JPS63134600A - 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ｆり用分野〉 本発明は、化合物半導体、特にｍ−ｖ族化合物半導体の
良好な成長層を得ろことが出来る気相成長装置の改良に
関する。

〈従来の技術およびその問題点〉 一般に、［−Ｖ　、！化合物半導体のエビタギンヤル成
長法としては、液相成長法、気相成長法及び物理蒸若法
（分子線エビクキシャル法）があるが、爪産化、大口径
成長、更には超薄膜の多層エピタキシャル成長（超格子
の作製）には、気相成長法が適している。

特に、このような気相成長法の一つとして、半導体＋１
が成元素のアルキル化物の熱分解を利用したＭＯＣＶＤ
法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が提案され、研究開発
が活発に行なわれている。この方法は、単一の成長温度
領域しか必要とせず、成長か熱分解的に進行ずろ為、比
較的容易に大面積の成長層か得られる可能性がある。ま
た、すべての京料を水素又は窒素ガスをベースとしｆこ
気体の形で炉内に導入できる為、原料ガスの流量を調節
ずろだけで成長速度や成長膜厚及び電気的特性、更には
、湿量化合物半導体の特徴を活かしたデバイス形成には
、非常に有用な技術である。

一方、ＭＯＣＶＤ法による高均−大面債エビタキノヤル
成長や、超格子構造の作成（こ於いては、リアクタの構
造によりガスの流れが支配され、結晶成長に大きな影響
を与える。従来のＭＯＣＶＤ装置のりアクタの多くは、
第５図に示すように、石英製の円筒管をそのまま利用し
ており、ノズル１５から出た反応ガスは、円筒管全域に
広がり、下流側に送られ、排気処理される。装置によっ
ては、基板支持台上の渦発生を抑制する為、ガス供給側
のサセプタ平面上に石英ブロック１６を設置し、その問
題に対処している。しかし、このような従来の装置では
、ノズル１５の解放端近情に渦発生が生じ、その結果、
ガス切り替え時のガス組成変化の急峻な切換に対応でき
ない問題が生じる。

又、リアクタの有効容積が大きいことにより、高流速が
得られない。特に３〜５インチ基板対応の大口径の反応
管形状では、リアクタ内の各部（ノズル近傍、基板支持
台下流部）に渦が発生したり、必要となる流速（高流速
）が得られないことがガス流の可視化実験により確認さ
れた。ガス流量の増加や圧力の減少により、流速の向上
は可能となるが、カス供給量の増大が見込まれ、更に成
長効率（ガスの利用効率）が非常に悪いなどの問題があ
る。

以上のように、従来型のりアクタ形状では、大口径基板
上に高均一のエピタキシャル成長石や急峻な組成制御を
要するヘテロエピタキシャル構造、特に、超格子構造等
■−■族化合物半導体特有の構造及びデバイスの作成は
困難である。

く問題点を解決するための手段および作用〉本発明は上
記の点に浩みてなされた乙のであり、■−■族化合物の
成長に於いて、通常（５〜１０ｃｍ／５ｅｃ）以上の流
速あるいは３〜４ｃｍ／ｓｅｃの低流速についても渦発
生（対流）がなく、また反応ガスを比較的高流速で流す
ことを可能とし、それにより、大口径、高均一エピタキ
シャル成長やガス利用効率の向上、ヘテロエビタキンヤ
ル成長の実現を目的としている。

即ち、本発明は円筒状反応管内に反応ガスを導入して、
サセプタ上で半導体の結晶成長を行なう気相成長装置に
おいて、反応管内に反応ガスの流路としてガス供給口か
らサセプタを越える整流管を設け、該整流管かガス供給
口に近い部分で供給口に近づくに従って幅狭になってい
る断面矩形状の管であり、かつ該整流管の内側底面の延
長面上にサセプタ上平面が配置されていることを特徴と
する気相成長装置を提供する。

本発明の気相成長装置は、有機金属のガス源を用いた化
合物半導体の結晶成長用炉芯管内に、特殊形状の拡大管
型の石英製の整流管を配置し、こ。

の整流管で、反応カス流の流形の最適化や反応ガスが流
れる領域の有効容積の縮小を行っている。

一般に、ＭＯＣＶＤの反応炉設計に於いては、反応炉内
のガス流を可視化することにより、対流の発生や流れの
均一性を確認する方法が有効であり、本発明に於いても
、ガス流の可視化実験により、反応炉の形状について、
模擬評価を行っている。

特に、上記目的を達成する為に考案された石英整流管の
形状としては、以下に示す５項目の要素を有することを
特徴としており、本要素を含む整流管形状により、ｉｎ
述のような良好なエビタキソヤル成長を行なうことを可
能とする反応ガス流が形成できろ事実を見い出した。

（本整流管形状の特徴） ■）整流管は、その断面が矩形をしており、反応基板支
持台を境として、ガス供給側Ｉとガス排気側■の２領域
に分割した場合、ガス供給側Ｉの整流管の内側底面の適
長面上にサセプタ平面が配置されているのが好ましい。

つまり、矩形反応管の一平面の基板支持台面が対応して
いるような形状となっている。

２）矩形整流管の形状は、ガス供給側Ｉでは、反応基板
サセプタ平面の延長面上に段差あるいは、屈曲面が存在
しないように配置される。

３）整流管はガス供給口に近い部分で供給口に近づくに
従って幅狭になっているので、ガス供給側の流路の容積
が少なくなる。

・１）ガス排気側Ｈの矩形整流管は、成長時に於いては
、ガス供給側Ｉ及びガス排気側■と連結され、本連結部
に於いてら２）項を満足する配置になっており、連結部
に於ける段差がなく、各連結部から反応ガスの整流管側
への漏洩は殆んどない。

５）整流管内の未反応ガスの排気は、整流管に直接リア
クタ室外への排気口を設置するのではなく、反応炉芯管
（リアクタ）の排気口直前で整流管を開口するのが好ま
しい。

又、本装置については、更に、成長層の均一性を向上す
る為、第３及び４図に示すような円型の基板支持台１２
を有した基板回転機構の設置も可能である。

特に、４〜５インチ形状の基板上への成長に用いる反応
炉にて、通常の流速（５〜ｌ　Ｏｃｍ／　５ｅｃ）でガ
ス流の可視化実験を行った場合、２）、４）、及び５）
の項目を満足しない場合には、各部に渦（対流）が発生
した。例えば、２）では段差及び屈曲部、４）では連結
部、５）では特に排気側■をなくした場合に、供給側Ｉ
内全域にわたり対流が発生した。このことは、はぼ同条
件の２〜３インチ処理用では殆んど観察されなかった為
、特に大口径（４〜５インチ処理用）の基板対応の反応
炉芯管には、特に重要な要素である。

〈実施例〉 以下、図面を参照して、本発明の一実施例を４・インチ
一枚処理用の水平型Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ反応管機構を例に挙
げて詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例の装置ｈＷ造を
示す概略図であり、各々側面及び上方からの外観図であ
る。第１図及び第２図に於いて、■はガス供給系、２は
ガス供給側整流管（上流部）、３は基板支持台（ザセブ
タ）、４はガス排気側整流管（下流部）１．５は反応が
芯管本体の排気口、６はＲＩ”加熱用コイル、７は排気
側整流管の支持部、８は基板支持台搬送ロッド、９はガ
ス供給側整流管支持部、１０は上流部及び下流部整流管
の接続部である。１１は石英製反応炉芯管である。

本構造を用いｆこ装置について、Ｔｉスモークを流し、
整流管内に流れろ反応ガスの流形の可視化実験を行なっ
た結果を実施例として示す。

使用した整流管としては、第１図及び第２図で示された
ものとまったく同じ構造をしており、基板支持台３は、
矩形になっており表面積は１２０ＸＩ２０ｍｍ２で、最
大４インチ１枚まで処理できる。又、将来的に５インチ
形状まで処理できることを想定し、整流管２及び４は、
基板支持台上に於いて、整流管内断面積は、平均５５（
縦）×２４０（満）＋ｎｍ２、排気側整流管４では、３
７（縦）×２４０（横）＋＋＋＋ｎ’に設定されている
。整流管の断面積は、ガス流々速に対応しており、断面
積縮小などを行ない、更に最適化が可能である。

この整流管内に、ＴｉスモークとキャリアガスのＨｌ（
あるいはＨｅ）を総流量で１Ｏｆ２．／ｍｉｎ流し、Ｔ
ｉスモークの流れの様子を確認した結果、整流管内２及
び４内での対流による渦発生は観察されず、側面及び上
面から観たＴｉスモークの様子からは、層流を示す良好
なガス流が得られること、さらにＴｉスモークの濃淡か
らガス流の均一性の良いことが確認できた。又、ガス流
の導入を停止Ｆし、キャリアガスのみを連続的に流した
場合、Ｔｉスモークガスの排気の様子は、渦発生による
Ｔｉスモークの残留はなく、−（清に排気され、Ｔｉス
モークの排気性、つまり、ガス切り替えの急峻性の良さ
を示している。

以上、Ｔｉスモークを用Ｌ・た可視化実験の結果から、
大面積高均一成長及び急峻な組成をもったヘテロ場合の
形成等に於いては、本発明の装置構造が非常に有効であ
る。

本発明装置を使用してＩｎＰの成長を行った場合、２イ
ンチ形状のＩｎＰ基板を４枚一度に用いて成長を行った
結果、成長膜厚に於いて、約１０５以内の均一性が得ら
れた。又、Ｉ　ｎ、ＰとＩｎＧａ）＼Ｓのへテロ折合の
形成結果からは、オージェ電子分光法により数１０１人
の急峻な組成変化層（遷移層）を示すことが分かった。

なお、本発明は上記実施例に限定されるのではなく、整
流管形状に於いては、更に、形状や容積的に最適化した
ものに適用できる。又、構成上基板回転機構を付加する
ことも比較的容易であり、大面積基板への対応が可能で
ある（第３及び４図）。

その他、縦型の反応炉芯管形状に対しても適応できる。

エビタギシャル成長層について乙、同様にＩｎＰに留ま
らず、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等の■−ｖ族化合物、更
には、Ｓｉ単元化合物の気相エビタキノヤル成長法とし
て適応か可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、ガス流径路の断面積の
縮小によるガス流速の向上や、整流管形状により高均一
で渦発生のない層流を示すガス流が得られ、その結果、
大面積で高均一な成長層を有した［−Ｖ族化合物半導体
の成長層や、急峻な組成を存１．たベテロ接合を得るこ
とができろ。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は、本発明による気相成長装置の一実施例の
構成を示す概略図、特に第１及び２図は、固定式サセプ
タ用、第３及び４図はサセプタ回転機構付設のものであ
る。第５図は従来の気相成長装置の概略図である。 １・・・ガス供給系、２・・・ガス供給側整流管（上流
部）、３・・基板支持台（リセプタ）、４−・ガス排気
側整流管（下流部）、５・・・反応管本体の排気口、６
・・・ＲＦ加熱用コイル、７・・・ガス排気側整流管支
持部、訃・・基板支持台搬送ウッド、９・・・ガス供給
側整流管支持部、ＩＯ・・靭ス供給側及びガス供給側整
流管の接続部、１１・・・石英製反応炉芯管、１２・・
回転型基板支持部、１３・・・基板回転用治具、１４・
・・回転治具用支持部、１５・・・従来型ガス供給ノズ
ル、ＩＯ・・・石英ブロック。 １！３図 第４図 ｏｏｏｏ。 裏５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、円筒状反応管内に反応ガスを導入して、サセプタ上
   で半導体の結晶成長を行なう気相成長装置において、反
   応管内に反応ガスの流路としてガス供給口からサセプタ
   を越える整流管を設け、該整流管がガス供給口に近い部
   分で供給口に近づくに従って幅狭になっている断面矩形
   状の管であり、かつ該整流管の内側底面の延長面上にサ
   セプタ上平面が配置されていることを特徴とする気相成
   長装置。