JPS63177412A - 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、気相成長反応管に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体単結晶薄膜の成長法として気体を原料とし
た気相エピタキシャル成長が広く行なわれている。これ
らのうち、特に■−Ｖ族化合物半導体薄膜の成長法とし
て、有機金属化合物を原料とした気相エピタキシャル法
（ＭＯＶＰＥ法）は優れた方法とされている。

ＭＯＶＰＥ法は、大気圧とほぼ同じ圧力下で行なうもの
く常圧法）と、大気圧の１０分の１程度の圧力下で行な
うもの（減圧法）とに大別される。

Ｉ　ｎＧａＰＡｓ形化合物やＡ／Ｇａ　Ｉ　ｎＰ形化合
物のようにＩｎとＰを同時に含む化合物においては、こ
れらの原料が気相中で寄生中間反応を起し易く、これを
防止するために減圧法が用いられている。また、ＡｅＧ
ａＡｓ形、その他を含め、一般的に多層膜界面の急峻性
を得るために原料気体の切替を急峻にしうる減圧法が有
効である。

また成長室（以下反応管と称す）は、高温に耐えること
、室内を汚染の少ない高純度状態を保つことなどの要請
から材料として石英が選ばれる。

さらに減圧法を行なう場合、反応管は内部減圧を保つた
めその強度を維持する構造を採らなくてはならない。そ
のため、断面形状が円またはそれに近い形状を採る必要
がある。次に、第３図および第４図を用いて従来の反応
管の構造を説明する。

まず第３図（ａ）、（ｂ）に示すように石英製の反応管
１０１の内部にカーボン製の結晶支持体（以後サセプタ
と呼ぶ）３をもち、その上に結晶基板４を置く。Ａｊ７
Ｇａ　Ｉ　ｎＰ成長の場合は、基板としてＧａＡｓを用
いる。反応管１０１の周りに水冷のための冷水管５を設
ける。基板加熱はコイル６に高周波電流を流してサセプ
タ３を加熱するこにより行なう。成長の為の原料ガスは
ガス導入口より矢印のように反応管１０１に流しこみ、
基板上を流す。

第４図に示した従来の反応管は、第３図のものと較べて
、内挿管１０７をもつ点が異なる。これは、反応管１０
１の内部にさらに内挿管１０７を設け、その中にサセプ
タ３および結晶基板４をおいたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図に示した従来の反応管の構造では、反応管の断面
形状はぼは円形に限定される。これは、反応管内部を減
圧にしたときに外圧による力に耐える強度をもたせるた
めである。ところが、気相成長においては原料ガスの流
れの形状は、成長結晶の品質に大きな影響を与え、基板
上で整った層流を成すことが重要である。

断面が円形の管の中に断面の四角なサセプタを置くと原
料ガスの流れが乱され、良質な結晶を得にくくなる。ま
た、大きな結晶基板上に結晶を成長さするためにサセプ
タ形状を大きくした場合、管径を大きくしなければなら
ず、このとき断面円形を維持せねばならないために反応
管断面積をサセプタ表面積の増加の割に大きくしなけれ
ばならない。このことは、原料ガスの結晶化への収率の
低下を招き、原料のガス流量を過大にしなければならな
いか、あるいは結晶成長の速度を低下させなければなら
ない。

一方、第４図のような構造すると、第３図に示した構造
の反応管がもつ問題点は解決されるが、新たな問題点が
生ずる。それは、内挿管の管壁を水冷することができな
いために、管壁に付着した反応物が結晶成長時に加熱さ
れて結晶にとりこまれてしまうことである。このため、
結晶中に不純物がとりこまれる、或いは、結晶組成が狂
うなどの悪影響があられれる。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、高純度・高品質の
半導体結晶を再現性よく高効率で得ることのできる気相
成長反応管を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の気相成長管は、一端にガス導入口を有し他端が
開放された円形状の第１反応管と、前記第１反応管の上
壁部と該上壁部を囲う仕切壁とからなり、半導体基板を
支持する基板支持体を挿入可能に構成され、かつ前記第
１反応管のガス導入口と同一方向の一端にガス導入口を
有し、他端が第１反応管内部で開放されている第２反応
管とを含んで構成されている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例の正面図及び側面図であ
る。

第１図（ａ）、（ｂ）において、一端にガス導入口９を
有し多端が開放された円形状の石英からなる第１反応管
１の内部には、この第１反応管１の上壁部ＩＡとこれを
囲う石英製の仕切壁２とからなり、第１反応管１のガス
導入口９と同一方向にガス導入ロアを有し、他端が第１
反応管１の内部で開放されている第２反応管２０が設け
られている。そして、この第２反応管２０内の成長室８
は、半導体の結晶基板４を支持するサセプタ３が出し入
れ可能となっている。

また、サセプタ３の結晶基板４をおいた面に相対する第
１反応管１の壁は、水冷管５により水冷される、第１反
応管１をとりまく、高周波コイル６に高周波電流を流し
てサセプタ３を発熱させ、これにより結晶基板４を加熱
する。原料ガスはガス導入ロアにおける矢印のように、
結晶基板４をおいた成長室８に導入される。また、外室
１０にはガス導入口９から矢印のように水素などの不活
性ガスを導入して流れをつくる。成長室８．外室１０を
通過したガスは、矢印１１のように下流で合流する。

この第１の実施例のように構成すると、第１反応管１の
形を大きくしても、成長室８の断面積はサセプタ３に較
べて大きくしなくても済む。この第１の実施例では、第
１反応管１の形は第２反応管１０を設けない場合の約８
分の１の大きさでよいためガス原料から成長膜への収率
を約８倍にすることができた。また、仕切壁に２により
、成長室８の断面を、サセプタの断面形状にほぼ相似に
させることができるため、原料ガスの流れ形状を層流状
に整えることが容易となった。

さらにこのとき、結晶基板４の置かれているサセプタ３
の面に相対する面が水冷されているなめ、従来のように
成長時に管壁が加熱されることによる管壁からのガス離
脱がない。このため、成長結晶中への不純物のとりこみ
ゃ、組成の乱れ等が生じることがなくなる。このように
形の制約なく仕切り壁２を設けることができるのは、流
れの下流で成長室８．外室１０の気体流が開放されて画
室の圧力を等しくすることができるからである。

ＧａＡｓ基板に格子整合するＡＩ！Ｇａ　Ｉ　ｎ成長に
本実施例を適用したところ、これまでに述べた作用によ
り、効率のよい結晶成長が得られ、組成の再現性、均一
性がよく、高純度の結晶が得られた。

第２図は本発明の第２の実施例の正面図であり、第１図
の第１の実施例と異なる点は、高周波加熱用コイル６の
代わりにヒーターをもつ加熱体１２を外室１０内の第２
反応管２０を構成する仕切り壁２の下部に設けたことで
ある。高周波加熱は大きな装置が必要であり、特にコイ
ル径が太きくなると加熱効率が悪くなる欠点を有する。

ヒーターによる加熱体１２を用いると、その装置は簡略
化でき、また、管径が大きくなっても加熱効率の低下が
少なくなる。

本第２の実施例によれば加熱体１２を第１反応管１の内
部で成長室８と別の外室１０におくことができるので加
熱体１２をサセプタ３に近づけた位置に置くことができ
、効率のよい加熱ができる。また、加熱体１２を動かす
ことができるので、サセプタ３の急加熱、急冷却も容易
に行なえるので、結晶基板４の熱劣化を極小にすること
ができる。

尚、上記実施例では反応管等の材質を石英としたが、ス
テンレス等信の材質でもよい。また、加熱体として、ヒ
ーター加熱の実施例を示したが、ランプ加熱等信の加熱
方式を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、第１反応管の内部に、第
１反応管の上壁部と仕切壁とにより第２反応管を形成す
ることにより、減圧気相成長に適した構造を維持したま
ま、高純度・高品質の半導体結晶を再現性よく高効率で
得ることのできる気相成長反応管が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例の正面図
及び側面図、第２図は本発明の第２の実施例の正面図、
第３図（ａ）、（ｂ）及び第４図（ａ）、（ｂ）はそれ
ぞれ従来の気相成長反応管の一例の正面図及びＢ−Ｂ’
線断面図である。 １・・・第１反応管、２・・・仕切り壁、３・・・サセ
プタ、４・・・結晶基板、５・・・水冷管、６・・・高
周波コイル、７・・・ガス導入口、８・・・成長室、９
・・・ガス導入口、１０・・・外室、１１・・・ガス流
を示す矢印、１２・・・加熱体、２０・・・第２反応管
、１０１・・・反応管、１０７・・・内挿管。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端にガス導入口を有し他端が開放された円形状
   の第１反応管と、前記第１反応管の上壁部と該上壁部を
   囲う仕切壁とからなり、半導体基板を支持する基板支持
   体を挿入可能に構成され、かつ前記第１反応管のガス導
   入口と同一方向の一端にガス導入口を有し、他端が第１
   反応管内部で開放されている第２反応管とを含むことを
   特徴とする気相成長反応管。
2. （２）第２反応管の下部に設けられ、前記第２反応管内
   に挿入される半導体基板を加熱する加熱体を有する特許
   請求の範囲第（１）項記載の気相成長反応管。