JPS5948788B2 - 気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents
気相エピタキシヤル成長方法Info
- Publication number
- JPS5948788B2 JPS5948788B2 JP3658882A JP3658882A JPS5948788B2 JP S5948788 B2 JPS5948788 B2 JP S5948788B2 JP 3658882 A JP3658882 A JP 3658882A JP 3658882 A JP3658882 A JP 3658882A JP S5948788 B2 JPS5948788 B2 JP S5948788B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- temperature
- epitaxial growth
- reaction tube
- vapor phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は気相エピタキシャル成長方法、詳しくは特に半
導体レーザ、ＧａＡｓＩＣなどの基盤となる■−Ｖ族結
晶の気相エピタキシャル成長方法に関するものである。
導体レーザ、ＧａＡｓＩＣなどの基盤となる■−Ｖ族結
晶の気相エピタキシャル成長方法に関するものである。
有機金属化合物を原料とする気相エピタキシャル成長方
法（ＭＯＣＶＤ法）は従来より広く各種研究されている
。
法（ＭＯＣＶＤ法）は従来より広く各種研究されている
。
従来の方法を、ＩｎＰを例として、第１図に基づき説明
する。第１図は、従来のＩｎＰを気相エピタキシャル成
長方法を実施する装置（横型炉）の断面概略図であり、
図中、１ａ、ｌｂ、ｌｃは流量コントローラ、２はバフ
ラ、３は有機金属化合物（液体）、４は反応管、５は高
周波加熱用ワークコトル、６は結晶成長用基板、Ｔは高
周波加熱用カーボンサセプタである。この装置において
、Ｉｎ源としてＩｎ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｐｌ源としてＰＨ
３を用い、ＩｎＰを成長させる場合、典型的には、水素
をキャリアガスとしてＰＨ３を流量コントローラ１ａで
適度に調整し、反応管４に導入する。一方、Ｉｎ（Ｃ２
Ｈ５）３３は室温で液体で一定の蒸気圧を有するため、
バブラ２中に主として液体状態で保持され、流量コント
ローラｌｂで流量制御されたキャリア−ガスのＨ２によ
り、反応管４に導入される。他に、Ｈ２を流量コントロ
ーラｌｃを介し、反応管４に送入する。反応管４におい
てはワークコイル５によりサセプタＴが加熱され、結晶
成長用基板６もやはり加熱されている。このためＰＨ３
及びＩｎ（Ｃ２Ｈ４）３は、反応し、ＩｎＰが基板６上
に育成される。このような従来の方法によれば、キャリ
アガスの総流量はそれ程大きくなく、このためキャリア
ガス流速も小さかつた（４〜８−／ ｓｅｃ）。このた
め流体力学的に見たよどみ層Ａ及び層流域Ｂ（第２図ａ
）の境界Ｃがぼやけており、速度の垂直方向分布（第２
図ｂ）も不均一で、かつ速度も小さかつた。したがつて
温度分布（第２図ｃ）は、反応管４の上部においてもか
なり高温となり、この領域で原料ガス等の分解、原料ガ
ス等の中間反応を生じると言う欠点があつた。このため
基板６上に良質の結晶が成長しにくい。本発明はこのよ
うな欠点のないエピタキシャル成長方法に関するもので
ある。
する。第１図は、従来のＩｎＰを気相エピタキシャル成
長方法を実施する装置（横型炉）の断面概略図であり、
図中、１ａ、ｌｂ、ｌｃは流量コントローラ、２はバフ
ラ、３は有機金属化合物（液体）、４は反応管、５は高
周波加熱用ワークコトル、６は結晶成長用基板、Ｔは高
周波加熱用カーボンサセプタである。この装置において
、Ｉｎ源としてＩｎ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｐｌ源としてＰＨ
３を用い、ＩｎＰを成長させる場合、典型的には、水素
をキャリアガスとしてＰＨ３を流量コントローラ１ａで
適度に調整し、反応管４に導入する。一方、Ｉｎ（Ｃ２
Ｈ５）３３は室温で液体で一定の蒸気圧を有するため、
バブラ２中に主として液体状態で保持され、流量コント
ローラｌｂで流量制御されたキャリア−ガスのＨ２によ
り、反応管４に導入される。他に、Ｈ２を流量コントロ
ーラｌｃを介し、反応管４に送入する。反応管４におい
てはワークコイル５によりサセプタＴが加熱され、結晶
成長用基板６もやはり加熱されている。このためＰＨ３
及びＩｎ（Ｃ２Ｈ４）３は、反応し、ＩｎＰが基板６上
に育成される。このような従来の方法によれば、キャリ
アガスの総流量はそれ程大きくなく、このためキャリア
ガス流速も小さかつた（４〜８−／ ｓｅｃ）。このた
め流体力学的に見たよどみ層Ａ及び層流域Ｂ（第２図ａ
）の境界Ｃがぼやけており、速度の垂直方向分布（第２
図ｂ）も不均一で、かつ速度も小さかつた。したがつて
温度分布（第２図ｃ）は、反応管４の上部においてもか
なり高温となり、この領域で原料ガス等の分解、原料ガ
ス等の中間反応を生じると言う欠点があつた。このため
基板６上に良質の結晶が成長しにくい。本発明はこのよ
うな欠点のないエピタキシャル成長方法に関するもので
ある。
詳しくはガス流速を大きくすることにより、原料ガス等
の温度を低下せしめ、安定した均一性の良好な結晶を再
現性良く成長させる方法に関するものである。したがつ
て本発明による気相エピタキシャル成長方法は、有機金
属化合物を原料として用いる気相エピタキシャル成長方
法において、反応管内を流れるガス流速を４０（■７ｒ
Ｌｏ４ｅｃ以上になるように供給ガス量を設定すること
を特徴とするものである。
の温度を低下せしめ、安定した均一性の良好な結晶を再
現性良く成長させる方法に関するものである。したがつ
て本発明による気相エピタキシャル成長方法は、有機金
属化合物を原料として用いる気相エピタキシャル成長方
法において、反応管内を流れるガス流速を４０（■７ｒ
Ｌｏ４ｅｃ以上になるように供給ガス量を設定すること
を特徴とするものである。
へ
本発明による気相エビタキシヤル成長方法によれば、反
応管内の流速を大きくするため、反応管上部における温
度が著しく低下する。
応管内の流速を大きくするため、反応管上部における温
度が著しく低下する。
したがつて熱分解反応等の反応か、該流域で生じにくく
なり、良質の結晶が成長するようになる。本発明を更に
詳しく説明する。
なり、良質の結晶が成長するようになる。本発明を更に
詳しく説明する。
本発明による気相エビタキシヤル成長方法は、反応管内
を流れるガス流速を４０ｍ１／Ｓｅｃ以上とすることを
特徴とするものである。
を流れるガス流速を４０ｍ１／Ｓｅｃ以上とすることを
特徴とするものである。
第３図はガス流速Ｖと原料輸送域の平均温度Ｔとの関係
を示すグラフであるが、このグラフより明かなように、
ガス流速が４０ｃ！ＲＬ／Ｓｅｃ以下の場合、熱対流の
寄与が大きく、安定な層流が生じなくなりうず流が生じ
るため、平均のガス温度Ｔは上昇する。
を示すグラフであるが、このグラフより明かなように、
ガス流速が４０ｃ！ＲＬ／Ｓｅｃ以下の場合、熱対流の
寄与が大きく、安定な層流が生じなくなりうず流が生じ
るため、平均のガス温度Ｔは上昇する。
たとえばサセプタ温度６００℃のとき、約３００℃にま
でなる。一方流速が大きくなり、４０ｃ！ｎ／Ｓｅｃを
こえると、反応管内に熱対流にうちかつ層流が生じるた
め、急激に輸送領域の平均温度Ｔは低下する。たとえば
サセプタ温度を６００℃としたとき、この温度は約１０
０℃近くにまで下がる。したがつて、ガス流速が従来の
５〜１０倍である４０？／Ｓｅｃ以上になると、層流域
Ａにおける温度は低下し、好ましくない熱分解反応等を
さけることができる。
でなる。一方流速が大きくなり、４０ｃ！ｎ／Ｓｅｃを
こえると、反応管内に熱対流にうちかつ層流が生じるた
め、急激に輸送領域の平均温度Ｔは低下する。たとえば
サセプタ温度を６００℃としたとき、この温度は約１０
０℃近くにまで下がる。したがつて、ガス流速が従来の
５〜１０倍である４０？／Ｓｅｃ以上になると、層流域
Ａにおける温度は低下し、好ましくない熱分解反応等を
さけることができる。
本発明に用いられる有機金属化合物は基本的に限定され
るものではない。
るものではない。
たとえば、前述のトリエチルインジウム、トリメナルイ
ンジウム、トリメチルガリウム、トリエナルガリウム、
トリメチルアルミニウム等の一種以上であることができ
る。以下実施例を説明する。実施例 反応管４の断面積を８ｃｄ（幅：４〔，基板上の空間の
高さ：２ｃｍ）とし、全ガス流量〔原料ガスとキヤリア
ガス（主としてＨ２）の和〕を１９．２１／Ｍｉｎ以上
の条件で結晶成長を行なつた。
ンジウム、トリメチルガリウム、トリエナルガリウム、
トリメチルアルミニウム等の一種以上であることができ
る。以下実施例を説明する。実施例 反応管４の断面積を８ｃｄ（幅：４〔，基板上の空間の
高さ：２ｃｍ）とし、全ガス流量〔原料ガスとキヤリア
ガス（主としてＨ２）の和〕を１９．２１／Ｍｉｎ以上
の条件で結晶成長を行なつた。
この場合、第３図Ａ，ｂ，ｃに示すように、流れの均一
な領域である層流域Ｂ及び境界層（よどみ層）Ａに明確
に分割され、境界Ｃが鮮明となつた。したがつて、反応
管４内の垂直方向における流速分布は第３図ｂに示すよ
うに、反応管４の上部、すなわち層流域Ｂにおいては流
速が高く、サセプタ７（基板６）の近傍のよどみ層Ａで
は流速が低くなつていた。また、垂直方向における温度
分布（第３図ｃ）においては、層領域Ｂでは低く、よど
み層Ａでは高くなつた。有機金属にはそれ自身の分解温
度Ｔａがあり、それ以上の温度になると分解して、金属
となる。
な領域である層流域Ｂ及び境界層（よどみ層）Ａに明確
に分割され、境界Ｃが鮮明となつた。したがつて、反応
管４内の垂直方向における流速分布は第３図ｂに示すよ
うに、反応管４の上部、すなわち層流域Ｂにおいては流
速が高く、サセプタ７（基板６）の近傍のよどみ層Ａで
は流速が低くなつていた。また、垂直方向における温度
分布（第３図ｃ）においては、層領域Ｂでは低く、よど
み層Ａでは高くなつた。有機金属にはそれ自身の分解温
度Ｔａがあり、それ以上の温度になると分解して、金属
となる。
例えば、トリメチルインジウムはという反応でＩｎ（ｌ
）（液体１ｎ）に変わる。
）（液体１ｎ）に変わる。
したがつて層流域Ｂではすくなくともその分解温度Ｔａ
より５０℃以上低く温度を押えるのが好ましい。前記Ｔ
ａは材料により違い、たとえばトリエチルインジウムで
は２００℃、トリメチルガリウムでは３５０℃である。
次に下記の条件でＩｎＰ結晶の育成を行なつた。
より５０℃以上低く温度を押えるのが好ましい。前記Ｔ
ａは材料により違い、たとえばトリエチルインジウムで
は２００℃、トリメチルガリウムでは３５０℃である。
次に下記の条件でＩｎＰ結晶の育成を行なつた。
原料：１トリメチルインジウム（２６℃）２ＰＨ３
キヤリアガス：水素
流量：１トリメナルインジウム中を流すキヤリアガスの
流量・・・・・・２００ＣＣ／Ｍｉｎ２ＰＨ３流量・・
・・・・１００ＣＣ／Ｍｉｎ８希釈用水素ガス・・・・
・・２０１／Ｍｉｎ基板温度 ６００℃この結果、
ＩｎＰ結晶の鏡面成長が０．５μｍ／ＨＯｕｒの速度で
得られた。
流量・・・・・・２００ＣＣ／Ｍｉｎ２ＰＨ３流量・・
・・・・１００ＣＣ／Ｍｉｎ８希釈用水素ガス・・・・
・・２０１／Ｍｉｎ基板温度 ６００℃この結果、
ＩｎＰ結晶の鏡面成長が０．５μｍ／ＨＯｕｒの速度で
得られた。
結晶のキヤリア濃度は２×１０１５ｃ！ｎ−３移動度は
４０，０００ｄ／Ｖ．ｓｅｃ．（７７Ｋ）であつた。
４０，０００ｄ／Ｖ．ｓｅｃ．（７７Ｋ）であつた。
すなわち非常に良質の結晶を得ることができた。なお、
この実施例においては、ガス流速は約４２Ｃ！ＩＬ／Ｓ
ｅｃであり、また反応管の管壁８を冷水することにより
、層流域Ｂのガス温度を１２０℃に保持した。多元糸化
合物の成長では、用いる有機金属のうち最も、分解温度
が低いものより゛さらに、５０℃以上層流域Ｂの温度が
低くなるように、成長条件をえらぶのが好ましい。
この実施例においては、ガス流速は約４２Ｃ！ＩＬ／Ｓ
ｅｃであり、また反応管の管壁８を冷水することにより
、層流域Ｂのガス温度を１２０℃に保持した。多元糸化
合物の成長では、用いる有機金属のうち最も、分解温度
が低いものより゛さらに、５０℃以上層流域Ｂの温度が
低くなるように、成長条件をえらぶのが好ましい。
以上説明したように、反応管内を流れるガス流速を大き
くし、かつ層流域のガス温度の上昇を押えられる、反応
管構造と成長条件にすることにより、基板到達前に、原
料有機化合物が分解することを防ぎ、良質のエビタキシ
ヤル成長層を再現性良く、得られるようになつた。
くし、かつ層流域のガス温度の上昇を押えられる、反応
管構造と成長条件にすることにより、基板到達前に、原
料有機化合物が分解することを防ぎ、良質のエビタキシ
ヤル成長層を再現性良く、得られるようになつた。
また成長層厚も広い面積で均一で、量産性での利点も大
きい。
きい。
第１図は有機金属を用いた気相エビタキシヤル成長装置
の断面概略図．第２図は従来の方法による反応管内の模
式図及び反応管内のガス流速，温度の分布を示すグラフ
、第３図はガス流速と原料輸送域の温，度との関係を示
すグラフ、第４図は本発明の方法による反応管内の模式
図及び反応管内のガスの流速、温度分布を示すグラフで
ある。 １・・・・・・流量コントローラ、２・・・・・・バブ
ラ、３・・・・・・有機金属化合物（液体）、４・・・
・・・反応管、５・・・・・・ワークコイル、６・・・
・・・基板、７・・・・・・サセプタ、８・・・・・・
管壁。
の断面概略図．第２図は従来の方法による反応管内の模
式図及び反応管内のガス流速，温度の分布を示すグラフ
、第３図はガス流速と原料輸送域の温，度との関係を示
すグラフ、第４図は本発明の方法による反応管内の模式
図及び反応管内のガスの流速、温度分布を示すグラフで
ある。 １・・・・・・流量コントローラ、２・・・・・・バブ
ラ、３・・・・・・有機金属化合物（液体）、４・・・
・・・反応管、５・・・・・・ワークコイル、６・・・
・・・基板、７・・・・・・サセプタ、８・・・・・・
管壁。
Claims (1)
- １ 有機金属化合物を原料として用いる気相エピタキシ
ャル成長方法において、反応管内を流れるガス流速を４
０ｃｍ／ｓｅｃ以上になるように供給ガス量を設定する
ことを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3658882A JPS5948788B2 (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | 気相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3658882A JPS5948788B2 (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | 気相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58156592A JPS58156592A (ja) | 1983-09-17 |
| JPS5948788B2 true JPS5948788B2 (ja) | 1984-11-28 |
Family
ID=12473931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3658882A Expired JPS5948788B2 (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | 気相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948788B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0319990Y2 (ja) * | 1985-10-03 | 1991-04-26 |
-
1982
- 1982-03-10 JP JP3658882A patent/JPS5948788B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0319990Y2 (ja) * | 1985-10-03 | 1991-04-26 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58156592A (ja) | 1983-09-17 |
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