JPS6191095A - 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、半導体薄膜の気相成長反応管に関するもので
ある。

（従来例の構成とその問題点） 従来より、半導体素子を作成するうえで、その重要な工
程として用いられる気相成長方法には、均一性が良く、
欠陥などの少ない気相成長薄膜を得るという要求がある
。

一方、気相成長法では、一般的に石英等の材料でできた
気相成長反応管を用い内部に半導体結晶成長用ガスを流
し、薄膜を作成する。この時の成長反応管の形状や内部
のガスの流し方により１作成した半導体薄膜の薄膜均一
性や電気的・光学的特性に大きく影響する。ガス流全体
の流れが上流側に逆流し易くなると、前記譜特性は著し
く損なわれる。

（発明の目的） 本発明は上記欠点を解決するためのもので、結晶成長用
ガスが上流側に逆流しない構造を有する気相成長反応管
を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） この目的を達成するために１本発明の気相成長反応管は
、基板の配置位置の高さ付近に、内部を流れるガスの排
気口を有し、その排気口の下部にガス導入用入口を有す
ることで構成される。この構成により、結晶成長用ガス
が上流側に殆ど逆流しないようになり、その結果、膜厚
、電気的・光学的特性の均一性、制御性、再現性の良い
半導体薄膜を得て、特性のバラツキの少ない半導体素子
を高い製造歩留りで作製することを可能とするものであ
る。

（実施例の説明） 第３図は１本発明の気相成長反応管の一実施例について
その構成を示す図である。

本発明の特徴を明らかにするために、以下の説明は従来
の気相成長反応管と、本発明と比較するための他の気相
成長反応管とを用いて詳細に説明する。

第１図は従来よく用いられる気相成長反応管の構成を示
し、第２図は本発明と比較するための気相成長反応管を
示す。

第１図および第２図において、■は半導体材料ガス導入
口、２はガス排気０．３はガス流およびその全体の流れ
の方向、４は高周波誘導加熱コイル、５は結晶成長用基
板、６はサセプタ、７はサセプタ支持棒、８は気相成長
反応管、９はガス澱み領域或いは部分である。

第３図においては、前記ガス澱み領域或いは部分９が生
じないように、第１図および第２図とは異なるガス導入
用入口１０を設けである。

結晶成長を行う場合、結晶成長用基板５を配置し、これ
を加熱するために通常、例えばグラファイトカーボンな
どで出来ているサセプタ６を用いる。まず、サセプタ６
を高周波誘導加熱コイル４により加熱し、しかる後、主
に熱伝導によりサセプタ６を通じて結晶成長用基板５が
加熱されるにこでは一例として、　ＧａＡｓ結晶成長用
基板５上へのＳｓをドープしたＧａＡ＃Ａｓ薄膜の結晶
成長を行う。

結晶成長法として気相成長法の一種である有機金属気相
成長法（以下１Ｍ０ＣＶＤ法と記す、）を用い。

成長材料として（ｃｕａ）ｓａａ［トリメチルガリウム
］と（ＣＨ３）、Ａ＃［トリメチルアルミニウム］、Ａ
ｓＨ，［アルシン］を用いる。

結晶成長条件は、結晶成長用基板５の温度が７５０℃、
　Ｈ，ＳｓとＡｓ１１３のモル比Ｈ２Ｓ５／ＡｓＨ，＝
　１０−’　、全ガス流量１０＃１分である。成長速度
は２μｍＩ時で６０分間成長し、２μ−の膜厚の単結晶
Ｇａｚ−，Ａ＃ｘＡｓ成長薄膜を得た。なお、サセプタ
６は直径２インチで結晶成長用基板５は３０■１角のも
のを使用した。

この成長条件で、第１図、第２図および第３図に示す気
相成長反応管で結晶成長を行い特性を比較した。ただし
、第３図の気相成長反応管８内には、ガス導入用入口１
０よりＨ，ガスを０，５１／分の流量で流した。

このとき、ｎ型のＧａ、−、Ａ＃ｘＡｓ成長結晶の混合
比Ｘのバラツキを、ウェハ内面およびエビ層膜厚方向に
フォトルミネッセンス法、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。

第、１図及び第２図の気相成長反応管で成長したものに
ついては、混合比はそれぞれ。

ｘ＝０．３１＋０．０５及びｘ＝０．２９＋０．０６で
あった。

第３図の気相成長反応管を用いて成長させたものについ
ては、同一の成長条件で混合比は。

ｘ：０．３５±０．０１となった。

また、キャリア濃度については、ｃ−■測定により、第
１図、第２図および第３図の気相成長反応管で成長させ
たものについて、平均値はそれぞれ。

４　Ｘ　１０”ｃ＋ｗ−’　（バラツキの範囲Ｉ　Ｘ　
１０”　〜８　Ｘ　１Ｇ”Ｃ麟−勺。

４　ｘ　１Ｇ”ｃｓ＋−”　（バラツキの範囲ｌＸｌ０
１７〜７ＸｌＯ″７Ｃ■゛３）。

５ｘｌＯ１７ａｍ−”（バラツキの範囲４　Ｘ　１０”
　〜６　Ｘ　１０″７Ｃ■−３）であった、測定は３０
０にで行った。

また、欠陥については、化学エツチングによりエッチピ
ットを出し、光学顕微鏡やＳＥＮにより。

単位面積当りの個数を算出したところ、第３図の気相成
長反応管で成長した薄膜のエッチビットデンシティは、
第１図および第２図のそれよりも約２〜３桁程度低い値
が得られた。

以上、従来例（第１図）、比較例（第２図）と、本発明
（第３図）の気相成長反応管で成長したｎ型Ｇａ□−ｊ
ａｘＡｓ成長結晶についてその特性を比較した。

特性の差の原因については明らかでないが２次の事が考
えられる。

第１図および第２図の気相成長反応管８では。

内部を流れるガスがスムーズにガス排気口２まで流れず
、ガス澱み部分９を形成する。

第１図では１通常、気相成長のガス流速に対して、サセ
プタ６上で加熱さ九た上昇するガス流の流速が無視出来
ない為に澱みが生ずる。

また、第２図の様に、ガス流３を結晶成長用基板５の表
面に沿って流し、ガス排気口２に導びいてやると、排気
口２より下部のサセプタ６と気相成長反応管８の間にガ
スが澱み、基板５上の成長ガスやサセプタ６と相互作用
を行う。

これらのガス澱み部分９が半導体材料ガス導入口１から
入ってくるガス流３を加熱したり、流れを乱したり、ガ
ス澱み部分９の温度の高いガスの一部がガス流３に加わ
るなどして、ガス流３中の成分ガスの混合の程度や中間
生成物、ＧａＡｓの核生成などが促進され、基板５上に
混合ガス３が一様に混合された状態で到達しない、従っ
て、混合比やキャリヤ濃度の低下およびバラツキを生ず
る。

これに対し、本発明では、ガス流３の逆流を防止し、か
つ、ガス澱み部分９が生じない様に、ガス導入用入口ｌ
Ｏより気相成長反応管８内にＨ２ガスを０．５１！／分
の流速で流しているため、混晶比やキャリア濃度の制御
性・均一性・再現性に優れ、また、ウェハ間の再現性も
良く、さらに結晶成長層の膜厚の制御性についても、欠
陥密度が低いという優れた点がある。

なお、本発明では、ＧａＡｓ系、ＧａＡ＆Ａｓ系材料を
用いて説明したが、これに限定されるもので無く。

全ての気相成長反応に用いられる反応管について適用可
能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の気相成長反応管を用いて
気相成長を行うと、制御性、均一性、再現性の良い結晶
成長を行うことが出来、その実用的効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来よく用いられる気相成長反応管の構成を示
す図、第２図は本発明と比較するための気相成長反応管
を示す図、第３図は本発明の気相成長反応管の一実施例
についてその構成を示す図である。 １　・・・半導体材料ガス導入口、２・・・ガス排気口
、３　・・・ガス流およびその全体の流れの方向。 ４　・・・高周波誘導加熱用コイル、５・・・結晶成長
用基板、６・・・サセプタ、７サセプタ支持棒、８・・
・気相成長反応管、９　・・・ガス澱み領域或いは部分
、ｌＯ・・・ガス導入用入口。 特許出願人　松下電器産業株式会社 第１図 第２ス 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板の配置位置の高さ付近に、内部を流れるガスの排
   気口を有し、前記排気口の下部に、ガス導入用入口を有
   することを特徴とする気相成長反応管。