JPS61101492A - 気相成長反応管 - Google Patents

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 本発明は半導体薄膜形成に使用する気相成長反応管の改
良に関する。

従来例の構成とその問題点 半導体素子、特に半導体薄膜の製造に当って気相成長反
応法が使用されている。かかる気相成長反応法で半導体
薄膜を製造したとき、形成される半導体薄膜の均一性が
良好で、欠陥の少ないことが要求される。

気相成長反応法で半導体薄膜を製造するに当っては、従
来一般に石英等で作られた気相成長反応管が用いられ、
この内部に半導体形成用ガスを導入し、内部に配置した
半導体薄膜形成用基板上に半導体結晶を成長させて薄膜
を形成している。従来より使用されている気相成長反応
管においては、その形状により半導体形成用ガスの上記
基板に向う流れが均一流とならず、大きく変化する。特
に気相成長反応管の形状が、上記基板位置付近でガス流
全体の流れに対し、その上流側に逆流を生じ易い形状で
あると流れのよどみを生じ、形成される半導体薄膜の膜
厚が不均一になったり、その電気的もしくは光学的特性
を不均一にしたりして、各特性に大きな悪影響を与える
。

従来の気相成長反応管は第２図に示す如く、頂部に半導
体形成用ガス導入口１を有する円錐形部分２、これに続
く、下部に排気口３を有する円筒部分４からなっている
。上記円筒部分４の中央に半導体薄膜形成用基板５が配
置されており、この基板５は、サセプタ支持体６によっ
て支持されたサセプタ７上に載置されている。

半導体結晶を成長させて薄膜を形成するに当っては、気
相成長反応管の上記円筒部分４の外周に設けた高周波誘
導加熱コイル８により、サセプタ７を高周波加熱し、サ
セプタ７から熱伝導によって上記基板５を加熱させる。

そして半導体形成用ガスを導入口１より導入し、基板ｓ
上でガスを反応させて半導体の結晶を生長させて薄膜を
形成させる。未反応ガスを含む残余のガスは円筒部分４
をとおり、下部に設けられた排気口３から排出させられ
る。

かかる気相成長反応管においては半導体形成用ガスは均
一流として反応管内を流れず、ガスの一部はガス流の上
流方向に逆流して図示する如くよどみ９を形成する。こ
のためガスの流れが乱れ、その結果基板５上に形成され
る半導体薄膜の膜厚ｌご不均一を生ぜしめたり、形成さ
れる半導体結晶に不均一を生ぜしめ、形成される半導体
薄膜の電気的もしくは光学的性質に悪影響を与える。

発明の目的 本発明は上述した従来の気相成長反応管の欠点に鑑み、
半導体形成用ガスの逆流を防止し、よどみを形成しない
ようにした気相成長反応管を提供することにある。

発明の構成 本発明は上述した如き半導体薄膜形成用気相成長反応管
において、半導体薄膜形成用基板の高さ付近に、半導体
形成用ガスの一部を排気する排気口を設けた半導体薄膜
形成用気相成長反応管にある。

特に本発明は、頂部に半導体形成用ガス導入口を有する
円錐形部分、これに続く、下部に排気口を有する円筒部
分からなり、円筒部分中央に半導体薄膜形成用基板が設
けてある半導体薄膜形成用気相成長反応管において、上
記半導体薄膜形成用基板の高さ付近で、上記口、筒部分
に半導体形成用ガスの一部を排気する排気口を設けた半
導体薄膜形成用気相成長反応管にある。

上述した本発明の構成によれば、半導体形成用ガスの逆
流が生じ、よどみ９が形成されるガスの流れを本発明に
より設けた排気口から排出させるため、かかる逆流が防
止され、その結果、膜厚、電気的もしくは光学的特性の
均一な半導体薄膜を再現性、制御性良く得ることができ
、バラツキの少ない半導体薄膜を高い製造歩留り作るこ
とかできる。

実施例の説明 本発明による気相成長反応管の一例の断面略図を第１図
に示す。第１図においては、第２図に示した気相成長反
応管の各部分に対応する部分は全て同一の数字記号を付
して示しである。

本発明の第１図の反応管においては半導体薄膜形成用基
板５の高さ付近で、反応管円筒部分４に排気口１０が設
けてある。この排気口１０の数および大きさは、前述し
た半導体形成用ガスの逆流もしくはよどみを形成せず、
ガスが排出されるように任意に設定すればよい。

第１図の気相成長反応管を用いて半導体薄膜を形成する
例を以下に実施例を挙げて説明する。

実施例 第１図に示した如く、排気口１０を設けた本発明による
気相成長反応管を使用し、ＧａＡｓ製半導体薄膜形成用
基板５（３０嘔平方）上にＳｓをドープしたＧａ　１−
　ｘ　Ａｌｘ　Ａｓ薄膜を結晶成長させて作った。半導
体形成用ガスとして、（ＯＨｎ）ｓ　Ｇａ５（ＯＨ，）
コＡ１およびＡｓＨ＠を使用した。またｓｏをドーピン
グするのにＨｏ５ｅを用いた。薄膜の結晶成長条件は基
板５の温度を７５０°Ｃとし、（ＯＨａ）ｓ　Ｇａ、　
（ＯＨａ）ａＡｌとＡｓＨ３のモル比（Ａ８Ｈ３〕／（
（ＯＨ，）、Ｇａ　：）　＋　Ｃ（ＯＨｓｈ　Ａｌ　”
］　＝　３０、Ｈ！ＳｅとＡｓＨ３のモル比〔ＨＩＥｉ
ｅ　〕／（Ａ８Ｈ３）　＝’Ｉ　Ｏ−’として、全ガス
の流１１０ｔ／分とした。成長速度は２　ｆｉｌｌｒｉ
　／　ｈｒで６０分間成長させ、２メｍの膜厚の単結晶
Ｇａ１−エＡｌｘＡｓ成長薄膜を得た。

また別に第２図に示した如き従来の気相成長反応管を用
いて同じ条件で半導体薄膜を形成した（比較例）。

形成されたｎ型のＧａミニ−Ａｌｘ　Ａｓ薄膜中の混晶
比Ｘのバラツキをウェハ面内およびエビ層膜厚方向にフ
ォトルミネツセ：／ス法、Ｘ線マイクロアナリシス法、
スパッタリング・オージェ電子分光法を併用して測定し
た。

本発明実施例の場合、混晶比ｘ　＝　０．３５±０．０
１という結果が得られた。これに対し比較例では混晶比
ｘ　＝　０．３１±０．０５となった。またキャリヤー
濃度についてはＯｖ測測定より、本実施例の場合平均値
５×１０１７／ｃＩｉ（バラツキの範囲４Ｘ　１０”　
〜６Ｘ　１０”／ｃｄ）であった。これに対し比較例で
は平均値４〜１０”／ｃ＋ｆ（バラツキの範囲一１−Ｘ
　１０”〜８　Ｘ　１０”／ａｉ　）であった。

測定は３００にの温度で行なった。

また形成された半導体薄膜の欠陥については、化学エツ
チングにより、エッチピットを現出させ、光学顕微鏡お
よびＳＩＣＭにより単面積当りのピットの個数を計算し
たところ本実施例では比較例よりも約２〜３桁低い値が
得られた。

以上のデータから本発明による気相成長反応管は従来の
気相成長反応管よりすぐれていることが判る。その理由
は次の如く考えられる。即ち従来の気相成長反応管（第
２図）では、内部を流れるガスが滑らかに下部排気口３
まで流れず、ガスのよどみ９を形成する。これは気相成
長用ガス流の流れに対し、サセプタ５上で加熱されて上
昇するガス流の流速が無視できないために生ずる。この
ガスよどみ９がガス導入口１より入って来るガス流を加
熱したり、流れを乱す。またよどみ９部分の温度の高い
ガスの一部が導入ガス流に混入するなどして、成分ガス
の混合の割合を変化させ、また反応中°間生成物の生成
、Ｇ＆油の核生成等が促進され、基板５上に反応ガスが
均一混合された状態で到達せず、このため混晶比のバラ
ツキを大にしたり、キャリヤ濃度の低下およびバラツキ
を生ぜしめるのである。

これに対し、本発明の気相成長反応管を用いると、上述
したガスの逆流、よどみを形成しないので混晶比、キャ
リヤ濃度の制御性、均一性、再現性がすぐれ、またウェ
ハ間の再現性もよくなり、胴厚の制御性にすぐれ、欠陥
密度も低いというすぐれた結果が得られる。

なお本実施例ではＧａＡｌＡｓ系材料について示したが
、本発明は全ての材料で全ての気相成長反応管に適用可
能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による気相成長反応管の断面略図であり
、第２図は従来の気相成長反応管の断面図である。 １はガス導入口、２は反応管円錐部分、３は下部排気口
、４は反応管円筒部分、５は半導体薄膜形成用基板、７
はサセプタ、８は加熱コイル、９はガスよどみ、１０は
排気口。 同　　　　　　　安　　　達　　　　　　　　智・□’
、’ｌｌ””３ｉ巳；第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体薄膜形成用気相成長反応管において、半導体
   薄膜形成用基板の高さ付近に、半導体形成用ガスの一部
   を排気する排気口を設けたことを特徴とする半導体薄膜
   形成用気相成長反応管。 ２、気相成長反応管が、頂部に半導体形成用ガス導入口
   を有する円錐形部分、これに続く、下部に排気口を有す
   る円筒部分からなり、円筒部分中央に半導体薄膜形成用
   基板が設けてある特許請求の範囲第１項記載の半導体薄
   膜形成用気相成長反応管。