JPS6273620A - 気相成長方法 - Google Patents

気相成長方法

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JPS6273620A
JPS6273620A JP21290985A JP21290985A JPS6273620A JP S6273620 A JPS6273620 A JP S6273620A JP 21290985 A JP21290985 A JP 21290985A JP 21290985 A JP21290985 A JP 21290985A JP S6273620 A JPS6273620 A JP S6273620A
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JP
Japan
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substrate
reaction gas
susceptor
reaction
growth method
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JP21290985A
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English (en)
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Mototsugu Ogura
基次 小倉
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
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 高速デバイス、光デバイス用材料である化合物半導体の
気相エピタキシャル成長に関するものである。
従来の技術 最近、化合物半導体を用いたベテロ接合デバイスの研究
開発が盛んに行われている。薄膜のエピタキシャル成長
法としては、従来の液相成長法にかわり、超薄膜多層構
造の形成が容易なこと及びヘテロ接合界面の急峻性がす
ぐれている点で、分子Sエビクキ−法(MBE)や気相
成長法()・ライドVPEやMOCVD)が主流を占め
ている。
このうち、MOCVD法は有機金属を用いた有機金属熱
分解法のことで、特に注目を集めている。
第3図に従来のMOCVD法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5はサセプタ6の上に載置し、RF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、制御する。
例えば、G a A sを成長させる際、TMG()リ
メチルカリウム) = 1 occ/MR、A ’ H
3(アルシン)=1sc、c/諺講、H2ガス=2Q/
娼、基板温度=780℃でG a A s基板上に良好
なG a A sエピタキシャル薄膜が形成される。
G a A s系デバイス(7)場合、A4.−、Ga
、cAs(OくX<:1 )も同じこの成長管内でG 
a A sに続いてA21.、、xGaxAS も成長
させる必要がある。
例えばAfl。、 3Ga0.7Asの成長条件はTM
G = 10CQ/sin 、 TMA ()リメチル
アルミニウム)= 10CC/、7M、 A s H3
=15 ce/=1 + H2ガス−217w1n。
基板温度=780℃である。又1nP 系の場合ばIn
PやIn1−xGaxAayPl−、(0(xく1 、
Oくyく1)をMOCVD 成長させることができる。
これらの場合、例えばA Q G a A s /G 
a A sダブルへテロ接合レーザ構造を作製する場合
、G a A s基板上に順次n−GaAg/n−AQ
O,3Gao、 7As/undopeGaAs/p−
Afl、。、 3Gao、 7AI!/p−GaAsの
多層を積層する。
これらの種々のエピタキシャル膜を成長してゆくと、石
英管1の内壁やサセプタθ上の表面に反応物9が付着し
てくる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この従来の方法だと、サセプタ6や石英
管1の内壁に付着した付着物9は、次の成長の際再蒸発
し、基板6上へ再付着し、組成やキャリア濃度の制御や
結晶性の制御が難しい。特に格子定数が少し狂うと、エ
ビ層の結晶性が悪くなったり、再蒸発しやすいp (I
Jン)を用いるIn   Ga As  P   の成
長には大きな問題で1−X   X    71−7 ある。又この方法では、基板6の上部には数fl/Ii
の反応ガスのフローがあり、その影響で基板の端部と中
央部でかなりの温度差があり又基板温度と熱電対8のモ
ニタ温度も数10度の温度差があり基板内の温度の均一
化や温度そのものの制御も難しい。又、石英管内壁とサ
セプタ6(基板1含む)の間隙dを狭くシ(例えば1m
程度)、実質的な流速を上げて、ヘテロ多層構造におけ
るヘテロ界面の急峻性をよくする方法があるが、基板と
熱電対の温度差は更に大きくなると共に、基板5の表面
の流速が速くなったものの、石英管内壁の付着物9とは
距離的に近づき問題は残る。
問題点を解決するだめの手段 上記、付着物や基板温度とモニタ温度との温度差等の問
題点を解決するだめの本発明の技術的手段は、エピタキ
シャル成長用基板を載置する第1のサセプタと上記基板
の一主面上部をおおう第2のサセプタの間に設けられた
反応ガスガイド部に、反応ガスを送り込む反応ガス導入
管を連結させて、上記反応ガスを基板上に導き、エピタ
キシャル薄膜を提供することにある。
作  用 この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、反応ガスは第1.第2のザセグタ間に設けら
れた反応ガスガイド部の空洞部のみに供給され、サセプ
タの外部の石英管内壁には反応物は付着しない。この第
1.第2のサセプタは成長の毎に新しいもの(新しく洗
浄したものも含む)に交換するだめ、第1.第2サセグ
タの空洞部に付着したものは問題とならない。それ故、
成長時の付着物の再蒸発による悪影響は避けることがで
きエピタキシャル膜の組成やキャリア濃度、結晶性の再
現性が向上する。又基板をカーボン製サセプタでおおう
ため、基板内での温度分布も数度以内に又モニタ温度と
の温度差も10℃前後と極めて小さく良好な温度制御の
下に均質なエピタキシャル膜を提供することができる。
実施例 本発明の実施例を第1図、第2図を用いて説明する。第
1図において、化合物半導体等の基板5ヲ載置した第1
のサセプタ10の上に第2のサセプタ11を置き、適当
な方法で石英反応管1内に固定する。反応ガスガイド部
12は、第2図に示すように、第2のサセプタ11の下
部をセットしだ時基板6の上面をおおうような形状でく
り抜かれたものでよい。反応ガス導入管(石英製)13
は、反応ガスガイド部12の端部に第1図のように連結
されている。基板5近傍にて、ガス流の乱れを生じさせ
ない様、反応ガスガイド部12の内壁(サセグタ内部表
面と基板表面はほぼ面一とし、かつサセプタと反応ガス
導入管13は最適に連結する。サセプタからの熱により
反応ガス導入管13の温度が上り反応物が付着すること
があるが流速を速くしたり適当な方法での強制クリーニ
ングにより除去できるガス導入管14は残留ガスの除去
パージ用としてキャリアガスの一部を石英反応管1とサ
セプタ10.11の間を流すだめのものである(反応が
導入管13の空冷にも効果がある。)基板の加熱はRF
コイルを用いた誘導加熱方式を採用するが、ランプを用
いた光加熱でもよい。
今、In1−、GaxAs、Pl−、ty)結晶成長&
 例にとって説明する。PH3はサセプタの熱を利用し
てたとえば予め熱分解されて反応ガス導入管13の中に
導入されているとする。成長条件は装置にもかなり依存
するが、例えば基板温度670℃。
TEI(トリエチルインジウム)のN2 f 10NV
(35℃)=350CC/+u++、TEG()リエチ
ルガリウム) ノH2flow (0℃) =BO(f
:、/gin 。
AIIH=100cc/= 、 PH3=17oCC/
lin 、反応ガス導入管13を流れるN2f1.ow
の総流量e Q/mtR。
凱15QTorr  下でInP に格子整合した(1
Δa / a l(1X 10  ) I n 1−x
 G a x A s y P 1−y(X〜0.27
.7〜0.57) 4元混晶が得られる。サセプタ10
.11の石英反応管1内へのセット後、石英反応管1内
を真空に引き、石英反応管1内の残留ガス等のクリーニ
ングを行なうが、ガス導入管14よりN2かN2をパー
ジすることにより、より効率を高めることができる。成
長中もN2かN2あるいは不活性ガス(He等)の類を
1〜22/馴流してもよい。
この方法で、工n1−8G、!1xAByP1−y(x
−0,27゜y〜0.57)の成長を何回やっても組成
の変動及び膜厚の変動は極めて少なかった。成長の毎に
サセプタを交換し、30回のrunの組成のバラツキ及
び膜厚変動(1時間の成長時間)はそれぞれx=0.2
7±0.02.y=0.57±0.2.及び1μm±0
.o3と極めて制御よく良好な4元混晶が再現性よく得
られた。サセプタは毎回新しいもの(クリーニングされ
たもの)と交換するのが望ましいが、数回のrun程度
ならそれ程問題ではない。石英反応管1の内壁への付着
物9は石英反応管1を交換することで除去できるが極め
て非効率であり本発明を用いると内壁への付着物はほと
んどなく、石英反応管の交換は不要となる。温度制御の
点については、基板温度と熱電対8のモニタ温度差は1
0℃前後におさえることができ(H2flowの流速が
大きいと10℃以上となることがある。)又本実施例で
は基板の大きさは2.6α角のものを使用したが、6℃
以内の均熱が十分にとれ、基板内の結晶性も極めて均一
となった。
尚、Anl−1cGaxAs+/GaAs系の場合、サ
セプタの交換の際、空気中に触れたサセプタを用いるの
はよくない。この場合は、例えばサセプタの9暁き炉(
ベーキング炉)とロードロック機構を用いて、本実施例
の気相成長装置に連結し、新しいサセプロは空気に触れ
ずに成長に使用される必要がある。
サセプタの形状は基板の大きさ、形状にもよるが四角柱
が望ましく、又反応ガスガイド部の寸法すは基板5の寸
法Cの2倍以上2寸法aは1cn1程度がよい。又サセ
プタはきめの細かなボコ社裂カーボン(品番DFB)や
SiCコートしたものが望ましく、石英反応管1も四角
形がよい。
発明の効果 本発明を用いて、化合物半導体のAN 1− xGa 
XAs/GaAsや、特に格子整合度合がエビ層の結晶
性に大きく影響を与えるI n 1−xGa xAs 
y P 1−y/ I nPを成長する場合、数1Q回
のrunに対し、組成、膜厚の制御が極めてよく、又均
一2正確な温度制御も可能となり基板内のバラツキも小
さく抑えることができることがわかった。又1回のru
nにおけ薄膜多層へテロ構造におけるヘテロ界面の急峻
性も極あて向上した。本発明は工n1−エGa工Asy
P1−アやA21−エG a xA s 以外の様々な
混晶半導体((Af;t 、Ga 1−、) 、I n
l−、Pや1n1−xAl!Al1yP1−ア等)にも
適用できる。MOCVD法はLPE法に比べ、run間
の再現性に問題があったが、本発明を用いることにより
再現性が大幅に向上し、MOCVD法の量産化への期待
に大きく貢献できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の成長装置の構造図、第2図
は本発明のサセプタ部の概略図、第3図は従来例の成長
装置の概略構造図である。 1・・・・・・石英反応管、5・・・・・・基板、9・
・・・・・付着物、10・・・・・・第1のサセプタ、
11・・・・・・第2のサセプタ、13・・・・・・反
応ガス導入管、14・・・・・・ガス導入管。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の反応ガスを用いて基板上に薄膜をエピタキ
    シャル成長させる際、上記基板を載置する第1のサセプ
    タと上記基板の一主面上部をおおう第2のサセプタの間
    に設けられた反応ガスガイド部を介して、上記反応ガス
    が上記基板上に導かれ、上記基板上に薄膜を成長させる
    ことを特徴とする気相成長方法。
  2. (2)基板を載置させた第1のサセプタ表面と該基板の
    一主面とはほぼ面一であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の気相成長方法。
  3. (3)反応ガスガイド端部に反応ガス導入管を連結する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の気相成
    長方法。
  4. (4)第1、2のサセプタは薄膜成長の毎に新しいもの
    を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の気相成長方法。
  5. (5)第1、第2のサセプタはカーボン製であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の気相成長方法
  6. (6)基板は誘導加熱あるいは光加熱方式で加熱を行な
    うことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の気相
    成長方法。
  7. (7)第1、第2のサセプタの外側にも水素ガスあるい
    は窒素ガスを流すことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の気相成長方法。
  8. (8)反応ガスに有機金属を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の気相成長方法。
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