JPS63287015A - 化合物半導体薄膜気相成長装置 - Google Patents

化合物半導体薄膜気相成長装置

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JPS63287015A
JPS63287015A JP12218587A JP12218587A JPS63287015A JP S63287015 A JPS63287015 A JP S63287015A JP 12218587 A JP12218587 A JP 12218587A JP 12218587 A JP12218587 A JP 12218587A JP S63287015 A JPS63287015 A JP S63287015A
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Seiji Kojima
児島 誠司
Masakiyo Ikeda
正清 池田
Yoshiteru Itou
伊東 義▲てる▼
Yuzo Kashiyanagi
柏柳 雄三
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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〕 本発明は■−v族化合物半導体を気相エピタキシャル成
長させる装置に関し、特に成長した結晶の欠陥を非常に
小さくしたものである。
〔従来の技術〕
GaAs、InP等の化合物半導体は光デバイス、半導
体レーザー、高電子移動度トランジスタ等に使用し、従
来のSi半導体にはない優れた特性を有しており、現在
盛んに実用化の研究が進められている。
このような化合物半導体を得る方法としては大きなバル
ク状の結晶が作製可能な融液からの引き上げによるチョ
クラルスキー法や石英ボート等を用いる水平ブリッジマ
ン法などがある。
上記のようなバルク結晶から薄板に切り出され機械研摩
、化学エツチング等の工程を経て仕上げられたウェハー
上に所望の導電型、キャリア密度、混晶比をもつ薄膜層
を1〜10μ■程度単層あるいは多層に作製し、更に金
属電極の蒸着等の工程を経て半導体デバイスが作製され
る。
このような薄膜層を作製する方法の1つにガス状のハロ
ゲン化合物や水素化合物の気流中で基板上に目的結晶を
エピタキシャル成長させる方法がある。この気相エピタ
キシャル成長法は大面積の基板上に容易に均一な薄膜層
が得られるという利点を有するものであり、このうち有
機金属を用いて気相成長を行なう気相成長装置の一例を
第4図に示す。この装置は周囲に水冷ジャケット(2)
を設けた横型反応管(1)内に石英製のサセプタホルダ
ー(4)を配置し、該サセプタホルダー(4)上に断面
構形で反応管(1)の原料ガス(a)のガス導入口(5
)側へその尖端部を向は該導入口(5)に向って前傾の
斜面を形成したサセプタ(6)を載置し、反応管(1)
の水冷ジャケット(2)の外側に配置した高周波誘導コ
イル(3)により、サセプタ(6)の上記斜面と同一平
面を形成するように取り付けた化合物半導体基板(14
)を所定の温度に加熱するものである。
このような装置でGaAS単結晶を成長させる場合は原
料ガス(a)としてV族の水素化物ガスであるアルシン
(A S H3)と、■族の原料となるガスであるトリ
メチルガリウム(TMG>の混合ガスを用いキャリアガ
ス(82等)(C)とともに上記ガス導入口(5)から
反応管(1)内に送り、上記の加熱された基板(14)
上で熱分解反応等を起こし、これにより基板(14)上
にGaAS単結晶薄膜を成長させている。
また他の成長装置としては第5図に示すように周囲に水
冷ジャケット(2)を設けた竪型反応管(10)内に上
部が半球状で下部が正多角誰台状のナセプタ(6)をそ
の下端面に設けた支持シャフト(11)にて垂直に支持
し、サセプタ(6)の各側面に化合物半導体基板(14
)をその表面がサセプタ(6)の側面と同一平面を形成
するように取り付け、反応管(10)の水冷ジャケット
(2)の外側に配置した高周波誘導コイル(3)により
、上記サセプタ(6)の各側面上に取り付けた化合物半
導体基板(14)を゛所定の温度に加熱するものである
。、このような装置でGaAS単結晶を成長させるには
上記と同様にASH3ガスとTMGガスを原料ガス(a
)としてキャリアガス(C)とともに竪型反応管(10
)の上端に設けたガスの導入管(5)より該反応管(1
0)内に送り、加熱された基板(14)上で熱分解反応
等を起こして基板(14)上でG a A S R膜の
単結晶としている。
これらの場合基板上に成長する半導体結晶の均一性、完
全性及び該結晶の特性は原料ガス及びキャリアガスの流
れに大きく依存し、流れが層流であるときが最良の状態
であることが知られている。このため上記横型反応管を
用いる場合は第4図に示すように断面構形のサセプタ(
6)の斜面上部に化合物半導体基板(14)を取り付け
、下部の樹形の尖端部をカーボン製ガス整流部(15)
とし、該整流部(15)の斜面にガスの流れを当て一様
な層流が基板(14)上を流れるようにしてあり、また
竪型反応管を用いる場合は第5図に示すようにサセプタ
(6)の上部形状を半球状のカーボン製ガス整流部(1
5)に形成し、この半球の頂点の上方からガスを供給す
ることにより、下方のサセプタ(3)各面に層流が流下
するような構成としている。
(発明が解決しようとする問題点) ところが一般に原料として用いるV族の水素化物ガスは
■−v族化合物半導体の結晶成長を行なう温度領域(6
00〜800℃)では熱分解率が低く(特に600〜7
00℃で著しい)、かつ該分解率はサセプタ及びガス整
流部に付着した当該化合物の多結晶による触媒作用等に
より影響される。このためガス整流部を洗浄した直後や
サセプタ表面の付着物を取り除いた直後に成長した結晶
は、その後時間の経過に伴なってガス整流部表面等に付
着物が付着した状態で成長した結晶とは異なった特性を
示すため、歩留りは低下し、得られる結晶毎に品質上の
不安定さがあった。
ざらにガス整流部はその材質をサセプタと同じカーボン
にした場合、基板部と同じ温度まで加熱されるので原料
ガスがガス整流部に当った個所で熱分解してしまい上記
の多結晶の付着物が生成することになる。従ってこれを
回避する方法として誘導加熱によりガス整流部が加熱さ
れるのを防ぐために通常はガス整流部の材質に石英を用
いている。ところが、このように石英を用いたとしても
上記付着物は皆無とはならず、わずかに生成し、ざらに
この付着物は石英表面との密着度が悪く、基板上への結
晶成長の操作を数回行なうと上記多結晶の付着物が石英
表面から剥離してしまうため、ガスの流れに乗って下方
の基板表面に落下した場合は単結晶の表面欠陥の原因と
なる等の問題も生じていた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、結晶の表面欠陥を
なくし、品質の安定したエピタキシャルウェハーを製造
可能にした化合物半導体薄膜気相成長装置を開発したも
ので、■族水素化物ガスをサセプタ上に保持した基板面
上に流し、該サセプタの上流側にガス整流部を設けて上
記ガスの流れを層流とし、サセプタ上に保持した基板上
に■−v族化合物半導体薄膜を成長゛させる装置におい
て、ガス整流部を上記V族元素を構成元素とする半導体
結晶で形成することを特徴とするものである。
〔作 用〕
このようにガス整流部にV族元素を構成元素とする半導
体結晶を使用するのはガスの流れを層流に変化させる整
流部表面に必然的に生成してしまう■−v族化合物結晶
の付着物を上記の新たな半導体結晶上に成長させること
により強固に着床させるためであり、これにより付着物
の剥離を完全になくすことができ、さらにV族原料ガス
の分解を促進する触媒作用については基板上への単結晶
成長の当初から触媒として働く半導体結晶が存在してい
ることになり該結晶に付着物結晶が成長しても触媒作用
は同一であり、ウェハーの品質は安定したものとなる。
〔実施例〕
本発明を実施例に基づき説明する。
実施例工 第1図は横型反応管を用いた場合を示すもので図におい
て(1)は横型反応管、(2)は該反応管の外周に設け
た水冷ジャケット、(3)は水冷ジャケットの外側に設
けた高周波誘導コイルを示し、横型反応管(1)内に石
英製のナセプタホルダー(4)を配置し、該ホルダー(
4)上に断面楔形で横型反応管(1)の原料ガス(a)
及びキャリアガス(C)のガス導入口(5)側へその尖
端部を向は該導入口(5)に向って前傾の斜面を形成し
たサセプ°り(6)を載置し、原料ガス(a)及びキャ
リアガス(C)の流れの下流側をカーボン類の結晶成長
部(7)とし、斜面上にGaAs単結晶基板(8)をそ
の上面が斜面と同一平面を形成するように取り付けた。
上記尖端部即ち原料ガス(a)及びキャリアガス(C)
の流れの上流側は石英製のガス整流部(9)とし、同様
に斜面上にGaAs単結晶基板(8)をその上面が斜面
と同一平面を形成するように取り付けた。
上記のような薄膜気相成長装置にて導入口(5)よりキ
ャリアガスを反応管(1)に導入した後、水冷ジャケッ
ト(2)に冷却水(b)を送り、高周波誘導コイル(3
)によりGaAs単結晶基板(8)を加熱し、ガス導入
口(5)からキャリアガスと混合した原料ガス(a)を
供給し、結晶成長部(7)のGaAs単結晶基板(8)
上にGaASを成長させた。このように得られたGaA
S化合物半導体薄膜は欠陥の非常に少ない極めて優れた
単結晶であった。
なお上記の場合、サセプタホルダー(4)とガス整流部
(9)の材質は共に石英であるので両者を一体に形成す
ることもでき、またガス整流部(9)はカーボン類とし
結晶成長部(7)と一体に形成することもでき部品点数
を減らすことが可能となる。
実施例■ 第2図は竪型反応管を用いた場合を示すもので、図にお
いて(10)は竪型反応管、(2)は該反応管の外周に
設けた水冷ジャケット、(3)は水冷ジャケットの外側
に設けた高周波誘導コイルを示し、竪型反応管(10)
内に上部に半球状のガス整流部(9)と下部に正多角鉗
台状の結晶成長部(7)を有するサセプタ(6)をその
下端面に設けた支持シャフト(11)にて垂直に支持す
る。上記ガス整流部(9)はGaAS単結晶インゴット
から削り出したものであり、結晶成長部(7)はカーボ
ンを加工したもので、該成長部(7)の各側面にGaA
s単結晶基板(8)をその表面が結晶成長部(7)の側
面と同一平面を形成するように取り付けである。
このような薄膜気相成長装置の反応管(10)の導入口
(5)よりキャリアガス(C)を反応管(1)に導入し
た後水冷ジャケット(2)に冷却水(b)を流して、高
周波誘導コイル(3)にてGaAs単結晶基板(8)を
加熱しガス導入口(5)から原料ガスとキャリアガスと
の混合ガスを供給し、GaAs単結晶基板(8)上にG
aASを成長させた。このようにして得られたGaAs
化合物半導体薄膜は欠陥が少なく極めて優れた単結晶で
あった。
なお上記の場合半球状のガス整流部を第3図(イ)に示
すように多面体形状から成る石英ホルダー(12)とし
、該ホルダー(12)のそれぞれの面にGaAs単結晶
インゴットから切り出した短冊形基板(13)を密着固
定してガス整流部を形成してもよく、また第3図(ロ)
に示すように原料ガスを分解する触媒作用や多結晶付着
物が生成するのはガス整流部の結晶成長部(7)と隣接
する部分のみであるためガス整流部の上部を半球状の石
英ホルダー(12°)とし、下部の結晶成長部(7)と
の隣接部の周囲表面だけに短冊形基板(13)を固定し
ておくことも可能である。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば結晶欠陥が極めて少なく、品
質の安定性に侵れたm−v族化合物半導体薄膜が製造で
きる等工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示す側断面図、第2図は本
発明の他の実施例を示す側断面図、第3図(イ) (ロ
)は本発明の他の実施例を示ずそれぞれ要部外観図、第
4図及び第5図は従来例を示す側断面図である。 1・・・・・・・・横型反応管 2・・・・・・・・水冷ジャケット 3・・・・・・・・高周波誘導コイル 4・・・・・・・・サセプタホルダー 5・・・・・・・・ガス導入口 6・・・・・・・・サセプタ 7・・・・・・・・結晶成長部 8・・・・・・・・GaAs単結晶基板9・・・・・・
・・ガス整流部 10・・・・・・・・竪型反応管 11・・・・・・・・支持シャフト 12.12°・・・・石英ホルダー 13・・・・・・・・短冊形基板 14・・・・・・・・化合物半導体基板15・・・・・
・・・カーボン製ガス整流部a・・・・・・・・原料ガ
ス b・・・・・・・・冷却水 C・・・・・・・・キレリアガス 第1図 第2図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. V族水素化物ガスをサセプタ上に保持した基板面上に流
    し、該サセプタの上流側にガス整流部を設けて上記ガス
    の流れを層流とし、サセプタ上に保持した基板上にIII
    −V族化合物半導体薄膜を成長させる装置において、ガ
    ス整流部を上記V族元素を構成元素とする半導体結晶で
    形成することを特徴とする化合物半導体薄膜気相成長装
    置。
JP12218587A 1987-05-19 1987-05-19 化合物半導体薄膜気相成長装置 Expired - Lifetime JPH0691022B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03197383A (ja) * 1989-12-25 1991-08-28 Nec Corp 気相成長装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03197383A (ja) * 1989-12-25 1991-08-28 Nec Corp 気相成長装置

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