結晶基板3を使用して、該結晶基板上にAl
x Ga1-x As 3′の分子層エピタキシーを行った例を
示しており、いずれの場合も平面部及び側面部において
ほぼ同一の結晶成長膜厚が得られ、側面部特に図8のよ
うに下方を向いた側面部においても均一な分子層が形成
され得ることが判った。
FIGS. 8 to 11 show the MLE apparatus 1 described above.
In the above, uneven portions 3a, 3b, 3c having different shapes by, for example, wet etching or dry etching, respectively.
Is formed on the crystal substrate 3 using the crystal substrate 3 on which
FIG. 8 shows an example in which molecular layer epitaxy of x Ga 1 -x As 3 ′ is performed. In each case, almost the same crystal growth film thickness is obtained in the plane part and the side part, and as shown in FIG. It has been found that a uniform molecular layer can be formed even on the side part facing downward.

【0020】次に、図12は本発明を実施するためのM
LE装置の他の例を示しており、このMLE装置41
は、ガス導入部5のノズルが後述するように構成された
ノズル42,43,44を使用しており、これらのノズ
ル42,43,44に対して上方から同一の又は異なる
波長の光L1 , L2 , L3 を照射し得るように構成した
ことを除いては、図1のMLE装置1と同じ構成であ
り、その作用もほぼ同様である。各ノズル42,43,
44は同様の構成であり、このうちノズル42について
説明すれば、ノズル42は、石英,パイレックスガラ
ス,サファイア等により赤外光,可視光,紫外光を透過
させ得るようにほぼ円板状に形成され、その下面に複数
のパイプ状のガス噴出口42aが設けられている(図1
3参照)。
Next, FIG. 12 shows M for implementing the present invention.
This shows another example of the LE device, and this MLE device 41
Uses nozzles 42, 43, and 44 in which the nozzles of the gas introduction unit 5 are configured as described below, and light L 1 of the same or different wavelength is applied to these nozzles 42, 43, and 44 from above. , L 2 , and L 3 , except that the MLE apparatus 1 has the same configuration as the MLE apparatus 1 of FIG. 1, and its operation is substantially the same. Each nozzle 42, 43,
Reference numeral 44 denotes a similar configuration. Among them, the nozzle 42 will be described. The nozzle 42 is formed in a substantially disk shape by quartz, Pyrex glass, sapphire, or the like so as to transmit infrared light, visible light, and ultraviolet light. A plurality of pipe-shaped gas outlets 42a are provided on the lower surface thereof (FIG. 1).
3).

【0021】原料ガスの光励起の有効性は、光のエネル
ギーを原料ガスに照射することにより、活性状態のガス
分子,若しくはラジカル状態などをつくりだすことが可
能となる。したがって、従来熱エネルギーの供給により
起こしていた反応が低温でも進行することになる。これ
によって、低温成長が可能になり、不純物の再分布を抑
えるとともに結晶性の良好な半導体結晶が得られるよう
になる。さらに、原料ガスに光を照射する場合、原料ガ
スが高濃度で存在する領域、すなわちノズルのガス噴出
口の手前で光照射しているから、効率良くガス分子を光
励起できる。これはガス分子の光散乱断面積が小さいの
で、ガス分子が高濃度では効率良く光が吸収され、ガス
分子が励起されるという原理に基づいている。また、透
明ノズルを通過する光により、結晶基板上の表面反応を
光励起でき、これによっても結晶成長温度を低温化でき
る。
The effectiveness of photoexcitation of the source gas is such that, by irradiating the source gas with light energy, an active gas molecule or a radical state can be created. Therefore, the reaction which has been conventionally caused by the supply of heat energy proceeds even at a low temperature. As a result, low-temperature growth becomes possible, and redistribution of impurities is suppressed, and a semiconductor crystal with good crystallinity can be obtained. Further, when irradiating the source gas with light, the gas molecules can be efficiently excited by light since the source gas is irradiated with light in a region where the source gas is present at a high concentration, that is, before the gas outlet of the nozzle. This is based on the principle that since the light scattering cross section of gas molecules is small, light is efficiently absorbed at a high concentration of gas molecules and the gas molecules are excited. Further, the surface reaction on the crystal substrate can be photo-excited by the light passing through the transparent nozzle, which can also lower the crystal growth temperature.

【0022】このMLE装置41を使用してAlx Ga
1-x Asの結晶成長を行わせる場合、各ノズル42,4
3,44内を通過する原料ガスは、上方から該ノズル4
2,43,44内に照射される同一の又は異なる波長の
光L1 , L2 , L3 により光励起された後、パイプ状ガ
ス噴出口より結晶成長室2内に噴出され、結晶基板3上
で結晶成長反応を起こすことになる。この原料ガスの光
励起により、図1に示したMLE装置1の場合よりも低
温で結晶成長が可能になると共に、天然には存在しない
原料ガス分子のラジカル状態が光励起により生じるの
で、このラジカル状態を利用した結晶成長を行わせるこ
とができる。尚、前記ラジカル状態は一般には寿命が短
いものであるが、原料ガス分子がパイプ状ガス噴出口か
ら噴出される直前にラジカル状態にするため、該原料ガ
ス分子はラジカル状態を維持したまま結晶基板3の表面
に到達し得る。
Using this MLE device 41, Al x Ga
When performing 1-x As crystal growth, the nozzles 42, 4
The raw material gas passing through the inside of the nozzle 4
After being photo-excited by the light L 1 , L 2 , L 3 of the same or different wavelength applied to the inside of 2, 43, 44, it is ejected from the pipe-shaped gas ejection port into the crystal growth chamber 2 and on the crystal substrate 3 Causes a crystal growth reaction. The photoexcitation of the source gas enables crystal growth at a lower temperature than in the case of the MLE apparatus 1 shown in FIG. 1 and a radical state of the source gas molecule which does not exist in nature is generated by the photoexcitation. It is possible to make use of the crystal growth. Although the radical state generally has a short life, the raw material gas molecules are brought into a radical state immediately before being ejected from the pipe-shaped gas jet port. 3 surface can be reached.

【0023】尚、以上の説明においては、GaAs結晶
基板上にAlx Ga1-x Asの結晶成長を行わせる場合
について述べたが、これに限らず、例えばTMIn(ト
リメチルインジウム),TEIn(トリエチルインジウ
ム),PH3 (ホスフィン)等の原料ガスを併用するこ
とにより、GaP,InP,InAs,Inx Ga1- x
As, Inx Ga1-x P,InAsx 1-x ,GaAs
x 1-x ,Inx Ga 1-x Asy 1-y ,Alx Ga
1-x P等のIII −V族間化合物の分子層エピタキシーに
も、さらにまたDEZn(ジエチル亜鉛),DETe
(ジエチルテルル),DESe(ジエチルセレン),H2
Se(水素化セレン),H2 S(硫化水素)を使用した
ZnS,ZnTe,ZnSe,ZnSex Te1-x 等の
II−VI族間化合物の分子層エピタキシーにも応用し得る
ことは明白であり、同様の効果が得られることとなる。
In the above description, the GaAs crystal
Al on the substratexGa1-xWhen As crystal is grown
However, the present invention is not limited to this. For example, TMIn (T
Limethyl indium), TEIn (triethyl indium)
M), PHThree(Phosphine) etc.
, GaP, InP, InAs, InxGa1- x
As, InxGa1-xP, InAsxP1-x, GaAs
xP1-x, InxGa 1-xAsyP1-y, AlxGa
1-xFor molecular layer epitaxy of III-V compounds such as P
Also DEZn (diethyl zinc), DETe
(Diethyl tellurium), DESe (diethyl selenium), HTwo
Se (hydrogenated selenium), HTwoS (hydrogen sulfide) used
ZnS, ZnTe, ZnSe, ZnSexTe1-xEtc.
Applicable to molecular layer epitaxy of II-VI compounds
It is clear that a similar effect can be obtained.

【0024】また上述した分子層エピタキシーにおいて
は、例えばIII −V族間化合物半導体におけるドーピン
グの場合は、ドーパントとしてSiやII族及びVI族元素
を使用し、これらをSi2 6 , DEZn,DETe,
DESe,H2 Se,H2 S等の化合物ガスを前記本発
明のノズルを介して結晶成長室内に導入することにより
得るようにすれば、ドーパントの面内分布の均一性が著
しく向上することになる。
In the above-described molecular layer epitaxy, for example, in the case of doping in a group III-V compound semiconductor, Si, a group II or a group VI element is used as a dopant, and these are used as Si 2 H 6 , DEZn, DETe. ,
If a compound gas such as DESe, H 2 Se, or H 2 S is introduced into the crystal growth chamber through the nozzle of the present invention, the uniformity of the in-plane distribution of the dopant is significantly improved. Become.

【0025】さらにまた、SiCl4 ,SiHCl3
SiH2 Cl2 ,Sih3 Cl,SiH4 等のSi化合
物ガスとH2 ,HCl等のガスを交互に導入し、単結晶
Siを一分子層ずつ結晶成長させるようにしたSi分子
層エピタキシーにおいても、本発明による結晶成長法に
よって、各分子層成長膜の膜厚の面内分布の均一性が著
しく向上することになる。
Further, SiCl 4 , SiHCl 3 ,
In Si molecular layer epitaxy in which Si compound gases such as SiH 2 Cl 2 , Sih 3 Cl and SiH 4 and gases such as H 2 and HCl are alternately introduced to grow single crystal Si one by one. According to the crystal growth method of the present invention, the uniformity of the in-plane distribution of the film thickness of each molecular layer growth film is remarkably improved.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上述べたように請求項1に記載の発明
によれば、原料ガスに光を照射する場合、原料ガスが高
濃度で存在する領域、すなわちノズルのガス噴出口の手
前で光照射するようにしているから、効率よくガス分子
を光励起することができる。また、ノズルを透明に形成
したので、この透明なノズルを透過する光により、結晶
基板上の表面反応を光励起することができ、これにより
結晶成長温度を低温化し得る。さらに、ガス噴出口が偏
平形状に形成されているので、原料ガスが真空容器内壁
と衝突することがないため、不純物を含まない高純度の
結晶が可能となる。また、三元系混晶半導体を分子層エ
ピタキシーにより結晶成長させる場合においても、例え
ばAlx Ga1-x Asの結晶成長ではAlの組成xの値
の面内分布の均一性が著しく向上することとなる。かく
して本発明によれば、半導体結晶薄膜における単分子オ
ーダーの膜厚制御が可能となり、且つ指向性が発現する
ことがないので、凹凸部がある大面積結晶基板上であっ
てもこれらの凹凸部においても均一な結晶成長が可能で
ある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, when irradiating the source gas with light, the light is irradiated in a region where the source gas exists at a high concentration, that is, in front of the gas outlet of the nozzle. Since irradiation is performed, gas molecules can be efficiently photoexcited. Further, since the nozzle is formed to be transparent, the surface reaction on the crystal substrate can be photo-excited by the light transmitted through the transparent nozzle, whereby the crystal growth temperature can be lowered. Further, since the gas outlet is formed in a flat shape, the raw material gas does not collide with the inner wall of the vacuum vessel, so that a high-purity crystal containing no impurities can be obtained. Further, even in the case of growing a ternary mixed crystal semiconductor by molecular layer epitaxy, for example, in the case of crystal growth of Al x Ga 1 -x As, the uniformity of the in-plane distribution of the value of the Al composition x is significantly improved. Becomes Thus, according to the present invention, it is possible to control the thickness of the semiconductor crystal thin film on the order of single molecules, and the directivity does not appear. , Uniform crystal growth is possible.

【0027】また、請求項2に記載の発明によれば、光
を透過させる材料からなる円板状ノズルを使用し、この
円板状ノズルのパイプ状ガス噴出口の手前で原料ガスに
所定波長の光を照射するようにしており、原料ガスのガ
ス分子が光励起によりラジカル状態にされるため、ラジ
カル状態の分子を利用した分子層エピタキシーが可能と
なり、より低温での結晶成長が可能となる。したがっ
て、不純物の再分布を抑えるとともに良好な結晶性を有
する半導体結晶が得られる。さらに、各ノズルをそれぞ
れ異なる方向に向けて配置すると共に、各ガス噴出口を
介して各原料ガスを複数の方向から結晶基板に向けて噴
出するように構成すれば、原料ガスが複数のガス噴出口
を介して複数の方向から結晶基板に向けて噴出され、直
接この結晶基板上に到達することにより、従来の一方向
から原料ガスを導入するよりも均一な原料ガスの供給が
行われ得る。したがって、大面積の結晶基板上において
も均一なステップカバレージが容易に得られることにな
る。
According to the second aspect of the present invention, a disk-shaped nozzle made of a material that transmits light is used, and a predetermined wavelength is applied to the raw material gas in front of the pipe-shaped gas ejection port of the disk-shaped nozzle. Is irradiated, and the gas molecules of the source gas are turned into a radical state by photoexcitation, so that molecular layer epitaxy using the molecules in the radical state becomes possible, and crystal growth at a lower temperature becomes possible. Therefore, a semiconductor crystal having good crystallinity while suppressing redistribution of impurities can be obtained. Furthermore, by arranging the respective nozzles in different directions and ejecting each source gas from a plurality of directions toward the crystal substrate through the respective gas ejection ports, the source gas can be ejected by a plurality of gas jets. By being ejected toward the crystal substrate from a plurality of directions via the outlet and directly reaching the crystal substrate, a more uniform supply of the source gas can be performed than in the case where the source gas is introduced from one direction in the related art. Therefore, uniform step coverage can be easily obtained even on a large-area crystal substrate.

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

【図1】本発明を実施するためのMLE装置の一実施例
の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of an MLE apparatus for carrying out the present invention.

【図2】図1のMLE装置の導入モードの一例を示すタ
イムチャートである。
FIG. 2 is a time chart showing an example of an introduction mode of the MLE device of FIG. 1;

【図3】従来のMLE装置で使用されていたノズルの一
例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a nozzle used in a conventional MLE device.

【図4】図1のMLE装置で使用するノズルの形成例を
示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of forming a nozzle used in the MLE apparatus of FIG. 1;

【図5】図1のMLE装置で使用するノズルの他の形成
例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing another example of forming a nozzle used in the MLE apparatus of FIG. 1;

【図6】図4及び図5のノズルのパイプ状ガス噴出口の
先端部を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a distal end portion of a pipe-shaped gas outlet of the nozzle of FIGS. 4 and 5;

【図7】結晶成長の膜厚の面内分布を評価する目的で使
用する結晶基板の構造の一例を示し、同図(A)は平面
図,(B)は部分断面図である。
FIGS. 7A and 7B show an example of the structure of a crystal substrate used for evaluating the in-plane distribution of the film thickness of crystal growth, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG.

【図8】図7の結晶基板を使用して結晶成長を行ったと
きの結晶成長膜の膜厚分布を示す三次元グラフである。
8 is a three-dimensional graph showing a film thickness distribution of a crystal growth film when crystal growth is performed using the crystal substrate of FIG.

【図9】図8の膜厚分布を示す横方向のグラフである。9 is a horizontal graph showing the film thickness distribution of FIG.

【図10】図8の膜厚分布を示す縦方向のグラフであ
る。
FIG. 10 is a vertical graph showing the film thickness distribution of FIG. 8;

【図11】凹凸部を有する結晶基板を使用して第1図の
MLE装置により結晶成長を行ったものの断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a crystal substrate having a crystal substrate having a concave-convex portion, where the crystal is grown by the MLE apparatus of FIG. 1;

【図12】本発明を実施するためのMLE装置の他の実
施例の概略図である。
FIG. 12 is a schematic view of another embodiment of the MLE apparatus for carrying out the present invention.

【図13】図12のMLE装置で使用するノズルの形成
例を示し、同図(A)は断面図,(B)は底面図であ
る。
13 shows an example of forming a nozzle used in the MLE apparatus of FIG. 12, wherein FIG. 13 (A) is a sectional view and FIG. 13 (B) is a bottom view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,41 MLE装置 2 結晶成長室 3 結晶基板 3′ 結晶成長膜 3a,3b,3c 凹凸部 4 石英サセプタ 5 ガス導入部 6 ゲートバルブ 7 真空排気系 8 赤外線ランプ 9 ランプ室 11,12,13, 42,43,44 ノズル 11a,12a,13a 流量調整機構 11b,12b,13b バルブ 11c,11d,11e,11f,42a パイプ状
ガス噴出口 11g ガス導入口 11h 環状通路 11i 管部 14 ガス導入モード制御システム 31 GaAs結晶基板 32 Si3 4 膜 33 GaAs結晶基板表面 L1 ,L2 ,L3 照射光
1,41 MLE apparatus 2 crystal growth chamber 3 crystal substrate 3 ′ crystal growth film 3a, 3b, 3c uneven part 4 quartz susceptor 5 gas introduction part 6 gate valve 7 vacuum exhaust system 8 infrared lamp 9 lamp chamber 11, 12, 13, 42, 43, 44 Nozzle 11a, 12a, 13a Flow rate adjusting mechanism 11b, 12b, 13b Valve 11c, 11d, 11e, 11f, 42a Pipe-shaped gas ejection port 11g Gas introduction port 11h Annular passage 11i Pipe section 14 Gas introduction mode control system 31 GaAs crystal substrate 32 Si 3 N 4 film 33 GaAs crystal substrate surface L 1 , L 2 , L 3 irradiation light

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 成長室外部に設けられた、複数種類の原
料ガスの各原料ガス源から、それぞれガス導入用のノズ
ルを、真空排気された成長室内に設置した結晶基板近く
まで導入配管し、上記各原料ガスを上記ノズルの各ガス
噴出口よりパルス状に交互に噴出させて上記結晶基板上
に半導体結晶を単分子層ずつエピタキシャル成長させる
装置において、 上記ノズルをガス導入口から複数のガス噴出口までのコ
ンダクタンスが等しくなるようにし、且つ、該ノズルを
透明に形成すると共に、複数のガス噴出口の各先端部を
扁平形状に形成し、 少なくとも一種類の原料ガスを上記ガス噴出口から噴出
させる前に上記透明のノズルに対して所定波長の光を照
射することにより、該原料ガスを光励起するようにした
ことを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長装
置。
1. A gas supply nozzle, which is provided outside a growth chamber, is provided with a gas introduction nozzle from each source gas source of a plurality of types of source gases to a vicinity of a crystal substrate installed in a vacuum-evacuated growth chamber. In an apparatus in which each source gas is alternately ejected in a pulsed manner from each gas ejection port of the nozzle to epitaxially grow a semiconductor crystal on a monocrystalline layer on the crystal substrate, a plurality of gas ejection ports are provided from a gas introduction port of the nozzle. And the nozzles are formed transparent, and the tips of a plurality of gas ejection ports are formed in a flat shape, and at least one type of source gas is ejected from the gas ejection ports. Irradiating the transparent nozzle with light having a predetermined wavelength to excite the source gas. Shall growth apparatus.
【請求項2】 成長室外部に設けられた、複数種類の原
料ガスの各原料ガス源から、それぞれガス導入用のノズ
ルを、真空排気された成長室内に設置した結晶基板近く
まで導入配管し、上記各原料ガスを上記ノズルの各ガス
噴出口よりパルス状に交互に噴出させて上記結晶基板上
に半導体結晶を単分子層ずつエピタキシャル成長させる
装置において、 上記ノズルを光を透過させる材料からなる円板状ノズル
とし、この円板状ノズルの下面に複数のパイプ状ガス噴
出口を設け、 少なくとも一種類の原料ガスを上記パイプ状ガス噴出口
から噴出させる前に上記ノズルに対して所定波長の光を
照射することにより、該原料ガスを光励起するようにし
たことを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長装
置。
2. A gas introduction nozzle is provided from each source gas source of a plurality of types of source gases provided outside the growth chamber to the vicinity of the crystal substrate installed in the evacuated growth chamber. An apparatus in which each source gas is alternately ejected in a pulsed manner from each gas ejection port of the nozzle to epitaxially grow a semiconductor crystal on the crystal substrate one by one monolayer, wherein a disk made of a material transmitting light through the nozzle is provided. A plurality of pipe-shaped gas ejection ports are provided on the lower surface of the disk-shaped nozzle, and light of a predetermined wavelength is emitted to the nozzle before at least one kind of source gas is ejected from the pipe-shaped gas ejection port. An apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal, wherein the source gas is photoexcited by irradiation.
【請求項3】 前記ノズルの複数のパイプ状ガス噴出口
を含む部分が、所定温度に加熱されていることを特徴と
する、請求項1又は2に記載の半導体結晶のエピタキシ
ャル成長装置。
3. The apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein a portion of the nozzle including a plurality of pipe-shaped gas outlets is heated to a predetermined temperature.
【請求項4】 前記複数のノズルをそれぞれ異なる方向
に配置することにより、各ガス噴出口を介して各原料ガ
スを複数の方向から結晶基板に向けて噴出するようにし
たことを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体結
晶のエピタキシャル成長装置。
4. The method according to claim 1, wherein the plurality of nozzles are arranged in different directions, so that each source gas is ejected from a plurality of directions toward the crystal substrate through each gas ejection port. An apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal according to claim 1.
【請求項5】 前記少なくとも一種類の原料ガスが、II
I 族元素を含むガス, V族元素を含むガスであることを
特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体結晶のエピ
タキシャル成長装置。
5. The method according to claim 1, wherein the at least one source gas is II
3. The apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the gas contains a group I element and a gas containing a group V element.
【請求項6】 前記少なくとも一種類の原料ガスが、II
族元素を含むガス,VI族元素を含むガスであることを特
徴とする、請求項1又は2に記載の半導体結晶のエピタ
キシャル成長装置。
6. The method according to claim 1, wherein the at least one source gas is II
The apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the apparatus is a gas containing a group VI element and a gas containing a group VI element.
【請求項7】 前記少なくとも一種類の原料ガスが、IV
族元素を含むガスであることを特徴とする、請求項1又
は2に記載の半導体結晶のエピタキシャル成長装置。
7. The method according to claim 1, wherein the at least one source gas is an IV gas.
The apparatus for epitaxially growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the apparatus is a gas containing a group element.
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