JPS6328031A - 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】 産業上の利用分野 本発明はエピタキシャル結晶成長分野における気相成長
法を用いた超薄膜形成のための気相成長装置に関するも
のである。

従来の技術 エピタキシャル結晶は多くの分野、特に化合物半導体に
おける各種の電気素子、光素子の製造にとって必要不可
欠であり、現在ＬＰ！！：　（液相エピタキシャル）、
ＭＯＣＶＤ　（有機金属気相成長弘ＭＢＥ　（分子線エ
ピタキシャル）、ｖＰＥ（気相エピタキシャル）等、各
種の手法を用いて行われている。ところが近年、このエ
ピタキシャル結晶に対する要求は益々薄膜化、多層化へ
と広がり、それに伴って各層の膜厚制御性と界面の急峻
性が極めて重要な要素になりつつある。こういった要求
を満す成長手法としては、多くの場合ＭＢＥが用いられ
、良好な結果を得ることに成功しているが、本手法は装
置が大がかりで且つ啄めて高価でちゃ、装置の稼動率か
らも必ずしも良くないし、また大量の液体窒素を消費し
運転コストが高い、といった欠点があり、ここでは比較
的簡単なＭＯＣＶ’Ｄ　、　ｖＰＥによる良好な超薄膜
多層膜形成手法を提供するものである。

第２図は、従来のＭＯＣＶＤエピタキシャル成長装置の
概要を示す。以下では１例としてＩｎＰ　。

ＩｎＧａＡｓＰ　のＭＯＣＶＤ成長を例にとって説明す
る。■族（Ｉｎ、Ｇａ）の原料はボンベ内に充填された
液体状の有機金属ＴＩＩ（）ＩＪエチルインジウム）　
６１　、ＴＩＧ　（トリエチルガリウム）５２を用い、
Ｈ２導入管５３より導入されたＨ２ガスのバブリングに
よって上記有機金属はＨ２ガスと共に気体状態で反応管
５４内部へ供給される。この際、反応管５４と有機金属
ボンベ５１．５２の中間に設けられたマスフローメータ
５５によってガス流量は正確に制御されている。一方、
■族原料（Ｐ、Ａｓ）は、　Ｈ２ガスによって希釈され
た人ｓＪ（アルシン）５６、ＰＨ３クオスフイン）６７
等のガスが用いられ、これらのガスも■族原料の場合と
同様にマスフロー−メータ６５によって流量制御された
後、反応管５４の内部に送りこまれる。

この際、ＰＨ３５７は、分解が困難なため、前身って高
温に加熱された分解炉５８を通して反応管５４に供給さ
れる場合が多い。この様にして反応管６４内部に送りこ
まれた各成分ガスは、高周波加熱用コイル５９によって
加熱されたサセプター上に載置された基板６０面上で、
熱分解反応を起し、所定の化合物として基板６０面上に
析出する。なお上記の過程で釦Ｐエピタキシャル結晶の
成長に際しては、ＴＥＩとＰＨ５、ＩｎＧａＡｓＰ　ノ
エビタキシャル結晶の成長に際してはＴＥＩ、Ｔ］ｌ、
ＰＨ３゜ＡｓＨ５が用いられることは言う迄もない。

このＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長は上記の様に
各原料は全て気体状態で反応管５４に導入されるため、
それらの供給量は各原料ガスの通路に設けられたマスフ
ローメータ５５によって精度良く制御することは容易で
あり、例えばＩｎ、　、Ｇａｘ人ｓｙＰ　ｊ　ｙの任意
の混合比ｘ、ｙの制御も比較的容易に行うことができる
。

尚、第２図中のＤＥＺ　（ジエチルジンク）６１および
Ｈ２Ｓ（硫化水素）６２はエピタキシャル結晶をＰ型、
或はｎ型にするためのドーピング材料であり、６３はフ
ィルター、６４はモレキュラーシープトラップ、６５は
減圧でエピタキシャル成長を行うだめの真空ポンプ、６
６はガスのストップパルプである。

また、第３図は前記の界面急峻性を得るために考案され
たＶＰＫ　、ＭＯＣＶＤ等の謂ゆる気相成長法に適用さ
れるガスの反応析出部のみを示したもので、工ｎＰとＩ
ｎＧａＡｓＰ　のへテロエピタキシャル形成を例にとっ
て説明すると、反応管１００内部に仕切り１０１を設け
、その仕切り１０１の上部には、ガス供給管１０２より
ＩｎＰを形成するだめのＴＲＩ、ＰＨ５のみを供給し、
仕切り１０１の下部ではＩｎＧａＡｓＰを形成するだめ
のＴＥＩ　。

ＴＩＧ、人ｓＨ５，ＰＨ５を夫々所定の混合比でガス供
給管１０３よジ供給される。この状態で高周波コイル１
０４で加熱されたサセプター１０５上に設置された基板
を図の矢印の様に、回転軸１０６ｖｃよって回転させる
と、仕切り板１０１の上部に基板があるときはｒｎＰが
、下部にあるときはＩｎＧａＡｓＰが形成され、前記第
２図で説明した様な不要な残留ガスによる影響は大幅に
減少する。

しかし、仕切り板１０１がなくなった場所では、仕切り
板１０１の上下を流れているガスが互に波数混合し、基
板への析出結晶に悪影響を及ぼすことになる。尚、１０
７は未反応ガスの排ガス口、１０８は反応管を固定する
ための支持フランジである０ 発明が解決しようとする問題点 以上述べてきたようＫＭＯＣＶＤ　、ＶＰＫでは化合物
結晶の組成制御は、供給ガスの量を制御することによっ
て比較的容易に実現できるが、最近多くのデバイス、特
に高速電子デバイスや低シキイ値高性能レーザ等の分野
で注目をあびている超薄膜多層構造（超格子構造）の形
成に際しては、従来のＭＯＣＶＤは充分な成長手法とは
言い難い。

例えばＩ　ｎ　ｐ　／　ｒ　ｎ　＋　−１Ｇａ　ＸＡ　
Ｓｙｐ　＋　ｙ超格子構造ノ形成に際して （１）広い面積にわたって均一で極めて薄い（〜２００
Å以下）　ｒｎｐトＩｎ、　−ｘＧａｘＡｓ、、Ｐ、−
７０層が交互に、且つ組成制御性よく形成できること０ （２）異った化合物間（釦Ｐと釦、−ｘＧ＆ｘＡＳｙＰ
＋　−ｙ）の境界面が、組成ズレを起すことなくきれい
に分離されていること（界面の急峻性）０といったこと
が重要である。（１）の問題は前記のＭＣＩＶＤ手法に
よって可能であるが、（２）の問題に関しては従来の手
法では満足すべきレベルには達していない。即ち、異種
化合物間の界面の急峻性を得るため、従来のＭＯＣＶＤ
では、原料ガスの供給、供給停止といった状態を原料ガ
スの供給パイプの途中に設けられたパルプ６６によって
操作している。例えばＩｎＧａＡｓＰを形成していて、
成る時点からＩｎＰの形成に切り換えた場合についてみ
ると、当初はＴＥＩ、ＴＥＧ、人ｓＨ５，ＰＨ５と４種
類のガスが夫々所定の流量でもって反応管５４に送り込
まれているが、成る時点でＴＥＧ　。

人ｓＨ５のガス供給をストップパルプ６θによって停止
して、ＩｎＰの形成を開始する。この場合ストップパル
プ６６を停止しても、同パルプから反応管６４の間の残
っているＴｌ！：Ｇ、ムｓＨ３が成長結晶に影響し、ス
トップパルプを停止しても直ちにＩｎＰの成長条件には
ならず、釦ＧａＡｓＰとＩｎＰの間にＣａと人Ｓの成分
が徐々に小さくなっていくような中間化合物が形成され
ることになる（界面急峻性のダレ）。従って、こういっ
た界面のダレを無くし、急峻性を得るため、大量のキャ
リアガス（Ｈ２）を流し、残留ガス（ＴＢ：Ｇ、人ｓＨ
，）をできるだけ早く排出させるとか、或はガスのスト
ップパルプを可能な限り反応管５４の近くに設けて残留
ガス量を少なくする等の工夫がなされているが、現状で
は界面のダレ部分として約２０人と充分な急峻性を得る
には至っていない（ＭＢＥでは１０Å以下が可能）。ま
た、第３図で説明した手法でもガス拡散混合等の問題が
あり、充分な結果を得るに至っていない。

本発明は、上記の従来の問題点に鑑み、ｖｐｇ。

ＭＯＣＶＤにおいて急峻な界面特性を得ることを主たる
目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は前記の問題点を解決するため、従来法のように
ストップパルプによって各種成分ガスの供給、停止を繰
り返すことなく、各結晶組成に応じて専用の結晶成長領
域を設け、当該領域には常に必要な成分ガスが供給され
ている状態で、基板を設置したサセプターが上記各領域
に移動することによって実効的なガスの切換えを行い、
残留ガスによる心配をなくすると同時に、サセプターの
移動の中間にＨ２ガスのみが供給されている領域を設け
てガスの拡散混合を防止したものである０作用 本発明は、ＩｎＰエピタキシャル層形成のためのＴＥＩ
およびＰＨ５ガスの供給部（ＩｎＰ用ガス供給部）およ
びＩｎ（ｌｒａＡｓＰエピタキシャル層形成のためのＴ
ＥＩ　、ＴＥＧ　、人ｓＨ３およびＰＨ，ガスの供給部
を夫々別個に具備し、前記ＩｎＰ用ガス供給部とＩｎＧ
ａＡｓＰ用ガス供給部との間に水素ガス供給部を設けた
ものであり、前記ＩｎＰ用ガス供給部とＩｎＧａＡｓＰ
用ガス供給部のガスが互に混合することなく、良好な工
ｎＰ　／　ＩｎＧａＡｓＰヘテロエピタキシャル形成が
行われる。

実施例 第１図は本発明の１実施例を示したものである。

以下では従来法のところで述べたのと同様に、■族原料
としてＴＥＩ、ＴＥＧ、ｖ族原料として人ｓＨ，，ＰＨ
，を用いたＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰ　ｘピタキシャ
ル成長を例にとって説明する。なお、同図は従来法第２
図のマスフローメータ５５、ストップパルプ６６、各種
ガス５１，５２，５３゜５６．５７，６１．６２等々の
ガス供給システムは全て省略され、反応管６４に対応す
る部分のみであり、ガス供給システム部は従来（第２図
）と同様な構成である。

−４ず、Ｔ　Ｅ　Ｉ　、ＰＨ３がＨ２キャリアガスと共
にＩｎＰ用ガス供給管１を通って、第１図の仕切り板６
で分離された人で示した領域、即ちＩｎＰ用ガス供給部
２に導入される。同様にＣ領域、即ちＩｎＧａＡｓＰ用
ガス供給部４にはＩｎＧａＡｓＰ用ガス供給管３を通じ
てＴＥＩ、ＴＥＧ、ＡｓＨ３およびＰＨ３がＨ２キャリ
アガスと共に夫々所定の流量流れている。領域Ｂ、Ｄは
キャリアガス供給管６を通じてキャリアガスのみが流れ
ている。加熱コイル７によって加熱されたサセプター８
（基板はサセプターの裏面に設置）が、図のＡ領域に面
した位置にあるとき、ＩｎＰ用供給ガス、即ちＴＥＩと
ＰＨ３が基板面上に供給され、基板面上にＩｎＰエピタ
キシャル結晶が形成される０次いで回転軸９を回転させ
てサセプター８（基板）をＣ領域に移すと基板面上にＩ
ｎＧａＡｓＰが形成される。この場合人頭域とＣ領域の
中間にキャリアガス流を形成するＢ領域が存在するため
、大領域とＣ領域のガスが互に拡散混合を起すことなく
、急峻なペテロ界面特性をそなえたＩｎＰ　／ＩｎＣｒ
ａＡｓＰヘテロエピタキシャルが形成できる。回転軸を
更に回転させＣ→Ｄ→人としても全く同様なことがいえ
る。また各エピタキシャル層の膜厚はＩｎＰの場合はＡ
領域に、ＩｎＧｚＡｓＰの場合はＣ領域にサセプター８
（基板）が滞留する時間によって容易に制御できる。１
０は１，３．６各供給管から供給された各種ガスのガス
排出口である。

発明の効果 本発明では、ヘテロエピタキシャル形成に際して、従来
の気相成長法でみられるような反応管内部及びガス通路
に基因する不必要な残存ガスの影響による界面急峻性の
ダレをなくシ、急峻な界面ヲモったヘテロエピタキシャ
ルの形成が極めて容易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における気相成長装置の反応
析出部を示す構成図、第２図は従来のＭＯＣｉＶＤを示
す構成図、第３図は従来の装置の反応析出部を示す構成
図である。 １・・・・・・ＩｎＰ用ガス供給管、２・・・・・・Ｉ
ｎＰ用ガス供給部、３・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ用ガ
ス供給管、４・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ用ガス供給部
、５・・・・・・仕切り板、６・・・・・・キャリアガ
ス供給管、８・・・・・・サセプター、９・・・・・・
回転軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも２個のエピタキシャル成長用のガス供給部と
   、このガス供給部の間に位置するキャリアガス供給部と
   を備え、サセプターを上記ガス供給部およびキャリアガ
   ス供給部の任意の位置に対向して移動可能とした気相成
   長装置。