JPS6019135B2 - Vapor phase growth method for compound semiconductors - Google Patents

Vapor phase growth method for compound semiconductors

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JPS6019135B2
JPS6019135B2 JP10394978A JP10394978A JPS6019135B2 JP S6019135 B2 JPS6019135 B2 JP S6019135B2 JP 10394978 A JP10394978 A JP 10394978A JP 10394978 A JP10394978 A JP 10394978A JP S6019135 B2 JPS6019135 B2 JP S6019135B2
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JP
Japan
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vapor phase
phase growth
crystal
crystal substrate
gas
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純次 米野
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化合物半導体の気相成長法に関するものであり
、より詳細に述べるならば、横型成長炉内に中空多角柱
形状となるように反応管壁に平行に配置した複数枚の結
晶基板にェピタキシャル成長層を同時に生成する化合物
半導体の気相成長法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a method for vapor phase growth of compound semiconductors, and more specifically, the present invention relates to a method for vapor phase growth of compound semiconductors. The present invention relates to a compound semiconductor vapor phase growth method that simultaneously produces epitaxial growth layers on a plurality of crystal substrates.

以下、枇化ガリウム(GaAs)のェピタキシヤル層の
気相成長に関連して本発明を説明するが、その他の化合
物半導体の気相成長にも本発明の方法が適用できる。
Although the present invention will be described below in connection with the vapor phase growth of an epitaxial layer of gallium oxide (GaAs), the method of the present invention can also be applied to the vapor phase growth of other compound semiconductors.

一般に枇化ガリウムのェピタキシャル層を気相成長させ
る場合には、第1図の概略図に示した横型気相成長装置
を使用して行なわれている。
Generally, when an epitaxial layer of gallium chloride is grown in a vapor phase, a horizontal vapor phase growth apparatus shown schematically in FIG. 1 is used.

まず、反応管1内に、金属ガリウム(Ga)2を装填し
たソースボート3と結晶基板4を担持している基板ホル
ダー5とを配置する。この反応管1を横型炉(図示せず
)にて加熱して、第2図に示すような反応管1内温度分
布を創出する。水素(比)ガス又は窒素(N2)ガスを
キャリアガスとして、管6を通して直接に反応管1内に
このキャリアガスを導入し、また、管7を通して途中三
塩化硯素(AsC13)8内を通すことでAsC13C
ガスを反応管1内に導入する。このようにして、金属ガ
リウムからのGaとぶCI3とが反応管1内で反応して
磁化ガリウム(GaAs)が生じこれが結晶基板4上に
積ってェピタキシャル結晶層となる。成長反応後のガス
は排気口16より排出される。しかしながら、上述した
ような気相成長装置を使用した気相成長法では、多数枚
の結晶基板に同時にェピタキシャル結晶層を成長させる
ことはできない。
First, a source boat 3 loaded with metal gallium (Ga) 2 and a substrate holder 5 supporting a crystal substrate 4 are placed in a reaction tube 1 . This reaction tube 1 is heated in a horizontal furnace (not shown) to create a temperature distribution inside the reaction tube 1 as shown in FIG. Using hydrogen (specific) gas or nitrogen (N2) gas as a carrier gas, this carrier gas is directly introduced into the reaction tube 1 through a tube 6, and is also passed through a silicon trichloride (AsC13) 8 through a tube 7. AsC13C
Gas is introduced into the reaction tube 1. In this way, Ga CI3 from metallic gallium reacts in the reaction tube 1 to produce magnetized gallium (GaAs), which is deposited on the crystal substrate 4 to form an epitaxial crystal layer. The gas after the growth reaction is exhausted from the exhaust port 16. However, in the vapor phase growth method using the above-mentioned vapor phase growth apparatus, it is not possible to simultaneously grow epitaxial crystal layers on a large number of crystal substrates.

そこで、本出願人は実開昭52一60264(実豚昭5
0一147017号)にて同時に多数枚の結晶基板に結
晶成長を行なうことのできる化合物半導体の横型気相成
長装置を提案した。この提案した成長装置では、第3図
及び第4図に示したように4枚の結晶基板11,12,
13及び14を中空正四角柱状に配置してこれら結晶基
板に同時にェピタキシャル結晶層を気相成長させる。
Therefore, the present applicant has decided to
No. 0147017) proposed a horizontal vapor phase growth apparatus for compound semiconductors that can grow crystals on multiple crystal substrates at the same time. In this proposed growth apparatus, as shown in FIGS. 3 and 4, four crystal substrates 11, 12,
13 and 14 are arranged in the shape of a hollow square prism, and epitaxial crystal layers are simultaneously grown in a vapor phase on these crystal substrates.

第3図は結晶基板と基板ホルダーの斜視図であり、第4
図は反応管内に第3図で示した結晶基板と基板ホルダー
とを配置したときの状態を説明する断面図である。なお
、この提案した気相成長装置は、従来の横型気相成長装
置における結晶基板ホルダーを第3図に示した基板ホル
ダー15としたことが異なるだけで他は従来装置と同じ
であり、故に、気相成長させる方法は従釆方法と同じ手
順で行なわれる。この提案した成長装置で結晶基板に化
合物半導体(GaAs)を気相成長させたところ気相成
長速度と各結晶基板(結晶基板位置)との関係が第5図
乃び第6図のようになった。
Figure 3 is a perspective view of the crystal substrate and substrate holder;
The figure is a cross-sectional view illustrating the state when the crystal substrate and substrate holder shown in FIG. 3 are placed in the reaction tube. The proposed vapor phase growth apparatus is the same as the conventional apparatus except that the crystal substrate holder in the conventional horizontal vapor phase growth apparatus is replaced with the substrate holder 15 shown in FIG. The vapor phase growth method is carried out using the same procedure as the secondary method. When a compound semiconductor (GaAs) was grown in the vapor phase on a crystal substrate using this proposed growth apparatus, the relationship between the vapor phase growth rate and each crystal substrate (crystal substrate position) was as shown in Figures 5 and 6. Ta.

第5図はキャリアガスに窒素ガスを使用して枇化ガリウ
ム気相成長を行なった場合のものであり、結晶基板12
と14と(正四角柱状で左右側面の位置)では成長速度
はほとんど同じであるが、結晶基板11(上面の位置)
では結晶基板12及び14よりも成長速度が少し大きく
なり、また、結晶基板13(下面の位置)では結晶基板
12及び14よりも成長速度が少し小さくなる。また、
第6図はキャリアガスに水素ガスを使用して磁化ガリウ
ム気相成長を行なった場合のものであり、第5図の場合
とは逆に、結晶基板11(上面の位置)では成長速度が
少し小さくなり、結晶基板13(下面の位置)では少し
大きくなる。このように結晶基板の配置場所によって気
相成長速度が異なる欠点、すなわち、同時に成長させた
ェピタキシャル成長層の厚さにバラッキが生じる欠点が
あった。したがって、本発明の目的は、上述した欠点の
バラッキをできるだけ低くおさえて同時に気相成長した
各ヱピタキシャル結晶層の厚さをほぼ等しくすることで
ある。
FIG. 5 shows the case where gallium chloride vapor phase growth is performed using nitrogen gas as a carrier gas, and the crystal substrate 12 is
The growth rate is almost the same for crystal substrates 11 and 14 (positions on the left and right sides of a regular square prism), but crystal substrate 11 (position on the top surface)
The growth rate is a little higher than that of the crystal substrates 12 and 14, and the growth rate of the crystal substrate 13 (lower surface position) is a little lower than that of the crystal substrates 12 and 14. Also,
Figure 6 shows the case of magnetized gallium vapor phase growth using hydrogen gas as the carrier gas, and contrary to the case of Figure 5, the growth rate is slightly lower on the crystal substrate 11 (top surface position). The crystal substrate 13 (lower surface position) is slightly larger. As described above, there is a drawback that the vapor phase growth rate varies depending on the location of the crystal substrate, that is, there is a drawback that the thickness of the epitaxial growth layer grown at the same time varies. Therefore, an object of the present invention is to suppress the above-mentioned disadvantageous variation as low as possible and to make the thicknesses of the epitaxial crystal layers simultaneously grown in a vapor phase substantially equal.

上述した目的が次のような化合物半導体の気相成長法に
よって達成される。
The above object is achieved by the following compound semiconductor vapor phase growth method.

すなわち、この気相成長法とは、気相成長反応管の中心
鞠を中心軸とする中空正多角柱の側壁面となるように複
数の結晶基板を配置してこの結晶基板上に化合物半導体
を気相成長させる方法において、化合物半導体の気相成
長に使用するキャリアガスを、25ないし75%の水素
ガスと75なし、し25%の窒素ガスとの混合ガスとす
ることを特徴とする化合物半導体の気相成長法である。
第3図及び第4図に示した結晶基板上に本発明に係る成
長法を適用してェピタキシャル結晶層を成長させると、
気相成長速度と各結晶基板(結晶基板位置)との関係が
第7図のようになって結晶基板位置による成長速度の差
はほとんどなくなる。
In other words, this vapor phase growth method involves arranging a plurality of crystal substrates so as to form the side walls of a hollow regular polygon with the center axis of the vapor growth reaction tube as the central axis, and depositing compound semiconductors on these crystal substrates. A compound semiconductor characterized in that, in the vapor phase growth method, the carrier gas used for vapor phase growth of the compound semiconductor is a mixed gas of 25 to 75% hydrogen gas and 75% to 25% nitrogen gas. This is a vapor phase growth method.
When an epitaxial crystal layer is grown on the crystal substrate shown in FIGS. 3 and 4 by applying the growth method according to the present invention,
The relationship between the vapor phase growth rate and each crystal substrate (crystal substrate position) becomes as shown in FIG. 7, and there is almost no difference in growth rate depending on the crystal substrate position.

なお、第7図の場合のキャリアガスは水素ガスが36v
ol%で窒素ガスが64vol%である。水素ガスが規
定した25%よりも少ない場合に、これは窒素ガスが7
5%より多いことであり、第5図に示したような成長速
度と基板位置との関係傾向が現われて成長速度の差異が
生じる。逆に水素ガスが75%よりも多い場合には、第
6図に示したような傾向が現われ成長速度の差異が生じ
る。したがって、特に、実用上の品質管理の点から気相
成長速度のバラッキを±2%以内に抑えるため上述のガ
ス混合割合の規定は必要である。前述の正多角柱が正四
角柱であることは好ましいが、正五角柱あるいは正六角
柱であってもよい。反応管の内径、結晶基板の大きさ等
を考慮して適切な中空多角柱形状に結晶基板を配置すべ
きである。実施例によって本発明を説明する。
In addition, the carrier gas in the case of Fig. 7 is hydrogen gas at 36V.
Nitrogen gas is 64 vol% in ol%. If the hydrogen gas is less than the specified 25%, this means that the nitrogen gas is 7%
This is more than 5%, and a relationship between growth rate and substrate position as shown in FIG. 5 appears, resulting in a difference in growth rate. Conversely, when the hydrogen gas content is more than 75%, a tendency as shown in FIG. 6 appears, and a difference in growth rate occurs. Therefore, especially from the point of view of practical quality control, it is necessary to specify the above-mentioned gas mixture ratio in order to suppress the variation in the vapor phase growth rate within ±2%. Although it is preferable that the above-mentioned regular polygonal prism is a regular square prism, it may be a regular pentagonal prism or a regular hexagonal prism. The crystal substrate should be arranged in an appropriate hollow polygonal column shape, taking into consideration the inner diameter of the reaction tube, the size of the crystal substrate, etc. The invention will be explained by examples.

実施例 本発明に係る化合物半導体の気相成長法を用いて枇化ガ
リウムの気相成長を下記条件で行なった。
EXAMPLE Using the compound semiconductor vapor phase growth method according to the present invention, gallium sulfide was grown in the vapor phase under the following conditions.

く気相成長条件〉 結 晶 基 板:枇化ガリウムウェハ (20×3仇吻・・・・4枚) 結晶基板の配置:第3図及び第4図のように配置成 長
温 度:73び0船CI3温度:3がO Gaソース温度:850qC 反応管内怪 :44側 キャリアガス :水素ガス(36仇ol%)+窒素ガス
(64vol%)バイパスキヤリ アガス流量 :70比c/min ASC13バブ リングに使用し たキヤリアガス 流量 :30比c/min く結果〉 平均気相成長速 度 :0.15ム/min 気相成長速度の バラッキ :士2%以内 以上のように横型気相成長装置を使用して多数枚の結晶
基板にェピタキシャル結晶層を成長させる際に本発明の
方法を適用することによって、配置位置による成長速度
の差を±2%以下と小さく、すなわち、全ての結晶基板
での成長速度をほぼ同じにすることができる。
Vapor phase growth conditions〉 Crystal substrate: Gallium sulfide wafers (20×3×4 wafers) Crystal substrate arrangement: Arranged as shown in Figures 3 and 4 Growth temperature: 73 and 0 ship CI3 temperature: 3 is O Ga source temperature: 850qC Reaction tube internal temperature: 44 side carrier gas: Hydrogen gas (36 vol%) + nitrogen gas (64 vol%) Bypass carrier gas flow rate: 70 ratio c/min ASC13 bubbling Carrier gas flow rate used for: 30 c/min Results> Average vapor growth rate: 0.15 m/min Variation in vapor growth rate: Within 2% using a horizontal vapor growth apparatus By applying the method of the present invention when growing epitaxial crystal layers on a large number of crystal substrates, the difference in growth rate depending on the placement position is as small as ±2% or less, that is, the growth rate on all crystal substrates is reduced. can be made almost the same.

したがって、気相成長結晶層厚さの差異が非常に小さい
安定した品質の製品を量産することが可能になる。
Therefore, it becomes possible to mass-produce products of stable quality with very small differences in the thickness of the vapor-grown crystal layer.

【図面の簡単な説明】 第1図は、通常の砥化ガリウム気相成長用の横型気相成
長装置の概略説明図であり、第2図は、第1図の横型気
相成長装置での反応管内温度分布図であり、第3図は、
4枚の結晶基板を中空正四角柱状に配置したときの斜視
図であり、第4図は、第3図の結晶基板と基板ホルダー
とを反応管内に配置したときの状態を説明する断面図で
あり、第5図は、第3図及び第4図のように配置した結
晶基板に窒素キャリアガスを使用してェピタキシャル結
晶を成長させたときの、気相成長速度と結晶基板位置と
の関係を表わした図であり、第6図は、第3図及び第4
図のように配置した結晶基板に水素キャリアガスを使用
してェピタキシャル結晶を成長させたときの、気相成長
速度と結晶基板位置との関係を表わした図であり、及び
、第7図は、本発明に係る成長法の一実施態様(水素ガ
ス36vol%と窒素ガス64vol%との混合キャリ
アガス)での、気相成長速度と結晶基板位置との関係を
表わした図である。 1・・・・・・反応管、2・・・・・・ガリウムソース
、4・・.・・・結晶基板、5・・・・・・基板ホルダ
ー、6,7・・・・・・キャリアガス供給管、8・・・
・・・船CI3、11,12,13,14・・・・・・
結晶基板、15・…・・基板ホルダー、16……排気口
。 第1図 多2図 第3図 弟ム図 繁5図 袋6図 第7図
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a schematic diagram of a horizontal vapor phase growth apparatus for normal abrasive gallium vapor phase growth, and Fig. 2 is a schematic illustration of the horizontal vapor phase growth apparatus of Fig. 1. FIG. 3 is a temperature distribution diagram inside the reaction tube.
FIG. 4 is a perspective view when four crystal substrates are arranged in a hollow square prism shape, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the state when the crystal substrates and substrate holder of FIG. 3 are arranged in a reaction tube. Figure 5 shows the relationship between the vapor phase growth rate and the crystal substrate position when epitaxial crystals are grown using nitrogen carrier gas on the crystal substrates arranged as shown in Figures 3 and 4. Fig. 6 is a diagram representing Fig. 3 and Fig. 4.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the vapor phase growth rate and the position of the crystal substrate when an epitaxial crystal is grown using a hydrogen carrier gas on the crystal substrate arranged as shown in the figure. , is a diagram showing the relationship between the vapor phase growth rate and the crystal substrate position in an embodiment of the growth method according to the present invention (mixed carrier gas of 36 vol% hydrogen gas and 64 vol% nitrogen gas). 1...Reaction tube, 2...Gallium source, 4... ...Crystal substrate, 5...Substrate holder, 6,7...Carrier gas supply pipe, 8...
...Ship CI3, 11, 12, 13, 14...
Crystal substrate, 15...Substrate holder, 16...Exhaust port. Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Younger sister Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 気相成長反応管の中心軸を中心軸とする中空正多角
柱の側壁面となうように複数の結晶基板を配置して前記
結晶基板上に化合物半導体を気相成長させる方法におい
て、 前記化合物半導体の気相成長に使用するキヤリア
ガスを、25ないし75%の水素ガスと75ないし25
%の窒素ガスとの混合ガスとすることを特徴とする化合
物半導体の気相成長法。
1. A method for vapor-phase growing a compound semiconductor on a crystal substrate by arranging a plurality of crystal substrates so as to form a side wall surface of a hollow regular polygon whose central axis is the central axis of a vapor-phase growth reaction tube, The carrier gas used in the vapor phase growth of compound semiconductors is 25 to 75% hydrogen gas and 75 to 25% hydrogen gas.
% of nitrogen gas.
JP10394978A 1978-08-28 1978-08-28 Vapor phase growth method for compound semiconductors Expired JPS6019135B2 (en)

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JPS5530848A JPS5530848A (en) 1980-03-04
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6226790A (en) * 1985-07-27 1987-02-04 斎藤 英雄 Pulse generation switch with discharge lamp lighting protection circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6226790A (en) * 1985-07-27 1987-02-04 斎藤 英雄 Pulse generation switch with discharge lamp lighting protection circuit

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JPS5530848A (en) 1980-03-04

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