JPS63257216A - 半導体結晶の製造装置 - Google Patents

半導体結晶の製造装置

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JPS63257216A
JPS63257216A JP9271287A JP9271287A JPS63257216A JP S63257216 A JPS63257216 A JP S63257216A JP 9271287 A JP9271287 A JP 9271287A JP 9271287 A JP9271287 A JP 9271287A JP S63257216 A JPS63257216 A JP S63257216A
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gas
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epitaxial layers
material gas
gas system
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JP9271287A
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Toshio Tanaka
利夫 田中
Aiichiro Nara
奈良 愛一郎
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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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〕 この発明は、半導体結晶の製造装置に係り、特に複数の
エピタキシャル層を積層成長させるための装置に関する
・ものである。
〔従来の技術〕
近年、半導体結晶の多層エピタキシャル層を得るのに、
金属元素の水素化物ガスおよび存機金属ガスの熱分解成
長によるM OCV D (MolecularChe
mical Vapor Deposition )法
がさかんに用いられている。
この種の半導体結晶の製造装置の従来例を、GaAs 
 (ガリウム砒素)系とAI!GaAs  (アルミニ
ウム・ガリウム砒素)系のMOCVD装置を例に採って
説明する。第3図は前記従来のMOCVD装置の一例の
概略図を示している。
第3図において、1はGaAs基板、2はGaAs1板
lを支えるためのサセプター、3は石英反応管、4はG
aAsalc板lを加熱するための高周波コイルである
。5は、P型GaAs層、N型GaAs1i、P型AJ
GaAs層、N型AlGaAs層を成長させるための共
通ガス供給系であって、この共通ガス供給系5は共通の
ガス導入配管6によって石英反応管3のガス導入ロアに
接続されている。
次に、第4図によって前記従来装置をさらに詳細に説明
しよう。
第4図において、8はAs(砒素)を供給するためのA
so3 (アルシン)ボンベ、9はN型ドーパントのS
e(セレン)を供給すためのH2Se (セレン化水素
)ボンへ、10はGa(ガリウム)を供給するためのト
リメチルガリウム(TMG)a、11はAlを供給する
ためのトリメチルアルミニウム(TMA)源、12はZ
n(亜鉛)を供給するためのジエチルジンク(DEZn
)[である。各材料ガスは0N−OFFバルブ13゜流
量計(MF)14および切り換えバルブ15を介して、
共通のガス導入配管6にそれぞれ送り出される。なお、
切り換えバルブ15は、各材料ガスを石英反応管3また
は通気(VENT)系に導入または停止させるためのも
のである。一方、ガス導入配管6の一端には、前記送り
出された材料ガスを石英反応管3内に送り込むための後
押し用のキャリヤガスとして、H,C水素ガス)が流量
計14および0N−OFFバルブ13を介して供給され
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述した従来の半導体結晶の製造装置は
、複数のエピタキシャル層を成長させるための材料ガス
を共通ガス供給系5によって石英反応管3に供給してい
るために、急峻な界面を持つ多層エピタキシャル層を成
長させることが困難であるという問題点がある。これは
、材料ガスを切り替えるために切り換えバルブ15を停
止してもなお、ガス導入配管6内さらには切り換えバル
ブ部や配管盲腸部に、前の材料ガスが残留する、いわゆ
るメモリ効果があるためである。
以下、この問題点を第5図および第6図に基づいて具体
的に説明する。
第5図は、上述した従来のMOCVD装置でエピタキシ
ャル層を成長させた場合のガス導入配管6の長さと材料
ガスの切り替わり時間との関係を、キャリヤガスの流量
をパラメータとして示している。また、第6図はガス導
入配管6の長さが10mの場合におけるキャリヤガスの
流量と一秒当たりの成長量との関係を示している。
これらの図から理解されるように、例えばガス導入配管
6の長さが10mであり、後押し用のキャリヤガスの流
量がlQn/minのとき、材料ガスを例えばAlGa
AsからGaAs (或いはP型からN型GaAS)に
切り替えるのに理論的に約1.7秒かかる。この切り替
え時間は、材料ガスの管壁への吸着や乱流などを考慮す
れば、実際にはそれ以上となる。後押し用のキャリヤガ
スの流量が1Qff/minのとき、成長速度は16゜
2人/ s e cであるから、上記の材料ガスが完全
に切り替わるまでに約27人の遷移層が成長してしまう
ことになる。
このように遷移層が厚くなると、例えば半導体レーザの
均一性が悪くなるなどの特性のバラツキが生じたり、そ
の信転性が低下するといった不都合を生じる。
この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであって、急峻な界面を持つ複数のエピタキシャ
ル層を積層成長させることができる半導体結晶の製造装
置を提供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る半導体結晶の製造装置は、m敗のエピタ
キシャル層のうち、所定のエピタキシャル層をそれぞれ
成長させる材料ガスを反応部にそれぞれ個別に供給する
材料ガス供給系を備えたものである。
〔作用〕
この発明においては、材料ガスをそれぞれ独立して反応
部に供給しているから、材料ガスの切り替えが速やかに
行われ、急峻な界面を持つ?j!数層のエピタキシャル
層を成長させることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
第1図は、この発明の一実施例に係る半導体結晶の製造
装置の構成図である。
同図において、第3図および第4図に示した従来例と同
一符号は、同一部分を示しているから、ここでの説明は
省略する。
第1図において、21はP型GaAs層を成長させるた
めのP型GaAsガス系であって、このガス系にはTM
G、AsH3およびDEZnの各材料ガス源が備えられ
ている。22はN型GaASNを成長させるためのN型
GaAsガス系、23 ハP型A7!GaAs層を成長
するためのP型AItGaAsガス系、24はN型Aj
!GaAs層を成長するために設けられたN型AlGa
Asガス系である。各ガス系21〜24からの材料ガス
は、それぞれ独立して設けられた複数のガス導入配管2
5、〜25.およびON  VENTバルブ261〜2
64 (あるいは0N−OFFバルブ)を介して、石英
反応管3内に個別に供給される。なお、石英反応管3の
ガス導入口から0N−VENTバルブ26.〜264ま
での配管内に残留する材料ガスの量を少なくするために
、上述した0N−VENTパルプ26.〜264はでき
るだけ石英反応管3に近づけて設けられることが望まし
い。
次に、上述した実施例の作用を説明する。
例えば、通常のダブルへテロ構造を成長させる場合、予
め、各ガス系21〜24から必要な材料ガスをVENT
側に流しておく、そして、P型AeGaAsガス系23
に対応したO N  V IE N Tパルプ263の
みを開けて、その材料ガスを石英反応管3内に供給する
ことにより、GaAs基板1上にP型A/GaAsFg
を所望の厚さだけ成長させる 続いて0N−VENTバ
ルブ26.のみを開けζP梨型AlGaAsガス23か
らP型GaAsガス系21に切り替えて、P型GaAs
5を成長させる。さらに、P型GaAsガス系2Iから
N型AlGaAsガス系24に切り替えてクラッド層を
成長させ、最終にN型A#GaAsガス系24からN型
GaAsガス系22に切り替えてGaAsコンタクト層
を成長させる。
このように上述した実施例は、それぞれの成長層に必要
な材料ガス供給系を単独に備え、各材料ガスの石英反応
管3への導入を0N−OFFすることによってエピタキ
シャル層の成長を切り替えているから、材料ガスの切り
替え時間が短(、しかも、配管内での材料ガスの残留や
吸着が極めて少なくなり、数10人程度の原子層レベル
のエピタキシャル層を成長させることも可能になった。
また、上記実施例では、各エピタキシャル層に対応した
単独の材料ガス供給系を備え、成長に必要な材料ガスを
常時流しておくことができるので、材料ガスの流動変動
がたいへん少なくなり、そのため各層の組成および不純
物1度の再現性もたいへん優れたものにすることができ
る。
次に、この発明のその他の実施例を、第2図に従って説
明する。
上述した実施例では、各ガス系21〜24ごとにT M
 G 、 A s HsおよびDEZnなどの各材料ガ
ス源を備えたが、この実施例ではこれらの材料ガス源を
各ガス系に共通して設けることによってガス系ごとに材
料ガス源を備えなくてもよいようにしている。
即ち、P型GaAsガス系31は、A3H3ガス源35
.TMGガス′pJ36およびDEZ nガス源37か
ら送られた各材料ガスが、個別の各流量系(MF)14
を介してガス4人配管25.に集められて、0N−VE
NTバルブ26.を介して石英反応管3内に供給される
ようになっている。
P型AlGaAsガス系32は、A3Hffガス源35
.TMGガス1llJX36.DEZnガス源37およ
び第1TMAガス源38から送られた各材料ガスが、個
別の各流量系(MF)14を介してガス導入配管25□
に集められて、0N−VENTバルブ26□を介して石
英反応管3内に供給されるようになっている。
N型AlGaAsガス系33は、AsH,ガス源35.
TMGガス源36,1easeガス源39および第2T
MAガス源40から送られた各材料ガスが、個別の各流
量系(MF)14を介してガス導入配管25.に集めら
れて、0N−VENTバルブ26.を介して石英反応管
3内に供給されるようになっている。
N型GaAsガス系34は、AsH3ガス源35、TM
Gガス源36およびHzSeガス源39から送られた各
材料ガスが、個別の各流量系(MF)14を介してガス
導入配管254に集められて、0N−VENTバルブ2
64を介して石英反応管3内に供給されるようになって
いる。
なお、上述の二つの実施例では、GaAs、AiGaA
S系のMOCVD装置について説明したが、この発明は
その他の■−■族化合物半導体や■−■族化合物半導体
、あるいは気相エピタキシャル法(V P E)にも適
用することができる。
さらに、上述の実施例ではMOCVD装置に備えられる
全ての材料ガス供給系をそれぞれ独立させて設けるよう
に構成したが、必ずしも全ての材料ガス供給系を独立さ
せる必要はなく、特に急峻な界面を必要とされるエピタ
キシャル層を成長させるための材料ガス系のみを独立さ
せ、他の材料ガス供給系は共通にするものであってもよ
い。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、複数層のエピタキシ
ャル層のうち、所定のエピタキシャル層を成長させるた
めの材料ガスを反応部にそれぞれ個別に供給する材料ガ
ス供給系を備えたので、前記材料ガスを個別に供給する
材料ガス供給系を適宜に切り替えていくだけで、前記所
定のエピタキシャル層について原子層レベルの急峻な界
面を持たせることかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る半導体結晶の製造装
置の構成の概略を示した説明図、第2図はこの発明のそ
の他の実施例の構成図、第3図は従来装置の構成の概略
を示した説明図、第4図は753図に示した従来装置の
詳細図、第5図は前記従来W2におけるガス切り替わり
時間とガス導入配管の長さとの関係図、第6図は前記従
来装置におけるエピタキシャル層の成長量とキャリアガ
ス流量との関係図である。 図において、1はGaps基板、3は石英反応管、21
はP型GaAsガス系、22はN型GaAsガス系、2
3はP型AlGaAsガス系、24はN型AJGaAs
ガス系、25.〜254はガス導入配管、261〜26
4は0N−VENTバルブである。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の材料ガスを反応部に供給して、複数のエピ
    タキシャル層を積層成長させる半導体結晶の製造装置に
    おいて、 前記複数のエピタキシャル層のうち、所定のエピタキシ
    ャル層をそれぞれ成長させる材料ガスを前記反応部にそ
    れぞれ個別に供給する材料ガス供給系を備えたことを特
    徴とする半導体結晶の製造装置。
JP62092712A 1987-04-14 1987-04-14 半導体結晶の製造装置 Expired - Lifetime JPH0626187B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02122619A (ja) * 1988-11-01 1990-05-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体製造装置

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