JPS62190835A - 気相成長装置 - 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、複数種の化合物半導体薄膜を多層に成長形成
する気相成長装置に関するものである。

従来の技術 近年、半導体デバイスの分野では、複雑な構造をもつ素
子の研究開発が活発に行なわれている。

このような現状に対して、非常に薄い成長層形成が精密
に制御でき、大面積で均一な成長が可能な気相成長法が
注目を集めている。特に、有機金属さらに水素化物等の
原料ガスを基板表面上で熱分解することにより結晶薄膜
をエピタキシャル成長させるＭＯＣＶＤ法（有機金属熱
分解気相成長法）は、気相比と固定比がほぼ等しくとれ
、ハライド法に比べ、さらに制御性がすぐれていると知
られている。

第２図に従来のＭＯＣＶＤ装置のリアクタ付近の概略図
を示す。１は石英反応管、２は石英反応管１を保持する
エンドキャップ、３は反応ガス導入管、４は反応ガスの
排出口である。基板６はサセプター６の上に載置し、Ｒ
Ｆコイル７により誘導加熱する。基板温度は、熱電対８
によりモニタされて制御する。

成長は反応ガスの流量や基板温度に依存するが、例えば
、ＧａＡｓを成長させる際、ＴＭＧ（）１，１メｆｋｉ
ＩＪ’）　ム）＝２ｏｃｃ／ｍ、Ａ＋Ｈ３（アルシン）
＝　３００　ｃｃ／ｍｘ　、　Ｈ２ガス＝　１０　ｎ　
／ｉ、基板温度＝７ｏＯ℃で、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板上に
良好なＧ　ａ　Ａ　ｓ　ｘビタキシャル薄膜が形成され
る。

Ｇ　ａ　Ａ　ｇ系デバイスの場合、Ａｊ！１−！Ｇａ、
Ａｓ（Ｏ＜！＜１　）も同じこの成長管内で、Ｇ　ａ　
Ａ　ｓに続いて成長させる必要がある。例えばＡ２゜、
３Ｇａ０．、Ａｓ　　の成長条件はＴＭＧ＝２０ＣＣ／
ｍ。

ＴＭＡ（）リメチルアルミニウム）　＝　２　ｏｃｃ／
ｍｘ。

ＡＩＩＨ＝　５ｏｏｃｘ、／ｉｔ　、　Ｈ２ガｘ＝１０
４！／ｍ、基板温度７００’Ｃである。

このようにして、例えばＡｊ！ＧａＡｓ／ＧａＡｓダブ
ルへテロ接合レーザー構造を作製する場合、ＧａＡＩＩ
基板上に順次ｎ　　ＧａＡｓ　／ｎ　Ａ１１ｏ　、３Ｇ
ａｏ　、７ＡＩＩ　／ｕｎｄｏｐｅ　ＧａＡｓ　／ｐ−
Ａｌ１０．３ＧａＯ，７Ａｓ　／ｐ　−ＧａＡｓの多層
を積層する。

発明が解決しようとする問題点 この従来の装置では、原料ガスが細いステンレス管を通
して反応炉に供給されるため、比較的大面積の基板に均
一な薄膜を成長するためには、ガス導入孔から基板の位
置までにある程度の空間を設け、その間において均一な
ガス流を形成することが必要となる。また装置の構成上
、原料ガスはある程度の長さをもったステンレス管を通
して反応炉に供給される必要がある。しかしながら、こ
のような場合、異種多層構造の結晶を成長させる際に、
上述の空間やステンレス管内に滞留しているガスが完全
に除去されぬまま次に成長させる原料ガスが流入するこ
とになる。

このため、異種層界面で急峻な組成構造をもつ多層構造
結晶を得ることが困難であった。したがって、例えば量
子井戸構造のような１００人程度の薄膜を形成するよう
なレーザーを作製することが難しい等の問題があった。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、反応管が
成長反応の行なわれる成長室と成長薄膜または基板をパ
ージするためのパージ室とから構成され、基板加熱台が
成長室とパージ室間を移動可能であり、その基板加熱台
を搬送するための搬送機構を備えているものである０ 作　　用 この技術的手段による作用は次のとおりである。

反応炉内に導入する原料ガスの種類を切り換える際に、
前成長が終わったと同時に残留ガスのないパージ室に基
板加熱台をすばやく移動し、成長室内の残留ガスを十分
取り除いた後に基板加熱台を成長室にもどし、次の成長
を行なうので、次の原料ガス導入による薄膜成長におい
て残留ガスが悪影響を与える等の不都合を未然に防止す
ることができる。

実施例。

以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図において、サセプター６に基板５が載置され、そ
のサセプター６は水平状態を保ちながらなめらかに上下
移動が可能なように、石英製のガイド８によって支持さ
れている。また、サセプター６はガス噴出用ガイド管９
の噴出口の上に配置されており、噴出口から出るガスの
風圧によって、成長室１１とパージ室１２との境界壁に
設けられた窓まで上昇し、その窓にはめ込まれ、固定さ
れる。本実施例では赤外線加熱法を用いているが、高周
波加熱法、抵抗加熱法でも良い０次に上の様な気相成長
装置を使用して半導体レーザー用Ａ４ＧａＡｓ　／Ｇａ
Ａｓ多層薄膜成長層を形成する場合について説明する。

成長層は、ＧａＡｓ　基板上にｎ−ＡｌＧａＡｓ　　層
（クラッド層）を１　ｐｍ　。

次にｕｎｄｏｐｅ　ＡｌＧａＡｓ層（活性層）を。、１
μｍ。

次にｐ−ＡｌＧａＡｓ　（クラッド層）を１μｍ、最後
にｐ　−ＡＩＧａＡｓ　ｆ：０．５　μｍを成長した。

基板は（１００）面方位のｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓを用い
、有機溶剤で洗浄した後に硫酸系のエツチング液で化学
エッチを行った。

成長条件は装置にもかなり依存するが、本装置ではまず
第１層目は基板温度７００℃で、ＴＭＧのＨ２の流量＝
２０ＣＣ／順、ＴＭＡのＨ２の流量＝４ｏｃＣ／ｍｉｘ
　、　ＡｓＨ３＝ｓｏｏｃｃ／ｍ、Ｌ、Ｓｅ　（セｖン
化水素）　＝　ｔｓｏｃｒ、／ｒｔｔｉｘ　、　Ｈ２ｏ
総流量＝７１／ｍｉｎとなるようにして、反応ガス導入
管３より流入させ炉内にこれら混合ガスを流すことによ
り気相成長を行う◇膜厚は■原ガス、すなわちＴＭＧ　
。

ＴＭＡの流量によって決まるので、予め成長速度を調べ
ておき、成長時間を制御することで膜厚を制御すること
ができる。所望の膜厚になったら、ＴＭＧ　、ＴＭＡの
制御弁を閉じ供給を停止すると同時にＨ２ガスをガイド
管９よシ噴出させるための制御弁を開き、噴出口よりＨ
２ガスをサセプター６に噴射する。サセプター６はＨ２
ガスの風圧により上昇し、成長室１とパージ室１１との
境界壁に設けられた窓にはめ込まれる。パージ室１１で
は、パージ用ガス導入管７よりＡ　８　Ｈ３＝　３０ｏ
ｃｒＪｎｉＲ。

Ｈ２の総流量＝７１７ｒｔｔｉｒｒ流入され、成長膜の
パージが行なわれる。パージを３分間行なった後、ガイ
ド管９より噴出するＨ２ガスを制御弁を閉じて停止する
。同時にサセプター６は下降する。

次に第２層目の成長は基板温度７００℃で、ＴＭＧのＨ
２の流量＝　２０ＣＣ７ｍ＝　、　Ｔ　ＭＡノＨ２の流
量＝　２０　ｃｃ／ｍ　、　ＡＳＨ３＝　３００　ＣＬ
／ｍｖＬ、Ｈ２の総流量７１／Ｈ流入され、気相成長を
行なう。

第２層目の成長が終了したら第１層目の成長終了と同様
な方法で、成長薄膜を３分間パージする。

このようにして、頭次多層薄膜成長を行ない、半導体レ
ーザーを試作した。この装置によれば原料ガスの組成に
ゆらぎがないため成長層の界面で組成の急峻性に非常に
優れ、約１０人であった。

試作したレーザーも発振波長の制御性に優れ、１０ツト
での波長のバラツキはほとんどなかった。

尚、本実施例ではサセプター搬送機構にガスの風圧を利
用したが、本限りとせず磁力または機械式でも良い。さ
らに、パージ時のサセプター位置は、完全にパージ室内
に配置された状態でも良い。

また以上の説明において有機金属気相成長装置を示した
が、通常の気相成長装置にも本発明を適用することが可
能である。

発明の効果 以上述べてきた様に、本発明によれば、残留ガスが多層
薄膜成長に与える影響を未然に防止することができるた
め、異種層界面で極めて急峻な組成をもち、かつ所望の
組成をもつ高品質の多層薄膜結晶を得ることができる口
したがって素子作製の歩留シも向上し、工業的価値は極
めて大である◇

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の一実施例の気相成長装置の概略側面
図、第１図Ｂは同Ａのａ　−ａ’線断面図、第２図は従
来の同装置の概略図である。 ６・・・・・・基板、６・・・・・・サセプター、７・
・・・・・パージ用ガス導入管、８・・・・・・ガイド
、９・・・・・・ガス噴出用ガイド管、１１・・・・・
・成長室、１２・・・・・・パージ室。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に薄膜を気相成長させる気相成長装
   置において、前記成長反応が行なわれる第１室と、前記
   第１室と一境界壁で隔てられており任意ガス雰囲気中で
   成長薄膜または基板をパージする第２室との２室で構成
   される反応管と、前記第１室と第２室間を基板加熱台が
   平行移動可能ならしめるガイドと、前記基板加熱台が前
   記第２室に露出可能な前記境界壁に有する窓と、前記基
   板加熱台を搬送する搬送手段を具備してなることを特徴
   とする気相成長装置。
2. （２）搬送手段がガスの風圧を利用していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の気相成長装置。
3. （３）搬送手段が磁力を利用していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の気相成長装置。
4. （４）結晶成長用原料ガスが有機金属を含む原料ガスで
   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
   成長装置。