JPS59170000A - 結晶成長装置 - Google Patents

結晶成長装置

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JPS59170000A
JPS59170000A JP4079983A JP4079983A JPS59170000A JP S59170000 A JPS59170000 A JP S59170000A JP 4079983 A JP4079983 A JP 4079983A JP 4079983 A JP4079983 A JP 4079983A JP S59170000 A JPS59170000 A JP S59170000A
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gas
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crystal growth
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撰梅 豊
Noriyoshi Shibata
典義 柴田
Juichi Noda
野田 壽一
Noboru Takagi
高木 暢
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基板結晶上に単結晶全エピタキシャル成長さ
せるための結晶成長装置に関する。
〔従来技術〕
半導体レーザ、受光素子等には、AtGaAs、oag
  あるいはInGaAsP及び工nP 等のへテロ接
合が広く使われている。これらのへテロ接合は通常、液
相成長法及び気相成長法等のエピタキシャル成長により
製造されるが、量産性及び制御性が良いことから最近で
は、有機金属材料を原料とする気相成長法、すなわちM
 OOV D法が注目されている。該方法によれば、成
長結晶の組成の切替え及び添加不純物の切替え等は、反
応室内へ導入するガスの切換えによシできるという特徴
を有する。しかしながら、該方法では、ガス切換え後も
配管部分に残留したガスが反応室内に流入し、組成の切
替え及び添加不純物の切替え等の制御が不十分になると
いう問題点があった。最近注目を浴びている超格子ある
いは変調ドーピングの実現には、特に急しゅんな組成の
切替えが必要であり、上記問題点の解決が強く要請され
ている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記従来技術における弁しゅんなガス
切替え制御全容易に行うことができる結晶成長装置全提
供することにある。
〔発明の構成〕
本発明全概説すれば、本発明の第1の発明は結晶成長装
置に関する発明であって、2種以上のガスをガス供給管
からノズルを介して反応容器内に導入し、容器内に配置
された基板結晶上にエピタキシャル結晶成長を行わせる
結晶成長装置において、該ガス供給管が、2以上のガス
供給管からなり、外側のガス供給管が内側のガス供給’
fk取囲むように構成されておシ、該ガス供給管のうち
の少なくとも1つのガス供給管が排気装置に接続してな
ることを特徴とする。
本発明の第2の発明は、第1の発明と同様な基板結晶上
にエピタキシャル結晶成長を行わせる結晶成長装置に関
する発明であって、該ガス供給管が、対をなす2つのガ
ス供給管の組?単位として複数の組のガス供給管によシ
構成され、少なくとも1つのガス供給管は排気装置に接
続しており、かつ各ガス供給管は内側から順に内側のガ
ス供給管を取囲むように配置されており、更に各組内の
ガス供給管を隔離する隔壁のガス出口端部のなす面が各
紐間を隔離する隔壁のガス出口端部のなす面よりも短く
したことを特徴とする。
本発明の装置においては、化合物混晶半導体及びシリコ
ン等の半導体結晶の成長途中でのガス切換えによる多層
成長あるいはpn 接合の形成の際、切換え後の残留ガ
スを強制的に排気することができる。またガス導入系統
全分離することができる。特に、本発明の第2の発明に
よれば、各組内の容管の障壁のガス出口端が、各紐間の
障壁のガス出口端より、管の長手方向でみて短くなって
いるから、各系統のガスが他の系統の管中へ混入するこ
とを避けることができる。
それによって以下に挙げるような効果が奏せられる。
第1の効果は、ガスの切換え後の残留ガスのしみ出しを
抑止できることにある。この結果、界面の急しゅんな化
合物半導体の多層エピタキシャル成長を実現することが
でき、したがって超格子あるいは変調ドーピングも可能
となる。
また、シリコンの良好なエピタキシャルpn 接合が可
能となる。
第2の効果は、例えばインジウム化合物とアルシンとの
中間反応のような結晶成長に好ましくない影響ゲ与える
反応を抑止することができ、良好なエピタキシャル層を
得ることができることにある。
〔発明の実施例〕
以下添付図面によって本発明の実施の態様を詳細に説明
する。しかし本発明は、これらに限定されるものではな
い。
なお添付図面の第1図は、本発明装置の一実施の態様會
示す部分断面概略図であり、第2図及び第3図は、本発
明装置の他の実施の態様におけるガス供給管及びノズル
の部分の断面概略図である。
実施例1 第1図に示す装置を使用し声。第1図において、符号1
は反応容器基台、2はペルジャー、6はサセプタ、例え
ばカーボン及び6tiOコートカーボン等、4はワーク
コイル、すなわち高周波電流通電用のもの、5はワーク
コイルカバー、6は基板、7はノズル、8.8.9、?
、10及び10′はガス供給管、11及び12はストッ
プ弁1,13は排気管、14は排気装置、例えば真空ポ
ンプ全意味する。
以下、GaAs  基板6上にGaAs / AtGa
Asの多層結晶成長を行う場合について説明する。
トリメチルアルミニウム(以下、  TIAAと略記す
る)、トリメチルガリウム(以下、TMGと略記する)
及びアルシン(すなわちASH3)等の原料ガスは、ノ
ズル7に設けられた噴射口から円周方向に噴射され、一
定Ω一温度に加熱された基板上で熱分解反応してGaA
、  又はAtGaAs  を成長させる。
GPLAs  結晶成長の際には、ガス供給管8からT
MG、 AsH3及び水素を、ガス供給管8の内側に配
置したガス供給管9から水素全導入し、ガス供給管9の
内側に配置したガス供給管10は、真空ポンプ等で反応
容器を経ずに排気する。
AtGaAs  の結晶成長の際には、ガス供給管10
は同じく排気装置に接続しているが、弁12を閉じ、1
0からTMA及び水素を導入する。
管8及び9には、GaAs  結晶成長の際と同じか、
又はガス流量を変更して、同様にガスを流入させる。1
1及び12は、このようなガスの切換えを行うためのス
トップ弁であシ、弁12には、ガス流量調整のため流量
調整弁を付加してもよい。管8’、  9’及び10′
は、ガス流量等全調整して供給するガス供給装置に接続
される。
AtGaAs  結晶の上に、更にoaAs  結晶成
長の際、ガス供給管9から導入されるキャリアガス流量
ケガス供給管10から排気される量より多くしておけは
管10中に残留しfcTMAは反応容器内に導入されず
、界面の急しゅんなGaAe/AA)aA[]ヘテロエ
ピタキシャル磨が形成でキル。
以下、操作条件?具体的に説明する。
基板温度750℃、反応容器内圧力i X + O’P
a  とし、AtGaAe 結晶成長のときには、TM
Aをバブルさせる水素5 Q cc/分、及びそのキャ
リアガスとしての水素1t7分をガス供給管10から反
応容器内に導入し、マタ、TMG 全バブルさせる水素
2 cc/分、A[IH3(5%水素希釈ンj−、50
’ cc/分、及びそのキャリアガスとしての水素11
7分をガス供給管8から導入し、更にガス供給管9から
は、水累’1z5t/分で流入させる。次にその上にG
aAs  結晶成長を行うときには、ストップ弁11を
閉、12を開として、ガス供給管10かも11/分で強
制的に排気を行う。これにより、ガス供給管10内に残
留しりTMAは、ストップ弁切換えと同時に反応容器に
は流れなくなり、境界が20A以下の急しゅんな界面を
有するAtGaAs / GaAs  ヘテロエピタキ
シャル層を形成することができた。なお、TMAの温度
は20℃、TMGの温度は一12℃に設定した。成長速
度は、AtGaAe 及びGaAS  先約0.1μm
/分であった。上記各ガス流量は、標準状態に換算した
数値である。
この場合、ガス供給管8と9との間の隔壁を除き、Ga
A3  成長のための原料が、ガス供給管10内に流入
するようになっても障害は起らない。
実施例2 第2図に示す装置を使用した。第2図において、符号7
はノズル、81.91.92及び)01はガス供給管を
意味する。ここでは、81と91とが対をなし、92と
101とが対全なす組である。
このガス供給管を用いてAtGaAe / GaAs多
屑へテロエピタキシャル結晶成長を行う」場合について
説明すると、GaAs  の結晶成長の際には、81か
らTMGとAsH3に含むガスを流入し、101は強制
的に排気する。91及び92からはキャリアガスを導入
する。AtGaAs  の結晶成長の際には、81は強
制的に排気し、+o+がらTMA 。
TMG及びASH3k含むAtGaAs の結晶成長に
必要管81と92との間の障壁のガス出口端部のなす面
よシ短く、すなわちこの場合には、第2図に示したよう
に低くすることによって、各系統のガスが他の系統の管
中へ混入することを避けることができる。
実施例3 第3図に示す装置を使用した。第3図における各符号は
第2図と同義である。
第5図に示した装置は、第2図に示した実施例を改良し
たものであり、第3図に示したように、ノズル7の部分
の径?細く絞ることにより、異なる系統のガスが混合す
ることを、より効果的に防ぐことができる。
第2図及び第3図のいずれの装置においても、管81と
91.101と92を入れ換えても効果は変らない。
以上各実施例は、AtGaAs 、GaAeの単結晶エ
ピタキシャル成長を行う場合について説明したが、In
GaAsP / Ir−P等信のn+−v族化合物混晶
半導体、ZnS等のII−、VI族化合物半導体等、他
の結晶の成長も有−効に行うことができることは自明な
ことである。−!り、シリコンのエピタキシャル成長に
おいて、添加不純物の切換えによる接合形成等にも応用
することができる。
各実施例では、説明の便宜のため、各ガス供給管は同心
円状に配置され、ガスの流れの方向は上向きになるよう
に図示し説明したが、下向きにしてもよく、また同心円
状である必要をづ、々ぐ、外側の各ガス供給管が内側の
ガス供給管全取囲むように配置されていれば十分である
。また、反応容器内へのガスの導入部分、すなわちガス
供給管と反応容器とのシール部分は、ガス、供給管が一
体化されている状態について説明したが、各ガス供給管
若しくはその一部葡別個に反応容器内に導入し、反応容
器内で、前記したようなノズルに接続してもよい。
更に、ガス系統が2系統の場合について説明したが、系
統数はこれ以上あっても、ガス供給置数?増して、同様
の効果を奏することができた。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明の装置によれば、(
1)ガス切換え後の残留ガスのしみ出しを抑止すること
ができ、その結果、界面の急しゅんな化合物半導体の多
層エピタキシャル結晶成長上実現することができる。し
たがって超格子、変調ドーピング及びシリコンのエピタ
キシャルpn 接合が可能となる、(2)結晶成長に好
1しくない影響ゲ与える反応全抑止でき、良好なエピタ
キシャル層葡得ることができる、という顕著々効果が奏
せられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施の態様を示す部分断面概略
図であり、第2図及び第3図は本発明装置の他の実施の
態様におけるガス供給管及びノズルの部分の断面概略図
である。 1:反応容器基台、2:ベルジャ−,5゛サセプク、4
:ワークコイル、5 ワークコイルカバー、6:基板、
7:ノズル、8.8.81.9.9′、91.92.1
0.10及び101:ガス供給管、11及び12.スト
ップ弁、13:排気管、14:排気装置 特許出願人  日本電信電話公社 代理人 中 本  宏 同      井   上      昭第1図 62図  案3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1゜ 2種以上のガスをガス供給管からノズル?介して
    反応容器内に導入し、容器内に配置された基板結晶上に
    エピタキシャル結晶成長を行わせる結晶成長装置におい
    て、該ガス供給管が、2以上のガス供給管からなシ、外
    11すのガス供給管が内側のガス供給管?取囲むように
    構成されており、該ガス供給管のうちの少なくとも1つ
    のガス供給管が排気装(罰に接続してなることを特徴と
    する結晶成長装置。 2.2種以上のガス全ガス供給管からノズル?介して反
    応容器内に導入し、容器内に配置された基板結晶上にエ
    ビクキシャル結晶成長を行わせる結晶成長装置において
    、該ガス供給管が、対をなす2つのガス供給管の組紮単
    位として複数の組のガス供給管によ多構成され、少なく
    とも1つのガス供給管は排気装置に接続しており、かつ
    各ガス供給管は内側から順に内側のガス供給管を取囲む
    ように配置されておシ、更に各組内のガス供給管を隔離
    する隔壁のガス出口端部のなす面が各粗間全隔離する隔
    壁のガス出口端部のなす而よ)も短くしたことを特徴と
    する結晶成長装置。
JP4079983A 1983-03-14 1983-03-14 結晶成長装置 Granted JPS59170000A (ja)

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JPS6237000B2 JPS6237000B2 (ja) 1987-08-10

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62145882A (ja) * 1985-12-20 1987-06-29 Canon Inc 光起電力素子の連続製造装置
JPS63299325A (ja) * 1987-05-29 1988-12-06 Sony Corp 気相成長装置
US4976996A (en) * 1987-02-17 1990-12-11 Lam Research Corporation Chemical vapor deposition reactor and method of use thereof

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