JPS61229321A - 気相成長方法 - Google Patents

気相成長方法

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JPS61229321A
JPS61229321A JP7025485A JP7025485A JPS61229321A JP S61229321 A JPS61229321 A JP S61229321A JP 7025485 A JP7025485 A JP 7025485A JP 7025485 A JP7025485 A JP 7025485A JP S61229321 A JPS61229321 A JP S61229321A
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reaction furnace
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Motoji Morizaki
森崎 元司
Mototsugu Ogura
基次 小倉
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、所望の半導体結晶層を得ることができる気相
成長方法に関するものである。
従来の技術 半導体装置を製作する上で必要な半導体結晶の成長技術
として、結晶成長用ガスのある種の反応を利用した気相
成長法がある。たとえばモノシラン(SiH4)を用い
たシリコン(SL)の気相成長法や、金属の塩化物など
を原料に用いるハライド気相成長法、金属の水素化物を
原料に用いるハイドライド気相成長法、および有機金属
(アルキル化物)を用いた有機金属気相成長法(Met
al −○rganic Chemical Vapo
r Deposition、略してMOCVD法)など
がある。これらの気相成長法では、基板を一定の温度に
まで加熱し、基板表面上で結晶成長用ガスを反応させて
、基板表面上に所望の結晶を成長させる。例えばMOC
VD法によりInP基板上にI nGaAs P  を
成長する場合を第4図に示すガス系統概略図で説明する
。反応炉2にInP基板1を載置し、マスフロー3で流
量制御された水素ガスをメインガスライン4で供給し、
反応炉2内を水素置換し、かつロータリーポンプ9で減
圧にする。その後基板1の温度を上げ、2oO°C以上
になると、InP基板表面のサーマルダメージを防ぐた
め、ホスフィン(P Hs ) 13 ヲマス70−1
1で流量制御しながら反応炉2へ供給する。
基板1が成長温度に達したとき、ホスフィン以外の結晶
成長用ガスであるアルシン(AsHs) 17 *トリ
エチルインジウム(TEI)22.トリエチルガリウム
(TEG)23をそれぞれマスフロー16゜20.21
.で流量制御しながら供給する。
TEI22.TEG23は、揮発性の液体であるためキ
ャリアガスである水素をそれぞれの容器に流し、蒸気の
形で供給する。それぞれの結晶成長用ガスは基板表面上
で熱分解反応をおこし、InGaAspが成長する。
このような気相成長法では、それぞれの結晶成長用ガス
の流量により、成長した結晶の組成、成長速度が変わる
ので、精密に制御しなくてはならない。また、反応炉内
の圧力も結晶性、成長速度に大きく影響するため、正確
に制御する必要がある。
発明が解決しようとする問題点 ところが、従来の気相成長方法では、結晶成長用ガスを
供給し、結晶成長を始める以前に、反応炉内の圧力やガ
スの流量、流れ方、基板温度等を結晶成長に対し最適の
条件に設定しておいた。これは、成長開始後では遅すぎ
るためである。このため成長を始めるとき等、結晶成長
用ガスを反応も変化をうけてしまう。更に反応炉のガス
の流れ方も影響を受ける。故に、結晶成長に対し最適に
設定しておいた条件が変わってしまうことになった。そ
こで結晶成長用ガスを供給してから最適になるように条
件を設定しておくことも考えられるが、それを予測する
ことは難かしく、また、結晶成長用ガスを供給し始めて
から、ガスの流れ方や流量、圧力が最適条件になるまで
の過渡期が生じてしまう。更に、組成の異なる結晶を連
続成長する場合、結晶成長用ガスの流量がそれぞれ異な
るため、この方法をとることは困難であった。
本発明はかかる点を鑑みてなされたもので、簡易な方法
で、結晶成長用ガスを供給したり、供給を正めたすして
も、反応炉内のガスの流れ方や流量、圧力に変動を与え
ない気相成長方法を提供することを目的としている。
問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、結晶成長
用ガスを反応炉に供給し、反応させ、前記反応炉に載置
された基板上に結晶を成長させる気相成長方法において
、第1のガスの前記反応炉への供給量を変化させる時、
前記反応炉内を流れるガスの全流量が変化しないように
第2のガスの前記反応炉への供給量を変化させることで
ある。
作   用 この技術的手段による作用は次のとおシである。
すなわち、第1のガスの反応炉への供給量を変化させて
も、その変化量の分だけ、第2のガスの反応炉への供給
量を増減することによって、反応炉内を流れるガスの全
流量を変化させないため、反応炉内のガスの流れ方や、
他のガスの反応炉への供給量や、反応炉内の圧力に変動
を与えずに済む。
実施例 以下、本発明の一実施例として、InP基板上にMOC
VD法でInGaAsP  を結晶成長する場合につい
て第1図〜第3図とともに説明する。In、Ga。
As、Pの結晶成長用ガスとしては、それぞれトリエチ
ルインジウム(TEI)、  トリエチルガリウム(T
EG)、アルシン(AsH3) tホスフィン(PH3
)が用いられる。有機金属であるTEI、TEGは蒸気
圧の高い液体であるため、キャリアガス(水素ガス)を
通すことによって、蒸気の形で供給することになる。成
長に用いたMOCVD装置のガス系統概略図を第1図に
示す。成長方法は次の通りである。
まず、InP基板1を反応炉2に載置したあと、マスフ
ロー3で41/min に流量制御した水素ガスをメイ
ンガスライン4で供給し、反応炉2内を水素ガス置換す
る。更に、マスフロー6で11/minに流量制御した
水素ガス1o1を■族元素供給ライン6から反応炉2に
供給、またマス70−7で11/mlnに流量制御した
水素ガス102をV族元素供給ライン8から反応炉2に
供給する。したがって反応炉2内を流れるガスの全流量
はel/minである。
次にロータリーポンプ9で反応炉2内を150Torr
に減圧にし、高周波加熱方式で基板1を加スで6チに希
釈され、マスフロー11で20oαし′minに流量制
御して、直接排気系12へ流していたPH313をバル
ブ14を閉めバルブ15を開けることにより■族元素供
給ライン8を通して反応炉2へ供給する。この時、同時
に■族元素供給ライン8で供給していた水素ガス102
をPH3の供給量200 CC/min分、マスフロー
7を調節して減らし、800 C14/minに変えて
供給する。したがって■族元素供給ライン8から反応炉
2へ供給されるガスは、水素ガス102とPH313と
であり18合計流量はPH3を流す前と同じ(IA?/
minである。ゆえに反応炉2内のガスの流れ方、流量
、圧力に変動を与えない。
基板温度が成長温度に達すると、あらかじめ水素ガスで
6チに希釈され、マスフロー16で100cc/m t
 n に流量制御して直接、排気系12へ流していたA
lH317をバルブ18を閉め)(ルプ19を開けるこ
とにより、V族供給ライン8を通して供TEG23 、
の中を通してその蒸気を含ませて直接排気系12へ流し
ていたガスを、バルブ24を閉め、バルブ25を開けて
■族元素供給ライン6を通して供給する。それと同時に
マスフロー7を調節してAIIH3の供給量100CC
/min分減らし、700cc/min として水素ガ
ス1o2をV族元素供給ライン8に流す。一方、同様に
してマスフロー6を調節して、TEIおよびTEGの供
給量490 CC/min  分減らし510CC/m
in  として水素ガス101を■族元素供給ライン6
に流す。したがってV族元素供給ライン8から反応炉2
に供給されるガスは、水素700 CC/mi !11
 、 AsH3100CC/m i n 、 PH32
00αし’m L nで合計173/m i nであり
、変化していない。一方、■族元素供給ライン6から反
応炉2に供給されるガスは、TEI、350CC/mi
n 、 T E G 140 CC/min 、水素5
10CC/minであり、合計173 /mi nで変
化していない。したがって反応炉2内を流れるガスの流
れ方、全流量。
成長後、T E I t T E G * AsHs 
O供給を止める時、■族元素供給ライン6、■族元素供
給ライン8に流す水素ガス101,102をそれぞれ4
90αし’min  、 100αし’m i n増や
して反応炉2への全供給量を変えないようにする。その
後、基板を冷却し、2oO°C以下でPH3を止める。
この時も同時に、V族元素供給ライン8への水素ガスを
200cc/min増加させて、全供給像を変化させな
いようにする。以上で成長プロセスを終わる。なお、反
応炉2ヘガスを供給するガスライン(メインガスライン
4.[1族元素供給ライン6゜v族元素供給ライン8)
の流れるガスとその流量の変動を次表に示す。
以上の実施例では、TE I 22 、TEG23 。
P Ha 13 s AsH317が結晶成長用ガスで
あり、第1のガスである。そして水素ガス101,10
2が第2のガスである。
このように各ガスを操作することによって、反応炉内の
ガスの流れ方、全流量、圧力は最初に成長に対し最適に
設定したまま変動することなく、成長を行なうことがで
きる。
なお、この実施例では結晶成長用ガスの変化に対し、水
素ガスの流量を制御するマスフローを調節することによ
って、反応炉内への供給量が変動しないようにしたが、
他の方法でもかまわない。
例えば、第2図に示すように、マスフロー30を水素ガ
スを流量制御するマスフロー5と並列に設け、結晶成長
用ガスの供給量と同量に設定して水素ガス201を流し
ておく。結晶成長用ガスを反応炉2へ供給する時、マス
70−3oで流してお2へ供給することができる。また
、結晶成長用ガス202の供給を止める時には、再びマ
スフロー3oを流れる水素ガス201を供給すれば良い
更に他の方法として、第3図のように、水素ガスを流量
制御するマスフロー6とその水素ガス301と結晶成長
用ガス302との合流部4oとの間に、直接排気系へ流
れるガスライン41とバルブ42、マスフロー43を設
け、結晶成長用ガス301を供給する時、結晶成長用ガ
ス301の供給量と同量の水素ガス303をマスフロー
43で流量制御しながらガスライン41を通して排気系
へ直接流すことにより、反応炉2へのガス供給量は変化
しないようにする。
要するに、本発明結晶成長用ガスを反応炉に供給すると
き、反応炉への供給するガスの全流量が変化しないよう
に、水素ガスで補償すればよいわのガスが結晶成長用ガ
スで説明したが、他のガス、例えば、窒素ガス置換工程
を含む場合の窒素ガス。
気相エツチング工程を含む場合のエツチングガスでも良
い。
また、減圧成長で説明を行ったが、炉内の圧力は減圧、
常圧を問わない。ただ反応炉の圧力が低ければ低いほど
本発明の効果は大きい。
更に、結晶組成の異なる結晶を連続成長行うときにも、
各々の結晶成長用ガスについて、前述と同様の操作を行
えば、反応炉内のガスの流れ方、全流量、圧力に変動を
与えないで、連続成長が可能である。
発明の効果 以上のように本発明によれば、反応炉内のガスの流れ方
、全流量、圧力を最初に結晶成長に最適な条件に設定し
ておけば、その後変動させることなく結晶成長が行える
。したがって、反応炉内のガスの流れ方や全流量、圧力
の変動から生じる成第1図は本発明の一実施例における
気相成長方法を説明するためのMOCVD装置のガス系
統の概略図、第2図は本発明の他の実施例方法を説明す
るためのガス系統の部分的概略図、第3図は本発明のさ
らに他の実施例方法を説明するだめのガス系統の部分的
概略図、第4図は従来の気相成長方法を説明するだめの
ガス系統の概略図である。
1・・・・・・基板、2・・・・・・反応炉、13,1
7,22゜23・・・・・・第1のガス(結晶成長用ガ
ス)、101゜102・・・・・・第2のガス。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶成長用ガスを反応炉に供給し、反応させ、前
    記反応炉内に載置された基板上に結晶を成長させる気相
    成長方法であつて、第1のガスの前記反応炉への供給量
    を変化させる時、それと同時に前記反応炉内を流れるガ
    スの全流量が変化しないように第2のガスの前記反応炉
    への供給量を変化させることを特徴とする気相成長方法
  2. (2)基板上に結晶を成長させる際、反応炉内が減圧で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気相
    成長方法。
  3. (3)第1のガスが結晶成長用ガスであり、第2のガス
    が前記結晶成長用ガスのキャリアガスであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の気相成長方法。
  4. (4)第1のガスの反応炉への供給量を変化させる時が
    前記第1のガスの前記反応炉へ供給を開始する時である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気相成長
    方法。
  5. (5)第1のガスの反応炉への供給量を変化させる時が
    、前記第1のガスの前記反応炉への供給を終了する時で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気相
    成長方法。
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63297296A (ja) * 1987-05-28 1988-12-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 気相エピタキシャル成長装置の排気方法

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