JPS62264630A - 2−6族化合物半導体薄膜の製造装置及びそれを用いた2−6族化合物半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

2−6族化合物半導体薄膜の製造装置及びそれを用いた2−6族化合物半導体薄膜の製造方法

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JPS62264630A
JPS62264630A JP10911086A JP10911086A JPS62264630A JP S62264630 A JPS62264630 A JP S62264630A JP 10911086 A JP10911086 A JP 10911086A JP 10911086 A JP10911086 A JP 10911086A JP S62264630 A JPS62264630 A JP S62264630A
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thin film
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lid
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JP10911086A
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Mikihiko Nishitani
幹彦 西谷
Noboru Yoshigami
由上 登
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 本発明は半導体薄膜特に基板上に結晶性のすぐれたll
−VI族化合物薄膜を形成する装置およびその方法に関
する。
従来の技術 薄膜を気相で堆積する方法を犬きく分類すると、(1)
熱的蒸着法 (2)スパッター蒸着法 (3)CVD法 の3つの方法に分類ができる。II−W族化合物あるい
はIV−■族化合物において従来から用いられているホ
ットウォール法は、先に述べた分類によれば、(1)の
熱的蒸着法に属する堆積方法の1つで、詳しくはシンソ
リッドフィルムス(Th1n SolidFilms)
 、 49 (1978)P3〜57にA 、Lope
z−Oteroがまとめているが、その概要について以
下に述べる。
ホットウォール法は、化合物半導体薄膜、特に成分元素
の蒸気圧が大きく異なる化合物半導体薄膜あるいは成分
元素の蒸気圧が高くて、基板温度が300″C程度以下
でないと膜堆積が生じない化合物半導体等のようK、普
通の真空蒸着法においては、ストイキオメトリ−からの
ずれを生じたり、基板温度を300℃程度以上に上げて
表面マイグレーションによる結晶性向上をはかるといっ
たことができない場合に非常に有効な方法である。
すなわち、第6図に示したように、堆積したい材料1を
容器2に図のように入れておき、容器2のフタθを図の
Aに示した位置のまま、/ヤッタ−7を閉じてまわり全
体を真空にする。そのあと、ヒーター4と4a及び4b
によって容器2あるいはフタロを均一に加熱し、所望の
温度に達するまでそのtま放置し、平衡状態に達したら
、シャッター7を開けてフタロを図に示すBの位置まで
降下し、基板3上に薄膜を堆積させる。この方法の特徴
は、薄膜堆積中の容器内を容器の温度で決まる熱平衡状
態に近い状態に保つことができ、基板3に堆積する薄膜
は、そのような熱平衡状態に近い状態で成長しているの
で、ストイキオメトリ−の点ですぐれており、真空蒸着
法において、基板温度が300℃程度以上で薄膜の堆積
ができない材料もこの方法によれば、300 ’C程度
以上の基板温度でも堆積が可能であり、表面マイグレー
ションによる結晶性の向上が期待できる。
発明が解決しようとする問題点 第6図に示した従来の装置においては、ヒーター4と4
a及び4bを、それぞれ熱電対5と5a及び5bで温度
をモニターして制御している。理想的には、薄膜の堆積
を基板3上に行う場合、蒸発源の飽和蒸気圧が10−3
Torr−10−2Torr程度になるような温度にヒ
ーター4bを制御し、壁面部はその温度に比べ同じかも
しくは数10℃高い温度に制御して蒸発源の付着を防止
し、基板部は、蒸発源の温度に比べ数10℃〜1Q○℃
程度低い温度に制御することによって蒸発源の堆積速度
をかせぐことが望ましい。しかし、容器2及びフタロは
、薄膜堆積中、すなわちフタロが第6図でBの位置のと
きにおいては、ヒーター4及び熱電対6で温度制御して
いる壁面部とヒーター4b及び熱電対5bで温度制御し
ている蒸発源加熱部あるいはヒーター4a及び熱電対5
aで温度制御している基板部とおたがいに熱的な干渉を
かなりうけ、各部の温度を望みの温度に制御することが
困難となる。すなわち、薄膜の堆積を行う上での各部の
温度がそれぞれ独立に制御できないために、成長条件が
ある程度限定されることや各部の温度の初期設定状態が
薄膜の堆積中におたがいの熱的な干渉のために変化する
という不都合を生じる。
問題点を解決するだめの手段 先に述べたような困難を解決するために、第1図に示す
ようなホットウォールを用いた堆積装置及びそれを用い
た製造方法を提案する。すなわち、一方が開管状態で他
方が一部に真空引き用の穴と蒸気供給口を備え、壁面が
温度制御可能な容器と、前記容器の開管状態の方を密ぺ
い状態にできかつ温度制御可能な基板ホルダーを兼ねた
フタと、前記容器の蒸気供給口に接続されかつ温度制御
可能な蒸発源保持部とからなることを特徴とする製造装
置を用い、II−VI族化合物半導体の原料を前記蒸着
源保持部に入れ、前記基板ホルダーを兼ねたフタに基板
をとりつけてセットしたあと前記■−■族化合物半導体
薄膜の製造装置全体をたとえば10−5トール以下の真
空にする工程と、前記容器を200 ℃〜4o o ’
Cの間の温度で保持する工程と、前記蒸発源保持部を原
料の飽和蒸気圧が1o−1トール〜1トールになる程度
まで加熱し保持する工程によって■−■族化合物半導体
薄膜を製造する。
作  用 本発明によって、蒸発源加熱部12aとウオール部2及
びフタ16で囲まれる部分との温度制御は、それぞれ独
立にできることになる。この結果、堆積条件の制御性及
び安定性を従来装置及び方法に比べて向上させることが
でき条件の最適化も容易になる。
■−■族化合物半導体薄膜の堆積条件の立場からすれば
、従来の第6図に示したような装置及び従来技術のとこ
ろで述べた各部の温度条件では、はぼ静的な熱平衡状態
の中で薄膜の堆積が行われるが、本発明における半導体
薄膜堆積装置及び各部の温度条件下では、蒸気が蒸発源
からウオールとフタで囲まれた部分に供給されながら一
方では真空中に引き口18を通じて拡散して行くので、
薄膜の堆積は、動的な定常状態中で行われ、系は非平衡
状態であるが、蒸発源の飽和蒸気圧を従来の1o 〜1
0−2Torrの間で制御する状態から、本発明では1
0 Torr〜I Torrの間で制御する状態にする
ことによって従来の堆積条件における平衡状態と同等の
堆積条件を実現できる。まだ、ウオールの温度とフタ及
び基板の温度を同じ温度に制御すると、ウオール部にも
半導体薄膜が堆積するが、再現性の点から堆積していた
方が良い。
実施例 本発明の半導体堆積装置及びその方法についての実施例
を以下に示す。本発明の半導体堆積装置は、第1図に示
しだように、ウオール12及び蒸発源加熱部12aをボ
ロンナイトライドを加工して構成し、蒸発源加熱部12
ald、ウオール部12に比べて熱容量的にみて充分小
さくするために1/SOの大きさにした。
すなわち、ウオール部12とフタ16で囲まれた部分の
熱容量に比べ、蒸発源1を加熱する蒸発源加熱部12a
の熱容量を充分小さくすることによって、蒸発源加熱部
12aの温度がその他の部分に比べてかなり高温に保た
れる場合は蒸発源加熱部12aとその他の部分との熱的
相互作用によって蒸発源加熱部12a以外の部分への熱
エネルギーの伝導が生じてもほとんど影響をうけずにウ
オール部12とフタ16で囲まれた部分を容易にしかも
独立に温度制御できることになる。蒸発源11は、たと
えばCdSあるいはZnS等の場合は、カーボンのクヌ
ードセンセルにそのパウダーを第1図に示したように充
填する。ヒーター14.14a。
14bはタングステンヒーター、熱電対15゜15a、
15bとしてはCA熱電対を用いた。また、基板13は
フタ16とともに取りはずしが可能である。
半導体薄膜の堆積は以上のような第1図に示した装置を
真空容器内に入れて行った。真空度は、残留ガスの影響
をなくすために10−5トール以下にする必要があり、
実際は1o−6ト一ル台で行った。
たとえば、基板13としてガラス基板、基板13上に堆
積する半導体薄膜として、CdS薄膜の場合について以
下に述べる。Ts  を蒸発源加熱部の温度、Tw及び
Tsubをそれぞれウオールの温度及び基板の盟度でT
w = T s ubの条件になるよう温度制御する。
第2図は、Twをパラメーターにして、CdS薄膜の堆
積速度とTs の関係を示しており、そのとなりにCd
S固体の平衡解離定数にの温度1衣存性を示している。
Kの温度依存性にそったところは熱的な平衡状態からず
れており、Ts の温度が840℃付近以上すなわちC
dSの飽和蒸気圧が1o−1ト一ル〜1トール程度のと
ころで堆積速度が飽和の傾向を示しているが、このこと
は薄膜の堆積が熱平衡に近い状態で生じていることを示
している。すなわち、本発明における装置によって、本
発明の方法を用いかつ蒸発源の飽和蒸気圧が10−1ト
ール〜1トールになるように蒸発源の温度制御を行えば
従来の装置による従来の方法と同様な熱平衡に近い状態
で薄膜堆積ができる。
たとえば、Tw=Tsub =300℃において、Ts
を810″Cから856℃まで変化させてCdS薄膜を
堆積したときの結晶性をX線回折によって確かめてみる
と、第3図に示すように六方晶系のC軸配向性が、Ts
 =840℃以上でかなりすぐれている。このことは第
2図において、堆積速度が飽和の傾向を示し薄膜の堆積
が熱平衡状態に近い状態で生じていること一致している
。また、Ts=840℃の時にTw及びTgubを20
0℃から450 ”Cまで変化させてみた場合における
結晶性のX線回折によって評価した結果を第4図に示し
た。この結果から、Tw=Tsubが300℃付近で、
その結晶性が最適化されることが見いだされた。このよ
うな情報は、従来の装置においては、各部の温度がそれ
ぞれ独立に制御できない場合に得られなかったが、本発
明の装置によって、TsとTw及びTsubとを独立に
制御できるようになったために得られた新しい情報であ
る。
また、得られた薄膜の比抵抗をウオール温度に対してプ
ロットした図が第6図である。第5図において、ウオー
ル温度が200℃未満の場合、比抵抗が低く得られた薄
膜のストイキオメトリ−がずれる傾向にあることを示し
ている。一方ウオール温度が400”Cを越えると、第
4図におけるX線回折のデータが示すように結晶の配向
性が悪くなり、この効果のために比抵抗が急激に増大す
る。
このような傾向は、CaS薄膜だけに限らず、他の■−
■族化合物半導体薄膜においても同様である。
したがって、ウオール温度及び基板温度(フタの温度も
同温度)は、20d′〜4o o ”Cの範囲の温度に
設定することが望ましい。CdS薄膜においては、第4
図と第5図に示した結果からウオール温度及び基板ホル
ダーを兼ねたフタを250”C〜350’Cとし、蒸発
源保持部の温度を840℃以上にすることによって最も
結晶性及びストイキオメ) IJ−のすぐれた薄膜が得
られる。
発明の効果 本発明による半導体薄膜の堆積装置及びその堆積方法に
よって、基板上に結晶性のすぐれたn−■族化合物薄膜
が再現性よく堆積できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における半導体薄膜堆積装置
の概略図、第2図は本発明の方法によるCdS薄膜の堆
積速度の蒸発源温度依存性を示す図、第3図は本発明の
方法による第2図におけるウオール温度及び基板温度が
300″Cの時におけるCdS薄膜のX線回折パターン
の蒸発源温度依存性を示す図、第4図は本発明の方法に
よる蒸発源温度が840″Cの時におけるCdS薄膜の
X線回折バカ−+7/TX内 −1−泗#油宜具もニネ
n 螢ご口l4本発明における蒸発源温度が840℃の
時におけるCdS薄膜の比抵抗値のウオール温度依存性
を示す図、第6図は従来のホットウォール法による半導
体薄膜堆積装置の概略図である。 11・・・・・・蒸発源、12・・・・・・ウオール、
12a・−・・・・蒸発源加熱部、13・・・・・・基
板、14,14.a。 14b・・・・・・ヒーター、16・・・・・・フタ、
17・・・・・・蒸気供給口、18・・・・・・真空引
き口。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名5b 15b 第2図 TS、  ’(’C) fooo / T  (K” ) 第3図 2θ 第4図 2θ 第5図 (℃) +000/T  (K一つ つオール及び基板通、羨、

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一方が開管状態で、他方が一部に真空引き用の穴
    と蒸気供給口を備え、壁面が温度制御可能な容器と、前
    記容器の開管状態の方を密ぺい状態にできかつ温度制御
    可能な基板ホルダーを兼ねたフタと、前記容器の蒸気供
    給口に接続され、かつ温度制御可能な蒸発源保持部とを
    有してなることを特徴とするII−VI族化合物半導体薄膜
    の製造装置。
  2. (2)容器及び基板ホルダーを兼ねたフタの温度と蒸発
    源保持部の温度がそれぞれ独立に制御できることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のII−VI族化合物半導
    体薄膜の製造装置。
  3. (3)容器の熱容量に比べ、蒸発源保持部の熱容量が小
    さいことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のII−
    VI族化合物半導体薄膜の製造装置。
  4. (4)容器の素材が、ボロンナイトライドであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のII−VI族化合物
    半導体薄膜の製造装置。
  5. (5)蒸発源保持部が、原料充填用のカーボンよりなる
    クヌードセンセルと前記クヌードセンセルを保持する部
    分とよりなること特徴とする第1項記載のII−VI族化合
    物半導体薄膜の製造装置。
  6. (6)一方が開管状態で他方が一部に真空引き用の穴と
    蒸気供給口を備え、壁面が温度制御可能な容器と、前記
    容器の開管状態の方を密ぺい状態にできかつ温度制御可
    能な基板ホルダーを兼ねたフタと、前記容器の蒸気供給
    口に接続され温度制御可能な蒸発源保持部とからなるI
    I−VI族化合物半導体薄膜の製造装置の前記蒸発源保持
    部に原料を入れ、前記基板ホルダーを兼ねたフタに基板
    をとりつけてセットしたあと、前記II−VI族化合物半導
    体薄膜の製造装置全体を真空にする工程と、前記容器及
    び前記基板ホルダーを兼ねたフタを200℃〜400℃
    の間の温度で保持する工程と、前記蒸発源保持部を原料
    の飽和蒸気圧が10^−^1トール〜1トールになる程
    度まで加熱し保持する工程とを有してなることを特徴と
    するII−VI族化合物半導体薄膜の製造方法。
  7. (7)原料がCdSよりなり、容器と基板ホルダーを兼
    ねたフタを250℃〜350℃の間のある温度に保持す
    る工程と、前記蒸発源保持部を840℃以上のある温度
    に保持する工程とを備えてなることを特徴とする特許請
    求の範囲第6項記載のII−VI族化合物薄膜の製造方法。
JP10911086A 1986-05-13 1986-05-13 2−6族化合物半導体薄膜の製造装置及びそれを用いた2−6族化合物半導体薄膜の製造方法 Pending JPS62264630A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5691437A (en) * 1979-12-26 1981-07-24 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Preparation of metallized element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5691437A (en) * 1979-12-26 1981-07-24 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Preparation of metallized element

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