JPS6122619A - Vapor-phase epitaxial growing device - Google Patents

Vapor-phase epitaxial growing device

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Publication number
JPS6122619A
JPS6122619A JP59104642A JP10464284A JPS6122619A JP S6122619 A JPS6122619 A JP S6122619A JP 59104642 A JP59104642 A JP 59104642A JP 10464284 A JP10464284 A JP 10464284A JP S6122619 A JPS6122619 A JP S6122619A
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JP
Japan
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growth
source
layer
gas
inp
Prior art date
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Pending
Application number
JP59104642A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Noda
野田 行雄
Yukitoshi Kushiro
久代 行俊
Yuichi Matsushima
松島 裕一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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Publication date
Application filed by Kokusai Denshin Denwa KK filed Critical Kokusai Denshin Denwa KK
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Abstract

PURPOSE:To grow a number of crystal wafers with excellent working efficiency by a method wherein a device which performs temperature controlling function is provided in the vicinity of the source part of a source pipe, and said device is independently controlled. CONSTITUTION:The high speed heating-cooling furnaces 20, 21, 22 and 23, with which the temperature in the vicinity of the source part of a source pipe is controlled, are provided completely independent of the electric furnace 16 which controls the temperature of a reactor part. These furnaces have the rising and falling speed of temperature of + or -100 deg.C/sec or thereabout. Also, these high speed heating-cooling furnaces 20-30 are constructed in such a manner that they give no effect of heat induction on the adjoining furnaces. When four-layer structure is grown in a growing process, as the process wherein the metal source subsequent to the second sheet are saturated by chroride gas and the stand-by process to be performed after completion of the growth of the first layer can be omitted, the time required for growing process can be reduced to a little more than 1/3 of the time required for the conventional method.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は化合物半導体多層膜を成長する気相エピタキシ
ャル成長装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a vapor phase epitaxial growth apparatus for growing compound semiconductor multilayer films.

(従来技術) 多層構造の半導体結晶を製造する場合には、精度の高い
結晶成長技術が要求され、この化合物半導体多層膜を成
長する方法として液相成長法あるいは気相成長法等があ
る。とれらの成長法の中でも、気相成長法は高純度結晶
の成長及び量産性の面で優れている。
(Prior Art) When manufacturing a semiconductor crystal with a multilayer structure, a highly accurate crystal growth technique is required, and methods for growing this compound semiconductor multilayer film include liquid phase growth, vapor phase growth, and the like. Among these growth methods, the vapor phase growth method is superior in terms of growth of high-purity crystals and mass productivity.

第1図は従来のハイドライド気相エビタキンヤル成長装
置である。同成長装置を用いて’I  InP基板1の
上にn −InP / n −InP / InGaA
aP/ InGaAs  4層構造のへテロ構造アバラ
ン7エ・フォト・ダイオード(以下、rAPDJと称す
)用結晶を成長する場合を例にと9、同成長装置の構造
並びに成長手順について説明する。
FIG. 1 shows a conventional hydride vapor phase epitaxy growth apparatus. Using the same growth apparatus, n-InP/n-InP/InGaA was grown on the 'I InP substrate 1.
Taking as an example the case of growing a crystal for an aP/InGaAs four-layer heterostructure Avalan 7E photodiode (hereinafter referred to as rAPDJ)9, the structure and growth procedure of the growth apparatus will be described.

同図において、HCL 、 PH3およびAsH3ガス
は原料を供給するだめのガスで濃度は水素ベースで10
%であり、H2SガスはInP fen型にするための
ドーパントであシ、水素ペースで濃度10ppmである
。また、第1成長室5及び第2成長室6に流すH2キャ
リアガスの流量は各々1001000c ’及び15θ
Occmm’である。
In the figure, HCL, PH3, and AsH3 gases are used to supply raw materials, and their concentration is 10% on a hydrogen basis.
%, and the H2S gas is a dopant for making the InP fen type, and the hydrogen paste has a concentration of 10 ppm. Further, the flow rates of the H2 carrier gas flowing into the first growth chamber 5 and the second growth chamber 6 are 1001000c' and 15θ, respectively.
Occmm'.

以上のような条件のもとて次の手順によシ成長する。但
し、各ガスの流量は省略しである。
Under the above conditions, the growth takes place according to the following steps. However, the flow rates of each gas are omitted.

ステップ1:成長開始25分前 1−1.第1 Inソース管9及び第1. Gaンース
管7にHCtガスを流して、第1Inソース1o及び第
1 Ga 7−ス8と化学反応させ、InCtガス及び
GaCAガスで第1Inソース1o及び第1Gaンース
8を飽和させる。
Step 1: 25 minutes before the start of growth 1-1. The first In source tube 9 and the first. HCt gas is caused to flow through the Ga source tube 7 to chemically react with the first In source 1o and the first Ga source 8, and the first In source 1o and the first Ga source 8 are saturated with the InCt gas and GaCA gas.

ステップ2:成長開始5分前 2−1.第1■族水素化物ガス導入管11にAsH3ガ
スを流す。
Step 2: 5 minutes before the start of growth 2-1. AsH3 gas is passed through the Group 1 hydride gas introduction pipe 11.

2−2. InP基板1の熱劣化を防止するため、予熱
用■原水素化物ガス導入管3からPH3を流す。
2-2. In order to prevent thermal deterioration of the InP substrate 1, PH3 is supplied from the raw hydride gas introduction pipe 3 for preheating.

2−3.基板ホルダー2の上のInP基板1を予熱域4
へ移動し、基板1の温度を成長温度700℃まで高める
2-3. The InP substrate 1 on the substrate holder 2 is heated in the preheating area 4.
The temperature of the substrate 1 is raised to the growth temperature of 700°C.

ステップ3 : InGaAs第1層の成長3−1.基
板1を第1成長室5へ移動させ15分間成長させる。
Step 3: Growth of InGaAs first layer 3-1. The substrate 1 is moved to the first growth chamber 5 and grown for 15 minutes.

3−2.第1層成長終了5分前項に、第2成長室6へ第
2■族水素化物ガス導入管14がらAsH3ガスを流す
3-2. Five minutes before the end of the first layer growth, AsH3 gas is flowed into the second growth chamber 6 through the Group 2 hydride gas introduction pipe 14.

ステップ4:第1層成長終了5層成長開始まで4−1.
基板1を第1成長室5かも第2成長室6へ移動し、第1
成長室5の原料ガスが定常状態になるまで約25分間流
機する。
Step 4: End of 1st layer growth and start of 5th layer growth 4-1.
The substrate 1 is moved to the first growth chamber 5 or the second growth chamber 6, and
The source gas in the growth chamber 5 is allowed to flow for about 25 minutes until it reaches a steady state.

4−2.第11nソース管9と第1Gaンース管7にH
Ctガスを流し、第1Inソース1oと第1. Gaソ
ース8を各々InCA 、 GaC1で飽和させる。
4-2. H to the 11n source tube 9 and the first Ga source tube 7.
Ct gas is supplied to the first In source 1o and the first In source 1o. The Ga sources 8 are saturated with InCA and GaCl, respectively.

4−3.第1■族水素化物ガス導入管1」からPH3と
AsHa  との混合ガスを流す。
4-3. A mixed gas of PH3 and AsHa is flowed from the Group 1 hydride gas inlet pipe 1.

ステップ5 : InGaAsP第2層の成長5−1.
基板1を第2成長室6がら第1成長室5へ移動し15分
間成長する。
Step 5: Growth of InGaAsP second layer 5-1.
The substrate 1 is moved from the second growth chamber 6 to the first growth chamber 5 and grown for 15 minutes.

5−2.第21nソース管12にHCtガスを流す。5-2. HCt gas is caused to flow through the 21n source tube 12.

5−3、第2v族水素化物ガス導入管14に流していた
AsJ(3ガスをPH3ガスに変更する。
5-3. Change the AsJ (3 gas) flowing into the 2V group hydride gas introduction pipe 14 to PH3 gas.

ステップ6:n−InP第3層及びn−−InP第4層
の成長 6−1.ドーピング管15からH2Sを約5分間流す。
Step 6: Growth of n-InP third layer and n--InP fourth layer 6-1. H2S is flowed from the doping tube 15 for about 5 minutes.

6−2.基板1を第1成長室5から第2成長室6へ移動
する。
6-2. The substrate 1 is moved from the first growth chamber 5 to the second growth chamber 6.

6−3.n−InP第3層を5分間成長する。6-3. Grow a third layer of n-InP for 5 minutes.

6−4.ドーピング管15のバルブを閉める。6-4. Close the valve of doping tube 15.

6−5.n−InP第4層を15分間成長する。6-5. Grow a fourth layer of n-InP for 15 minutes.

以上、APD用n −InP/ n −InP / I
nGaAsP/In Ga As 4層構造を例にとり
、従来の気相成長装を 置の説明したが、以下に述べるような問題点があ△ つた。
Above, n-InP/n-InP/I for APD
A conventional vapor phase growth apparatus was explained using an nGaAsP/InGaAs four-layer structure as an example, but the following problems were encountered.

(+)気相成長法は、各メタルソースとハロゲン系ガス
等とを化学反応させてできた気体をキャリアガスで運び
結晶成長させる方法である。従って、各メタルソースと
・・ロゲン系ガス等とを化学反応させてできる気体を事
前に充分作る必要がある。
The (+) vapor phase growth method is a method in which a gas produced by chemically reacting each metal source with a halogen-based gas or the like is transported by a carrier gas to grow crystals. Therefore, it is necessary to create a sufficient amount of gas in advance by chemically reacting each metal source with a rogen-based gas or the like.

この事前作業は、一枚の結晶ウニ・・−を成長する場合
でも、全工程の所要時間に占める割合が太きく、従来の
気相成長法で最も作業効率を低下させる原因となってい
た。このことは、気相成長する全ての結晶成長に言える
が、例えばステップ】の工程において、メタルソース1
0及び8を塩化物ガスで飽和させるためにHCtガスを
約25分間流したが、塩化物ガスで飽和しないうちに成
長すると、塩化物ガスの生成量が成長の最中に変動して
成長層の化学組成が成長方向に変化し成長層の結晶性を
劣化する。尚、この工程は前述したn −InP/n 
−InP / InGaAsP/ InGaAs 4層
構造の成長所要時間の約1/4を占めており、かつ連続
して多数枚の結晶ウェハーを成長する場合でも、その都
度必要なため、気相成長でウェノ・−を量産する場合に
作業効率を著しく低下させていた。
This preliminary work accounts for a large proportion of the time required for the entire process, even when growing a single crystalline sea urchin, and was the cause of the greatest reduction in work efficiency in conventional vapor phase growth methods. This can be said for all types of crystal growth using vapor phase growth, but for example, in the process of step], metal source 1
HCt gas was flowed for about 25 minutes to saturate 0 and 8 with chloride gas, but if the growth occurred before being saturated with chloride gas, the amount of chloride gas produced fluctuated during growth and the growth layer The chemical composition of the layer changes in the growth direction, deteriorating the crystallinity of the grown layer. Note that this step is performed using the above-mentioned n -InP/n
-InP/InGaAsP/InGaAs It occupies about 1/4 of the time required to grow a four-layer structure, and even when growing a large number of crystal wafers in succession, it is necessary each time, so it is difficult to use wafers by vapor phase growth. - When mass-producing a product, work efficiency was significantly reduced.

(II)更に、従来の成長装置でn −InP / n
 −InP/ InGaAsP/ InGaAs 4層
構造のような、2種類以上の■族元素(例えば、AL 
、 Gg 、 Jrl等)から構成される混晶化合物半
導体層と2元化合物半導体層(例えば、GaAs 、 
Garb 、 InP等)とをそれぞれ少なくとも一層
含む多層膜を結晶成長する場合、特に次のような問題点
があった。
(II) Furthermore, n-InP/n can be grown using conventional growth equipment.
-InP/InGaAsP/InGaAs four-layer structure, two or more types of group elements (e.g., AL
, Gg, Jrl, etc.) and a binary compound semiconductor layer (e.g., GaAs,
When crystal-growing a multilayer film containing at least one layer of Garb, InP, etc., the following problems particularly occur.

(1) n −TnP第3層及びn −InP第4層を
InP基板1と格子整合の取れた結晶にするために、第
2成長室、6からGaソースを取り除きInP専用の成
長室を設けなければならないという問題があつた。第2
成長室6にGaソースを置いた場合に、格子整合がとれ
ない第1の原因は、未反応HCtガスによりGa CL
ガスが生成されてPI(3ガスと反応し、Tn 、−q
 Gaq P (qは微量)の形でエビタギンヤル層を
汚染するためである。格子整合がとれない第2の原因は
、Gaソースの中に飽和溶解していたGaCAガスが溶
出し、成長室に拡散する結果第3層及び第4層の成長時
にPH3ガスと反応し、同様にInk、 GaqPO形
でエピタキシャル層に混入するだめである。
(1) In order to make the n-TnP third layer and the n-InP fourth layer into crystals that are lattice-matched to the InP substrate 1, the Ga source is removed from the second growth chamber 6 and a growth chamber dedicated to InP is provided. There was a problem that I had to do it. Second
The first reason why lattice matching cannot be achieved when a Ga source is placed in the growth chamber 6 is that the Ga CL
Gas is produced and reacts with PI (3 gases, Tn, -q
This is because it contaminates the Evitaginyar Formation in the form of Gaq P (q is a trace amount). The second reason why lattice matching cannot be achieved is that GaCA gas, which was saturated and dissolved in the Ga source, is eluted and diffused into the growth chamber, and as a result reacts with PH3 gas during the growth of the third and fourth layers, causing the same Ink and GaqPO types should not be mixed into the epitaxial layer.

従って、InP専、用室を設けることにより、格子整合
の面では改善されるものの、InGaAs第1層及びI
n Ga As P第2層を同一成長室で成長しなけれ
ばならず、作業効率が著しく低下してしまう。すなわち
、ステップ3−2の基板1を第2成長室6で待機させる
だめの準備及びステップ4−1の基板1を第2成長室6
で第1成長室5の原料ガスが定常状態になるまで約15
分間荷機する工程はInP専用の成長室を設けなければ
不要なプロセスであり、かつ結晶ウェハを長時間高温に
さらすことは格子欠陥を形成し易くなる原因となり、結
晶ウェハの結晶性を劣化させる要因となりかねない。
Therefore, although providing a dedicated chamber for InP improves lattice matching, it
The nGaAsP second layer must be grown in the same growth chamber, which significantly reduces work efficiency. That is, the preparation for waiting the substrate 1 in the second growth chamber 6 in step 3-2 and the preparation for waiting the substrate 1 in the second growth chamber 6 in step 4-1.
for about 15 minutes until the source gas in the first growth chamber 5 reaches a steady state.
The minute loading step is an unnecessary process unless a dedicated InP growth chamber is provided, and exposing the crystal wafer to high temperatures for a long period of time causes lattice defects to easily form, which deteriorates the crystallinity of the crystal wafer. This could be a factor.

(2) n7− InP / n −1nP / In
GaAs第1層 InGaAs 4層構造を成長する」
−で、n7TnPとn −InPのギヤリア濃度差が大
きい程APDのガードリング効果は高くなり、デバイス
特性上望ましいが、ステップ6の如< n −InP第
3層とn−−InP第4層とを同一成長室で連続成長し
た場合にはキャリア濃度差が大きくならないという問題
があった。これは、第3層成長時に使用したドーピング
ガスH2Sが、ドーピング管15のバルブを閉めても第
2成長室内6に残り、第4層成長時に結晶中にとり込1
れるためである。
(2) n7-InP/n-1nP/In
GaAs 1st layer InGaAs 4-layer structure grown”
-, the larger the difference in gearia concentration between n7TnP and n-InP, the higher the guard ring effect of APD becomes, which is desirable in terms of device characteristics. There is a problem in that when these are continuously grown in the same growth chamber, the difference in carrier concentration does not become large. This is because the doping gas H2S used during the growth of the third layer remains in the second growth chamber 6 even when the valve of the doping tube 15 is closed, and is incorporated into the crystal during the growth of the fourth layer.
This is for the purpose of

従って、ドーピングガスH2Sを3 cc −mm−’
Therefore, the doping gas H2S is 3 cc-mm-'
.

流した場合には、n −InP第3層とn −InP第
4層のキャリア濃度が各々2 X 10” cm ”と
1×1.016cm−3となり、n   InP 第4
層のキャリア濃度を成長装置固有の背景不純物によシ定
まる最低値(0,5X 1016α−3)まで低下させ
ることはできなかった。
When flowing, the carrier concentrations of the n-InP third layer and the n-InP fourth layer are 2 x 10"cm" and 1 x 1.016 cm-3, respectively, and the n-InP fourth layer
It was not possible to reduce the carrier concentration of the layer to a minimum value (0.5×10 16 α−3) determined by background impurities inherent in the growth apparatus.

以上のように、従来の気相成長装置は結晶成長しようと
するメタルソースとノ・ロゲン系ガス等とを化学反応さ
せてできる気体を飽和状態にするという気相成長法固有
のプロセスに多くの時間を要して作業効率を低下させる
という問題があった。
As mentioned above, conventional vapor phase growth equipment has many problems with the process unique to vapor phase growth, which involves chemically reacting the metal source used for crystal growth with nitrogen-based gas, etc., and bringing the resulting gas into a saturated state. There is a problem in that it takes time and reduces work efficiency.

更に、従来は2種類以上の■族元素から構成される混晶
化合物半導体層と2元化合物半導体層とをそれぞれ少な
くとも一層含む多層膜を結晶成長する場合、結晶ウニ・
・−の品質の低下への危惧、デバイス特性を左右するキ
ャリア濃度の制御性の不良及び2元化合物半導体層を成
長する専用の成長室を設けなければならないだめに生じ
る作業効率の低下という問題があった。
Furthermore, conventionally, when growing a multilayer film including at least one layer of a mixed crystal compound semiconductor layer and a binary compound semiconductor layer each composed of two or more types of group Ⅰ elements, crystalline sea urchins,
・There are concerns about deterioration in the quality of -, poor controllability of carrier concentration, which affects device characteristics, and decreased work efficiency due to the need to provide a dedicated growth chamber for growing binary compound semiconductor layers. there were.

(発明の目的) 本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、気相エピタキシャル成長装置を用いた気相成長法固
有作業の効率の改善、更に上述した混晶化合物半導体層
と2元化合物半導体層とを含む特定の多層膜を結晶成長
する際に基板と2元化合物半導体層とが格子整合のとれ
るように結晶成長をすることができ、また、2元化合物
半導体層専用の成長室を具備することなく、更にはキヤ
の リア濃度の制御性が良好で、かつ、多数枚ぞ晶ウェハー
を作業効率よく成長することができる気相エピタキシャ
ル成長装置を提供することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and is aimed at improving the efficiency of the work specific to the vapor-phase epitaxial growth method using a vapor-phase epitaxial growth apparatus, and furthermore, to When crystal-growing a specific multilayer film containing an original compound semiconductor layer, the crystal can be grown so that lattice matching can be achieved between the substrate and the binary compound semiconductor layer. It is an object of the present invention to provide a vapor phase epitaxial growth apparatus that does not require a chamber, has good controllability of the carrier concentration, and can grow a large number of individual crystal wafers with high efficiency.

(発明の構成及び作用) この目的を達成するための本発明の特徴は、成長室が少
なくとも2つのソース管を有し、かつ少なくともひとつ
の該成長室より成る気相エピタキシャル成長装置におい
て、前記ソース管のソース部近傍にそれぞれ温度制御機
能を具備し、かつ該温度制御機能がそれぞれ独立に制御
できるように構成されたことにある。
(Structure and operation of the invention) A feature of the present invention for achieving this object is that in a vapor phase epitaxial growth apparatus in which the growth chamber has at least two source tubes and is composed of at least one of the growth chambers, the source tube The temperature control function is provided in the vicinity of the source section of each of the two, and the temperature control function is configured to be able to be controlled independently.

以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below using the drawings.

第2図は本発明による気相エピタキ/ヤノV成長装置の
実施例である。同図において、、20,21.22及び
23はソース管のソース部近傍の温度を制御する高速加
熱冷却炉である。この高速加熱冷却炉20゜21 、2
2 、23はりアクタ一部の温度を制御する電気炉16
とは全く別に設けられ、±100℃/秒程度の温度の昇
降速度を有している。また、この高速加熱冷却炉20 
、21 、22 、23 (以下、「炉」と称す)は隣
接する炉へ熱誘導による影響を与えないような構造とな
っている。尚、各ソース管でソース部と成長室との間は
、熱損失によってガス自体の温度が低下し塩化物ガスが
凝縮しないように、各ソース管を熱伝導と熱放射を抑制
する断熱構造と々つている。
FIG. 2 is an embodiment of a vapor phase epitaxy/Yano V growth apparatus according to the present invention. In the figure, 20, 21, 22, and 23 are fast heating and cooling furnaces that control the temperature near the source portion of the source tube. This fast heating and cooling furnace 20°21,2
2, 23 Electric furnace 16 that controls the temperature of a part of the beam actor
The temperature rise/fall rate is approximately ±100°C/sec. In addition, this fast heating and cooling furnace 20
, 21 , 22 , and 23 (hereinafter referred to as "furnaces") have a structure that does not affect adjacent furnaces due to heat induction. In addition, each source tube has an insulating structure between the source part and the growth chamber that suppresses heat conduction and heat radiation to prevent the temperature of the gas itself from decreasing due to heat loss and condensation of the chloride gas. There are many.

第3図(a)は断熱構造の断面図であり、ソース管(以
下、「内管」と称す)25の周囲を内管25と同材料で
かつ径が大きいガラス管(以下、「外管」と称す)19
で同心円上に配置し、両端を密封した二重構造となって
いる。また、内管25と外管19の空洞部分は排気管2
6から大気を排気して真空状態となっており、この真空
状態は熱伝導を防止する。
FIG. 3(a) is a cross-sectional view of the heat insulating structure, in which the source tube (hereinafter referred to as "inner tube") 25 is surrounded by a glass tube (hereinafter referred to as "outer tube") made of the same material as the inner tube 25 and having a larger diameter. )19
They are arranged concentrically and have a double structure with both ends sealed. In addition, the hollow portion of the inner pipe 25 and the outer pipe 19 is the exhaust pipe 2.
The atmosphere is evacuated from 6 to create a vacuum state, and this vacuum state prevents heat conduction.

更に、内管25の外壁には反射膜27が塗布され、熱放
射を防止している。このような断熱構造は、各ソース管
7,9.12及び17に施されている。
Furthermore, a reflective film 27 is coated on the outer wall of the inner tube 25 to prevent heat radiation. Such a heat insulating structure is applied to each source tube 7, 9, 12 and 17.

第3図(b)はヒートパイプ28による断熱構造の概略
図であり、内管25の外周にヒートパイプ28を螺旋状
に巻きつけたものである。尚、ヒートパイプ28も同様
に各ソース管7 、9 、12及び17に施されている
FIG. 3(b) is a schematic diagram of a heat insulating structure using a heat pipe 28, in which the heat pipe 28 is spirally wound around the outer circumference of the inner tube 25. Incidentally, heat pipes 28 are also provided in each of the source tubes 7, 9, 12, and 17 in the same manner.

次に、従来例と同様にAPD用n −InP/ n −
InP/ InGaAsP/ InGaAs4層構造を
例にとり、本発明による成長装置での成長手順を説明す
る。尚、従来例と同一手順の個所についてはステップの
番号のみとし、内容は省略する。
Next, as in the conventional example, n-InP/n-
The growth procedure using the growth apparatus according to the present invention will be explained by taking an InP/InGaAsP/InGaAs four-layer structure as an example. Note that for parts of the same procedure as in the conventional example, only the step numbers are given, and the details are omitted.

ステップ1:本発明では省略できる。Step 1: Can be omitted in the present invention.

本発明において、ひとたびメタルソースを塩化物ガスで
飽和させた状態は、各メタルソースの温度を各炉で急冷
させることにより飽和状態を凍結できるので、それ以降
メタルソースを塩化物ガスで飽和させるプロセスが必要
なくなるためである。
In the present invention, once the metal source is saturated with chloride gas, the saturated state can be frozen by rapidly cooling the temperature of each metal source in each furnace. This is because it is no longer necessary.

すなワチ、このステップ1の工程は気相エピタキシャル
成長装置を用いた気相成長固有の作業であり、この工程
を省略することにより、作業効率が大幅に改善される。
In other words, this step 1 is an operation specific to vapor phase growth using a vapor phase epitaxial growth apparatus, and by omitting this step, the operating efficiency is greatly improved.

ステップ2:成長開始5分前 2−4.  第1Inソース10と第1Gaソース8の
温度を炉22及び炉23により、830℃1で高熱加熱
させ、HCtガスを流す。
Step 2: 5 minutes before the start of growth 2-4. The first In source 10 and the first Ga source 8 are heated to a high temperature of 830° C. 1 using the furnace 22 and the furnace 23, and HCt gas is passed through them.

ステップ3 : InGaAs第1層の成長3−1. 
 従来と同様に15分間成長する。
Step 3: Growth of InGaAs first layer 3-1.
Grow for 15 minutes as before.

3−2.  第1層成長終了5分前に、第2Inソース
13と第2Gaソース18の温度を炉20及び炉21で
830℃まで高速加熱する。
3-2. Five minutes before the end of the first layer growth, the temperature of the second In source 13 and the second Ga source 18 is rapidly heated to 830° C. in the furnace 20 and the furnace 21.

3−3.  第2Inソース管12と第2Gaソース管
17とにHCtガスを流す。
3-3. HCt gas is caused to flow through the second In source tube 12 and the second Ga source tube 17.

3−4.第2v族水素化物ガス導入管14にPHaとA
SH3ガスの混合気体を流す。
3-4. PHa and A in the 2V group hydride gas introduction pipe 14.
Flow a mixed gas of SH3 gas.

第1層成長終了5分前の工程3−2〜3−4は、InG
aAsP第2層を第2成長室6で成長するための準備作
業であり、従来の工程にはなかった。
Steps 3-2 to 3-4 5 minutes before the end of the first layer growth are InG
This is a preparatory work for growing the aAsP second layer in the second growth chamber 6, and was not included in the conventional process.

すなわち、従来は第1層と第2層とを同一成長室でしか
成長できないために、第2層成長のための事前準備がで
きず、第1層成長完了後基板1を他の成長室へ待機(1
5分間)させ、これらの準備作業をしていた。従って、
本発明では従来のステップ4の工程を省略できるので、
作業効率が改善される。
In other words, conventionally, the first and second layers could only be grown in the same growth chamber, making it impossible to prepare in advance for growing the second layer, and transferring the substrate 1 to another growth chamber after the first layer was grown. Standby (1
5 minutes) and did these preparations. Therefore,
In the present invention, the conventional step 4 can be omitted, so
Work efficiency is improved.

ステップ4:第1層成長終了5層開始捷で本発明では上
述した理由により省略される。
Step 4: End of first layer growth, start of fifth layer, and is omitted in the present invention for the reasons mentioned above.

ステップ5 : InGaAsP第2層の成長5−1.
基板1を第2成長室6へ移動踵15分間成長する。従来
は第1成長室5で成長し、この間にInP専用の成長室
である第2成長室6で第3層及び第4層を成長するだめ
の事前準備をしていだが、本発明ではInP専用の成長
室を必要としないので、以降の工程は従来と若干異なっ
てくる。
Step 5: Growth of InGaAsP second layer 5-1.
The substrate 1 is moved to the second growth chamber 6 and grown for 15 minutes. Conventionally, the growth is performed in the first growth chamber 5, and during this period preparations are made to grow the third and fourth layers in the second growth chamber 6, which is a growth chamber dedicated to InP. Since this method does not require a growth chamber, the subsequent steps are slightly different from conventional methods.

5 2、8!! I Gaソース8を炉23で室温まで
急冷すると共に、第1Gaソース管7のHCtガスと嬉
lv族水素化物ガス導入管11のAsH3ガスを止める
0 5−3.第1Inンース管9のHCAガスの流量を変更
する。
5 2, 8! ! Rapidly cool the I Ga source 8 to room temperature in the furnace 23, and stop the HCt gas in the first Ga source tube 7 and the AsH3 gas in the lv group hydride gas introduction tube 110 5-3. The flow rate of HCA gas in the first Insuance pipe 9 is changed.

5−4.第1V族水素化物ガス導入管11にPH3を流
す。
5-4. PH3 is passed through the first group V hydride gas introduction pipe 11.

5−5.第1成長室5へ流すH2キャリアガスの流量を
変更する。
5-5. The flow rate of H2 carrier gas flowing into the first growth chamber 5 is changed.

5−6.第2層成長完了直前に、第1ドーピング管24
からH2Sガスを流す。
5-6. Immediately before the second layer growth is completed, the first doping tube 24
Flow H2S gas from the

以上の5−2〜5−6の工程は、第1成長室5でn−I
nP第3層の成長するだめの事前準備である。
The above steps 5-2 to 5-6 are performed in the first growth chamber 5 with n-I
This is advance preparation for growing the nP third layer.

ステップ6:1−InP第3層の成長 6−1.基板lを第1成長室5に移動する。Step 6: 1- Growth of InP third layer 6-1. The substrate l is moved to the first growth chamber 5.

6−2.炉21により第2Gaソース18を室温まで急
冷すると共に、第2Gaンース管17のHCtガスと第
2■族水素化物ガス導入管14のA8H3ガスを止める
6-2. The second Ga source 18 is rapidly cooled to room temperature in the furnace 21, and the HCt gas in the second Ga source tube 17 and the A8H3 gas in the Group 2 hydride gas introduction tube 14 are stopped.

この工程と5−2の工程である第1Gaソース8を室温
まで急冷することにより、n−InP第3層及びn’−
−InP第4層を成長する上で、格子不整合の原因であ
ったGaClガスの影響を殆んど無視できるようになる
。すなわち、従来は第2成長室6のGaソースを取り除
きInP専用室にすることによって、格子不整合の問題
を解決していたが、本実施例では第1成長室5の第1G
aンース8を室温まで急冷すること妃よj9(5−2の
工程)、第1Inソース10が との未反応HClガ2.F i Gaソース8と化学反
応するのを抑11NI している。
By rapidly cooling the first Ga source 8 to room temperature in this step and step 5-2, the n-InP third layer and n'-
- When growing the fourth InP layer, the influence of GaCl gas, which was a cause of lattice mismatch, can be almost ignored. That is, conventionally, the problem of lattice mismatch was solved by removing the Ga source in the second growth chamber 6 and making it a dedicated InP chamber, but in this embodiment, the first G source in the first growth chamber 5
By rapidly cooling the source 8 to room temperature (step 5-2), the unreacted HCl gas from the first In source 10 is removed. Chemical reaction with the F i Ga source 8 is suppressed.

よって、本発明ではInP専用の成長室を設けることな
く、かつ格子整合のとれた結晶成長をすることができる
Therefore, in the present invention, crystal growth with lattice matching can be performed without providing a dedicated growth chamber for InP.

6−3.n、InP第3層を5分間成長する。6-3. A third InP layer is grown for 5 minutes.

6−4.第2Inソース管12のHCLガス及び第2■
族水素化物ガス導入管14のPH3ガス流量を変更する
6-4. HCL gas in the second In source tube 12 and the second In source tube 12
The PH3 gas flow rate of the group hydride gas inlet pipe 14 is changed.

6−5.第2成長室60H2キヤリアガス流電を変更す
る。尚、6−4及び6−5の工程は第4層を第2成長室
6で成長するだめの事前準備であり、この事前準備は第
3層を5分間成長している間に終了できる。
6-5. Change the carrier gas current in the second growth chamber 60H2. Note that the steps 6-4 and 6-5 are preliminary preparations for growing the fourth layer in the second growth chamber 6, and this preliminary preparation can be completed while the third layer is being grown for 5 minutes.

ステップ7 :’n −InP第4層の成長(従来はス
テップ6で第3層完了後連続して成長していた工程であ
る。ン 7〜1.基板1を第2成長室6へ移動する。
Step 7: Growth of the fourth layer of n-InP (conventionally, this is a step that was performed continuously after the third layer was completed in step 6.) Step 7 - 1. Move the substrate 1 to the second growth chamber 6 .

7−2.炉22によI)第1Inソース10を室温まで
急冷すると共に、第1Inソース管9のHCtガス及び
第1v族水素化物ガス導入管11のPH3ガスを止める
7-2. I) The first In source 10 is rapidly cooled to room temperature using the furnace 22, and the HCt gas in the first In source tube 9 and the PH3 gas in the Group 1V hydride gas introduction tube 11 are stopped.

7−.3. n −InP第4層を15分間成長する。7-. 3. A fourth n-InP layer is grown for 15 minutes.

ステップ6と同様に、第4層を成長する際には第2成長
室6のGgソース18は室温まで急冷されているので、
工nP基板1と格子整合の良い結晶成長ができる。また
、n−−InP第4層とn −InP第3層とのキャリ
ア、゛饅度差は、第3層と第4層を別の成長室で成長で
きるので、この成長装置で実現できる最低値(0,5x
 10” cm ” )まで低下させることができる。
As in step 6, when growing the fourth layer, the Gg source 18 in the second growth chamber 6 is rapidly cooled to room temperature.
Crystal growth with good lattice matching with the engineered nP substrate 1 can be achieved. In addition, the difference in carrier and solubility between the n--InP fourth layer and the n-InP third layer is the minimum that can be achieved with this growth apparatus, since the third and fourth layers can be grown in separate growth chambers. Value (0,5x
10"cm").

ステップ8:第4層成長完了後 8−1.基板1を引出す。Step 8: After completion of 4th layer growth 8-1. Pull out the board 1.

8−2.炉20により第21nンース13を室温まで急
冷すると共に、第2Inソース管12のHCtガスを止
める。ステップ8の工程は、結晶ウェハーを多数枚連続
成長する時に、従来のステップ1の工程を省略するだめ
のものである。
8-2. The 21n source 13 is rapidly cooled down to room temperature by the furnace 20, and the HCt gas in the second In source tube 12 is stopped. The process of step 8 is intended to omit the conventional process of step 1 when a large number of crystal wafers are continuously grown.

上述の実施例では、n −InP / n −InP 
/ InGaAs P / InGaAs 4層構造の
結晶成長について説明したが、2種類以上の■族元素(
例えば〃−Ga 、 In等)から構成される混晶化合
物半導体と2元化合物半導体層(例えば、GaAs 、
 Garb 、 InP等)を少なくとも一層含む多層
膜の気相成長にあてはまり、気相成長法も上述の・・イ
ドライド法だけでなくクロライド法にも適用できる。
In the example described above, n-InP/n-InP
/ InGaAs P / InGaAs Although the crystal growth of the four-layer structure has been explained, it is important to understand that two or more types of group III elements (
For example, a mixed crystal compound semiconductor composed of 〃-Ga, In, etc.) and a binary compound semiconductor layer (for example, GaAs, In, etc.).
This applies to the vapor phase growth of a multilayer film containing at least one layer of (Garb, InP, etc.), and the vapor phase growth method can also be applied not only to the above-mentioned hydride method but also to the chloride method.

また、本実施例では2つの成長室から成る気相成長装置
について述べだが、ひとつ以上の成長室があれば良く、
かつひとつの成長室が少なくとも2つのソース管を有し
ている気相成長装置全てに適用できる。
Furthermore, although this embodiment describes a vapor phase growth apparatus consisting of two growth chambers, it is sufficient to have one or more growth chambers.
Moreover, it can be applied to all vapor phase growth apparatuses in which one growth chamber has at least two source tubes.

(発明の効果) 以上、本発明による気相成長装置を使用してAPD用4
層構造の成長工程を説明したが、通常この4層構造を一
枚成長するのに従来は約80〜90分裂したのに対し、
本発明では二枚目以降のメタルソースを塩化物ガスで飽
和させる工程(ステップ1)の約20分と第1層成長完
了後の待機工程(ステップ4)の約15分とを省略でき
るので、従来の成長所要時間の1/3強短縮きれ、大幅
に作業効率を改善できる。また、InP専用の成長室を
設ける必要がなく、かつGaによる汚染の問題も解消さ
れるだめ、本発明による気相成長装置で実現可能な多層
構造の自由度は極めて大きい。更に、デバイスの特性を
左右するキャリア濃度の制御性の面でも改善されるので
高品質のデバイス用結晶成長ができる。
(Effects of the Invention) As described above, using the vapor phase growth apparatus according to the present invention,
I explained the growth process of the layered structure, but normally it takes about 80 to 90 divisions to grow one sheet of this four-layered structure.
In the present invention, the process of saturating the second and subsequent metal sources with chloride gas (step 1), which takes about 20 minutes, and the waiting process (step 4), which takes about 15 minutes, can be omitted. The time required for conventional growth can be reduced by over 1/3, and work efficiency can be significantly improved. Furthermore, there is no need to provide a growth chamber exclusively for InP, and the problem of Ga contamination is eliminated, so the degree of freedom in the multilayer structure that can be realized with the vapor phase growth apparatus according to the present invention is extremely large. Furthermore, the controllability of the carrier concentration, which influences the characteristics of the device, is also improved, making it possible to grow high-quality crystals for devices.

以上のように、本発明は従来の気相エビタキソヤル成長
装置による気相成長固有の作業効率を改善すると共に特
定の多層膜の結晶成長において結晶特性の良好な化合物
半導体多層膜を成長することが可能であシ、光デバイス
を作製するだめの特性の優れた結晶ウェハーを量産する
ことができ、その効果は極めて大である。
As described above, the present invention not only improves the work efficiency inherent in vapor phase growth using a conventional vapor phase epitaxy growth apparatus, but also makes it possible to grow a compound semiconductor multilayer film with good crystal properties in the crystal growth of a specific multilayer film. In addition, crystal wafers with excellent properties for making optical devices can be mass-produced, and the effect is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のハイドライド気相成長装置の概略縦断面
図、第2図は本発明による・・イドライド気相成長装置
の概略構造を示す縦断面図、第3図(a) (b)はメ
タルソースと成長室との間の断熱構造を示す図である。 1・・・InP基板、2・・・基板ホルダー、3・・・
予熱用■施水素化物ガス導入管、4・・・予熱域、5.
6・・第1と第2成長室、7.17・・・第1と第2G
aソース管、8 、18・・・第]と第2Gaソース、
9.12・・・第1と第2Inソース管、10 、13
・・・第1と第21nソース、11 、1.4・・・第
1と第2■族水素化物導入管、15 、24・・・第2
と第1ドービ/グ管、16・・リアクタ一部電気炉、1
9・・外管、20.22・第2と第11nンース用高速
加熱冷却炉、21 、23・・・第2と第1Gaソース
用高速加熱冷却炉、25・・・内管、26・・排気管、
27・・・反射膜、28・ヒートパイプ。
Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a conventional hydride vapor phase growth apparatus, Fig. 2 is a longitudinal sectional view showing the schematic structure of the hydride vapor phase growth apparatus according to the present invention, and Figs. 3(a) and 3(b) are FIG. 3 is a diagram showing a heat insulation structure between a metal source and a growth chamber. 1... InP substrate, 2... substrate holder, 3...
■Hydrogenated gas introduction pipe for preheating, 4...preheating area, 5.
6...1st and 2nd growth chamber, 7.17...1st and 2nd G
a source tube, 8th, 18th...] and a second Ga source,
9.12...first and second In source tubes, 10, 13
...1st and 21n sources, 11, 1.4...1st and 2nd group hydride introduction pipes, 15, 24...2nd
and 1st Dorvi/G tube, 16...Reactor part electric furnace, 1
9...Outer tube, 20.22.Fast heating and cooling furnace for second and 11th n source, 21, 23...Fast heating and cooling furnace for second and first Ga source, 25...Inner tube, 26... Exhaust pipe,
27... Reflective film, 28. Heat pipe.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 少なくとも2つのソース管を有する成長室を備えた気相
エピタキシャル成長装置において、前記ソース管のソー
ス近傍にそれぞれ個別の温度制御機能を具備しかつ該温
度制御機能がそれぞれ独立に制御できるように構成され
たことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
In a vapor phase epitaxial growth apparatus equipped with a growth chamber having at least two source tubes, each of the source tubes is provided with an individual temperature control function near the source, and each of the temperature control functions is configured to be independently controllable. A vapor phase epitaxial growth apparatus characterized by:
JP59104642A 1984-05-25 1984-05-25 Vapor-phase epitaxial growing device Pending JPS6122619A (en)

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