JPS60112693A - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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- JPS60112693A JPS60112693A JP21892583A JP21892583A JPS60112693A JP S60112693 A JPS60112693 A JP S60112693A JP 21892583 A JP21892583 A JP 21892583A JP 21892583 A JP21892583 A JP 21892583A JP S60112693 A JPS60112693 A JP S60112693A
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- Japan
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- substrate
- crystal growth
- crystal
- feed gas
- growth chamber
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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
- C30B25/12—Substrate holders or susceptors
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- Organic Chemistry (AREA)
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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。
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
本発明は化合物半導体等を基板上に薄膜上に結晶成長す
る場合に用いる気相結晶成長装置に関するものである。
る場合に用いる気相結晶成長装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
近年、有機化合物特に■族あるいは厘族有機金属化合物
や■族有機化合物、■族水素化物等を用いる気相成長法
（ＭＯ（３ＶＤ法）が−大面積エビタキシャル、量産性
、膜厚や組成の制御性等の点から注目を集め、各所で研
究開発が活発に行なわれている。
や■族有機化合物、■族水素化物等を用いる気相成長法
（ＭＯ（３ＶＤ法）が−大面積エビタキシャル、量産性
、膜厚や組成の制御性等の点から注目を集め、各所で研
究開発が活発に行なわれている。
以下に従来の有機化合物を用いる気相成長装置について
説明する。
説明する。
第１図に従来の有機化合物を用いる気相成長装置の結晶
成長室である。１は石英製炉芯管、２は結晶成長室入口
フランジ部、３は結晶成長窒出ロフラッジ部、４に高周
波コイル−６は■族あるいは■１族水素化物ガス導入管
、６は■族あるいは１族有機化合物導入管、７は排出口
、８は基板２９にカーボン製サセプター、１０は石英製
サセプター支持台、１１に熱電対である。第１図に示す
ように従来の有機化合物を用いる気相成長装置では。
成長室である。１は石英製炉芯管、２は結晶成長室入口
フランジ部、３は結晶成長窒出ロフラッジ部、４に高周
波コイル−６は■族あるいは■１族水素化物ガス導入管
、６は■族あるいは１族有機化合物導入管、７は排出口
、８は基板２９にカーボン製サセプター、１０は石英製
サセプター支持台、１１に熱電対である。第１図に示す
ように従来の有機化合物を用いる気相成長装置では。
各原料ガスが基板表面近傍だけで急に室温から結晶成長
温度まで加熱されて熱分解するようにするため、基板の
加熱方式として高周波加熱方式が用いられていた。
温度まで加熱されて熱分解するようにするため、基板の
加熱方式として高周波加熱方式が用いられていた。
しかしながら、ソース材料として用いられる原料ガスは
それぞれ熱分解効率が大きく異なり、特に■族水素化物
やＶ族有機化合物は厘族あるいは■族有機金属化合物よ
りも熱分解効率が小さいため、上記のような構造ではこ
れら熱分−解効率の悪い原料ガスは、なかなか分解され
ず、その結果。
それぞれ熱分解効率が大きく異なり、特に■族水素化物
やＶ族有機化合物は厘族あるいは■族有機金属化合物よ
りも熱分解効率が小さいため、上記のような構造ではこ
れら熱分−解効率の悪い原料ガスは、なかなか分解され
ず、その結果。
その原料ガスに含まれる元素のエピタキシャル結晶中へ
の取シ込まれ率が非常に小さくなってしまうという問題
点を有していた。すなわち各原料ガスの供給比率と同一
の組成比の結晶成長を行々うことは困難であった。
の取シ込まれ率が非常に小さくなってしまうという問題
点を有していた。すなわち各原料ガスの供給比率と同一
の組成比の結晶成長を行々うことは困難であった。
そこで例えば、混晶成長の場合−所望の組成比の混晶を
成長させるためには一部の原料ガスの供給量に比べて、
熱分解効率の悪い原料ガスの供給量は数十倍から数百倍
程度多くする必要があり。
成長させるためには一部の原料ガスの供給量に比べて、
熱分解効率の悪い原料ガスの供給量は数十倍から数百倍
程度多くする必要があり。
すなわち−熱分解効率の悪さを−その供給量の絶対量を
多くすることで補っていた。しかしこのことは−熱分解
効率の悪い原料ガスはその一部しか結晶成長に寄与せず
一部の大部分は無駄になっていることを意味し、コスト
面からも非常に重要な問題点となっていた。
多くすることで補っていた。しかしこのことは−熱分解
効率の悪い原料ガスはその一部しか結晶成長に寄与せず
一部の大部分は無駄になっていることを意味し、コスト
面からも非常に重要な問題点となっていた。
従来の代表的な例としては−（Ｃ２Ｈｓ）３Ｉｎと卦Ｈ
３を原料ガスとして用いた場合のＩｎＰ成長、あるいは
（０２Ｈ５）３Ｉｎ 、 （Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ 、 Ａ
ＳＨ３、ＰＨ３を用いた場合のＩｎ０．７３ｅａＯ，２
７ｊｋＳ０．５Ｆ’０．５ 成長テハ。
３を原料ガスとして用いた場合のＩｎＰ成長、あるいは
（０２Ｈ５）３Ｉｎ 、 （Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ 、 Ａ
ＳＨ３、ＰＨ３を用いた場合のＩｎ０．７３ｅａＯ，２
７ｊｋＳ０．５Ｆ’０．５ 成長テハ。
それぞれ〔ＰＨ３）供給量］ ／ Ｃ（０２Ｈ，ｓ ）
３１ｎの供給量〕＝５０〜１００．〔ＰＨ３の供給量）
／ ［：ＡｓＨ３の供給量〕χ１００にしな峠れば良
好な結晶性を有し、所望の組成比の混晶を得ることに不
可能であった。
３１ｎの供給量〕＝５０〜１００．〔ＰＨ３の供給量）
／ ［：ＡｓＨ３の供給量〕χ１００にしな峠れば良
好な結晶性を有し、所望の組成比の混晶を得ることに不
可能であった。
発明の目的
本発明は、上記従来の問題点を解消するもので。
他の原料ガスよりも熱分解効率の悪い原料ガスの熱分解
を促進して、その構成元素のエピタキシャル結晶中への
取り込まれ率を増大させ、各原料ガスの供給量比とほぼ
同一の組成の結晶成長が可能な有機化合物を用いる気相
成長装置を提供することを目的とする。
を促進して、その構成元素のエピタキシャル結晶中への
取り込まれ率を増大させ、各原料ガスの供給量比とほぼ
同一の組成の結晶成長が可能な有機化合物を用いる気相
成長装置を提供することを目的とする。
発明の構成
本発明にかかる有機化合物を用いる化合物半導体結晶の
気相成長装置は−その結晶成長室が一般的に言われる縦
型であり、かつその結晶成長室内で基板設置付近および
その下方から結晶成長室の原料ガス導入口に向かって熱
対流が生じるものである。従って、結晶成長時の結晶成
長室内でに各原料ガスが、結晶成長室のそれらの導入口
付近から結晶成長温度にある基板に到達する過程で徐々
に加熱されて、基板表面では非常に熱分解が起こりやす
い状態になっている。従って熱分解効率の悪い原料ガス
も一基板表面では高い効率で熱分解を起こすことが可能
になり、各原料ガスの供給比とほぼ同一の組成の結晶成
長ができるものである。
気相成長装置は−その結晶成長室が一般的に言われる縦
型であり、かつその結晶成長室内で基板設置付近および
その下方から結晶成長室の原料ガス導入口に向かって熱
対流が生じるものである。従って、結晶成長時の結晶成
長室内でに各原料ガスが、結晶成長室のそれらの導入口
付近から結晶成長温度にある基板に到達する過程で徐々
に加熱されて、基板表面では非常に熱分解が起こりやす
い状態になっている。従って熱分解効率の悪い原料ガス
も一基板表面では高い効率で熱分解を起こすことが可能
になり、各原料ガスの供給比とほぼ同一の組成の結晶成
長ができるものである。
実施例の説明
実施例１
本発明による有機化合物を用いる化合物半導体の気相成
長装置の具体的な結晶成長室を第２図に示す。第２図に
おいて、第１図と同一部分には同一番号を付す。図に示
すように、この場合は結晶成長室内に設置された基板８
の加熱にゴールドファーネス炉１２を備えた。この炉１
２自体の長さは熱対流を発生させるのに十分な長さにし
た。なお他の部分は従来の有機化合物を用いる気相成長
装置と同じ構造である。
長装置の具体的な結晶成長室を第２図に示す。第２図に
おいて、第１図と同一部分には同一番号を付す。図に示
すように、この場合は結晶成長室内に設置された基板８
の加熱にゴールドファーネス炉１２を備えた。この炉１
２自体の長さは熱対流を発生させるのに十分な長さにし
た。なお他の部分は従来の有機化合物を用いる気相成長
装置と同じ構造である。
この本発明による気相成長装置を用いて、１．３μｍ帯
半導体レーザーの一構造である。Ｚｎ ドープＩｎＰ
／ ＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ／ ＩｎＰ基板という
ダブル−＼テロ構造作成の場合について以下に述べる。
半導体レーザーの一構造である。Ｚｎ ドープＩｎＰ
／ ＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ／ ＩｎＰ基板という
ダブル−＼テロ構造作成の場合について以下に述べる。
この場合＋ Ｉｎのソース材料としテ（Ｇ２Ｈ−ｓ）３
Ｉｎ 。
Ｉｎ 。
Ｇａのソース材料として（０２Ｈ５）３Ｇａ 、 Ａｓ
のソース材料としてＡｓＨ３，Ｐのソース材料としてＰ
Ｈ。
のソース材料としてＡｓＨ３，Ｐのソース材料としてＰ
Ｈ。
を用いた。また、上記した各ソース材料を結晶成長温度
で運ぶキャリアーガスとしてＨ２を用いた。
で運ぶキャリアーガスとしてＨ２を用いた。
最初、結晶成長室内でゴールドファーネス炉１２の入口
付近に位置するカーボン製サセプター９上のＩｎＰ基板
８の温度をゴールドファーネス炉１２により成長温度６
ｏＯ℃丑で上昇させる。々おこの際ＩｆｌＰ基板８表面
のサーマルダメージを防ぐために−ＰＨ３を４ ＣＣ／
ｍｉｎ供給した。そして成長温度に到達後、筆表１（示
す成長条件により順次成長を行なった。
付近に位置するカーボン製サセプター９上のＩｎＰ基板
８の温度をゴールドファーネス炉１２により成長温度６
ｏＯ℃丑で上昇させる。々おこの際ＩｆｌＰ基板８表面
のサーマルダメージを防ぐために−ＰＨ３を４ ＣＣ／
ｍｉｎ供給した。そして成長温度に到達後、筆表１（示
す成長条件により順次成長を行なった。
なお上記した表中（Ｄ （０２Ｈ５）５Ｉｎ 、 （Ｃ
Ｊ２Ｈ５）３Ｇ＆ 。
Ｊ２Ｈ５）３Ｇ＆ 。
（Ｃ２Ｈｓ ）２Ｚｎの供給量については−それぞれ４
６℃に保温した（Ｃ２Ｈ５）３工ｎバブラーに供給する
Ｈ２ガスの流量、３℃に保温した（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ
バブラーに供給するＨ２ガスの流量２０℃に保温した（
０２Ｈ５）２Ｚｎ バブラーに供給するＨ２ガスの流量
を表わしている。また全流量としては６１ｊｔ２１１ｎ
。
６℃に保温した（Ｃ２Ｈ５）３工ｎバブラーに供給する
Ｈ２ガスの流量、３℃に保温した（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ
バブラーに供給するＨ２ガスの流量２０℃に保温した（
０２Ｈ５）２Ｚｎ バブラーに供給するＨ２ガスの流量
を表わしている。また全流量としては６１ｊｔ２１１ｎ
。
結晶成長時の結晶成長室内圧としては７６０〜５０司ｍ
ｕｇである。
ｕｇである。
以上のように本実施例によれば、ゴールドファーネス炉
１２を用いることにより、その設置部分から原料ガス導
入口への熱対流が生じ、その結果熱分解効率の悪いＰＨ
５も他の原料ガスとほぼ同一の効率で熱分解され一エピ
タキシャル結晶中へ取り込まれた。例えばＩｎＰ成長の
場合（ＰＨ３の供給ｆａ ） ／ Ｃ（Ｃ２Ｈ５）３１
ｎの供給量〕χ１０ 、 ＩｎＧ２ＬＡＳＰ成長の場合
［ＰＨ３の供給量） ／ ＣＡＳＨ３の供給量〕セ２で
あり一各原料々スの供給量比とほぼ同一の組成の結晶あ
るいは混晶が得られた。従って。
１２を用いることにより、その設置部分から原料ガス導
入口への熱対流が生じ、その結果熱分解効率の悪いＰＨ
５も他の原料ガスとほぼ同一の効率で熱分解され一エピ
タキシャル結晶中へ取り込まれた。例えばＩｎＰ成長の
場合（ＰＨ３の供給ｆａ ） ／ Ｃ（Ｃ２Ｈ５）３１
ｎの供給量〕χ１０ 、 ＩｎＧ２ＬＡＳＰ成長の場合
［ＰＨ３の供給量） ／ ＣＡＳＨ３の供給量〕セ２で
あり一各原料々スの供給量比とほぼ同一の組成の結晶あ
るいは混晶が得られた。従って。
ＰＨ３の供給量の絶対喰も著しく減少し、その結果−回
の結晶成長にかかるコストも著しく低下した。
の結晶成長にかかるコストも著しく低下した。
なお−■族有機金属化合物−特に（Ｃ２Ｈ５）３１ｎ
と■施水素化物とが室温で混合すると蒸気圧の低い副生
成物を生じ、良好々結晶成長を疎外するが、この本実施
例の場合＋ （Ｃ２Ｈ５）３ＩｎとＰＪ 、 ＡＳＨ３
は熱対流によって室温以上の温度で混合することになる
ので、上記したような副生成物は生成されなかった。そ
の結果（０２Ｈ５）３ＩＨの副生成物による損失が減少
しＩｎＧａＡＳＰ 成長の場合のＩｎとＧａの気相比と
固相比はほぼ同一であった。
と■施水素化物とが室温で混合すると蒸気圧の低い副生
成物を生じ、良好々結晶成長を疎外するが、この本実施
例の場合＋ （Ｃ２Ｈ５）３ＩｎとＰＪ 、 ＡＳＨ３
は熱対流によって室温以上の温度で混合することになる
ので、上記したような副生成物は生成されなかった。そ
の結果（０２Ｈ５）３ＩＨの副生成物による損失が減少
しＩｎＧａＡＳＰ 成長の場合のＩｎとＧａの気相比と
固相比はほぼ同一であった。
以上述べた実施例でに＋ ＩｎＰ −ＩｎＣｒａＡｓＰ
系の結晶成長について説明したが一本発明による気相成
長装置はＧａＡｓ −Ａ ７！ＧａＡｓ系、 ＧａＡｓ
−Ａ７ＧａＩｎＰ糸等の他の［−Ｖ族半導体結晶の成
長に用いることができるばかりでなく、更にＺｎ５ｅ
、 ＺｎＳ等のＩＩ −Ｖｌ族化合物半導体結晶、 ｎ
−’ｖｒ族トｌｌ＋ −’Ｖ族の混晶半導体等の成長
に用いることが可能である。
系の結晶成長について説明したが一本発明による気相成
長装置はＧａＡｓ −Ａ ７！ＧａＡｓ系、 ＧａＡｓ
−Ａ７ＧａＩｎＰ糸等の他の［−Ｖ族半導体結晶の成
長に用いることができるばかりでなく、更にＺｎ５ｅ
、 ＺｎＳ等のＩＩ −Ｖｌ族化合物半導体結晶、 ｎ
−’ｖｒ族トｌｌ＋ −’Ｖ族の混晶半導体等の成長
に用いることが可能である。
実施例２
次に本発明による有機化合物を用いる気相成長装置にお
いて、結晶成長室内の基鈑加熱方式として赤外ランプ加
熱方式と高周波加熱方式の場合の具体的な結晶成長室を
それぞれ第３図と第４図に示す。なお第３図と第４図に
おいて第１図と同一部分には同一番号を付す。第３図に
示す赤外ランプ加熱方式の場合、十分な熱対流を発生さ
せるために、赤外ランプ１３は基板設置部よりも下部に
も設置した。捷た第４図に示す高周波加熱方式の場合も
十分な熱対流を発生させるために、カーボンサセプター
１４の形状を図に示すように長くシ。
いて、結晶成長室内の基鈑加熱方式として赤外ランプ加
熱方式と高周波加熱方式の場合の具体的な結晶成長室を
それぞれ第３図と第４図に示す。なお第３図と第４図に
おいて第１図と同一部分には同一番号を付す。第３図に
示す赤外ランプ加熱方式の場合、十分な熱対流を発生さ
せるために、赤外ランプ１３は基板設置部よりも下部に
も設置した。捷た第４図に示す高周波加熱方式の場合も
十分な熱対流を発生させるために、カーボンサセプター
１４の形状を図に示すように長くシ。
かつそのまわりにも高周波コイル４を巻いた。
また実施例１の場合と同一の結晶成長を行なう場合、用
いるソース材料、成長条件は赤外ランプ方式の場合も高
層σリロ熱方式の場合も実施例１と同じであった。この
結果、得らｔ″した成長結晶の特性についても実施例１
の場合と同様であった。
いるソース材料、成長条件は赤外ランプ方式の場合も高
層σリロ熱方式の場合も実施例１と同じであった。この
結果、得らｔ″した成長結晶の特性についても実施例１
の場合と同様であった。
発明の効果
本発明にかかる有機化合物を用いた化合物半導体結晶の
気相成長装置はｍ一般的に言われる縦型の結晶成長室に
一十方への熱対流が生じるだけの十分な熱源となり得る
基板加熱装置を備えることにより各原料ガスの供給量比
とほぼ同一の組成の結晶あるいは混晶が成長可能となり
、この結果−熱分解効率の悪い原料ガスの無駄が減少し
てコストが著しく低下するものである。また１族あるい
はＩ族有機金属化合物と■施水素化物とが室温以上の温
度で混合することになり、結晶成長を疎外する蒸気圧の
低い副生成物が生じなくなり一良好な結晶成長が可能と
なって一非常にその実用的効果は大なるものである。
気相成長装置はｍ一般的に言われる縦型の結晶成長室に
一十方への熱対流が生じるだけの十分な熱源となり得る
基板加熱装置を備えることにより各原料ガスの供給量比
とほぼ同一の組成の結晶あるいは混晶が成長可能となり
、この結果−熱分解効率の悪い原料ガスの無駄が減少し
てコストが著しく低下するものである。また１族あるい
はＩ族有機金属化合物と■施水素化物とが室温以上の温
度で混合することになり、結晶成長を疎外する蒸気圧の
低い副生成物が生じなくなり一良好な結晶成長が可能と
なって一非常にその実用的効果は大なるものである。
第１図は従来の有機化合物を用いる気相成長装置の結晶
成長室の模式断面図、第２図、第３図。 第４図は本発明の実施例における有機化合物を用いる気
相成長装置の結晶成長室の模式断面図で−それぞれ基板
加熱方式としてゴールドファーネス炉、赤外ランプ加熱
方式、高周波加熱方式を用いた場合の図である。 １・・・・・・石英製炉芯管、４・・・・・−高周波コ
イル、５・・・・・■族あるい■施水素化物ガス導入管
、６・・・・・・Ｉ族あるいは■族有機金属化合物導入
管、８・・・・・・基板、９・・・・・・カーボン製サ
セプター＋１２・・・山ゴールドファーネス炉−１３・
・・・・・赤外ランプ＋１４・・・・・・熱対流が生じ
るのに十分な熱源となりうるカーボン製サセプター。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第：
図 第 ２ 図
成長室の模式断面図、第２図、第３図。 第４図は本発明の実施例における有機化合物を用いる気
相成長装置の結晶成長室の模式断面図で−それぞれ基板
加熱方式としてゴールドファーネス炉、赤外ランプ加熱
方式、高周波加熱方式を用いた場合の図である。 １・・・・・・石英製炉芯管、４・・・・・−高周波コ
イル、５・・・・・■族あるい■施水素化物ガス導入管
、６・・・・・・Ｉ族あるいは■族有機金属化合物導入
管、８・・・・・・基板、９・・・・・・カーボン製サ
セプター＋１２・・・山ゴールドファーネス炉−１３・
・・・・・赤外ランプ＋１４・・・・・・熱対流が生じ
るのに十分な熱源となりうるカーボン製サセプター。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第：
図 第 ２ 図
Claims (2)
- （１）原料ガスが鉛直下方に流れる結晶成長室を有し、
前記成長室内に、基板設置付近およびその下方から前記
原料ガス導入口に向かって上方への熱対流が生じるだけ
の十分な熱源となり得る基板加熱装置を備えたことを特
徴とする気相成長装置。 - （２）原料ガスとして、Ｖ原水素化物または■族有機化
合物を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21892583A JPS60112693A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21892583A JPS60112693A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60112693A true JPS60112693A (ja) | 1985-06-19 |
Family
ID=16727468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21892583A Pending JPS60112693A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60112693A (ja) |
-
1983
- 1983-11-21 JP JP21892583A patent/JPS60112693A/ja active Pending
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