JPS6344988Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、互いに異なる化合物半導体もしくは
化合物混晶半導体のエピタキシヤル成長層を連続
的に同一成長装置内で成長可能とする−化合
物半導体の開管法気相成長装置に関するものであ
り、特にその基板ホルダーに関するものである。

異なる半導体の多層構造を成長させる技術は、
半導体レーザーを作成する上において必須のもの
である。半導体レーザーにおいては、基板結晶の
上にレーザー発振させるべき活性層を、これより
禁制帯幅の大なるクラツド層によつて挾んだ構造
を成長させる必要がある。このようなダブルヘテ
ロ構造とすることによつて光と電荷担体を活性層
内に閉じ込め、かかる方法によつて室温で連続的
なレーザー発振が可能となり、実用的な半導体レ
ーザーが得られることはよく知られているところ
である。

ダブルヘテロ構造を持つ半導体レーザーの発振
しきい値電流密度は活性層の膜厚に依存し、膜厚
が0.2μm程度で最小の値となる。このように狭い
厚さの活性層を挾むため、活性層と両側のクラツ
ド層との境界層は非常に薄い層であることが要求
される。また、境界層は非発光中心のない良質の
ものであることが要求される。以上の２つの要請
を満たさない場合には発振しきい値電流密度が増
加し、性能の劣つた半導体レーザとなり、あるい
はレーザー発振を起こさなくなるからである。

液相成長法に比べて、結晶成長に要する時間の
短かい気相成長法によつて成長させることができ
れば、生産性の向上を期待できるが、単にガスを
切換えるだけでヘテロエピタキシヤル成長を行な
う場合には、境界層が非常に厚くなり、また境界
層そのものの格子定数が基板結晶と異なつたり、
欠陥の多いものになつて、非発光中心が増加し半
導体レーザーを作成することができなかつた。

この点を克服するために、従来の気相成長装置
においては、複数の独立な成長室を持つ気相成長
装置が工夫された。基板結晶を上記成長室間にわ
たり移動させることによつて、成長を停止させる
ことなく、ひとつの半導体の安定な気相成長から
異なる結晶の安定な気相成長へと切換えることが
でき、0.2μm程度の厚さの活性層を挾み込んだダ
ブルヘテロ構造の気相成長が可能となつた。

第１図は従来の複数の独立な成長室を持つ開管
法気相成長装置を説明するための図である。第１
図において１は反応管で、その内部は第１の成長
室２と第２の成長室３を備えている。４は金属状
の族元素原料、５は水素によつて希釈された塩
化水素ガスの導入口で、族元素はこの塩化水素
ガスと反応し、輝発性の族元素の塩化物として
下流に輸送される。６は族元素の導入口で族
元素の原料より下流において族元素を反応管内
に供給する。族および族の原料ガスの混合ガ
スは第１および第２の成長室まで輸送され、基板
ホルダー７の上に置かれた基板結晶８上に半導体
結晶を成長させる。基板ホルダーは伸縮自在のゴ
ム製の蛇腹９によつて、反応管内の気密性を損う
ことなく後方に引出し、上方または下方に適当距
離だけ平行移動し、前方に押し込むことによつ
て、第１の成長室から第２の成長室へ、あるいは
その逆方向に基板結晶を移動させることができ
る。かかる操作によつて基板結晶上に第１の半導
体が成長する状態から、第２の半導体が成長する
状態へと成長を停止することなく切換えることが
できる。反応を終了したガスはガスの排気口１１
より反応管外部に排気される。

上記説明で明らかな様に、基板結晶を第１の半
導体の成長から第２の半導体の成長へと切換える
ためには基板結晶を後方に引出す操作と、上方ま
たは下方に平行移動させる操作と、前方に押し込
む操作の連続した複雑な操作が必要である。結晶
成長の再現性や安定性を求める上では、機械の自
動化を行なうことが有効であるが、そのためには
上記複雑な操作を遂行する大がかりな自動化装置
を必要とする欠点があつた。また、基板結晶の移
動の際にゴム製の蛇腹を急速に伸縮させるため、
反応管内の圧力変化を生じ、そのためガスが逆流
する。このため排気されたガスの浄化装置等、排
気系に付随する装置にガスの逆流を考慮した複雑
な構造のものを特別に用意しなければならない欠
点があつた。

本考案の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて、基板結晶の移動方法が単純で、排気ガ
スの逆流を発生しない新規な半導体の開管法気相
成長装置を提供することにある。

本考案によれば金属状の族元素原料が置かれ
たソース領域、およびソース領域と接触しないよ
うに導入された族元素の原料ガスが上流から輸
送されるガスと混合する領域を有するガス通路を
反応管中に独立に２つ以上設けた−族化合物
半導体を気相から成長せしめる開管法気相成長装
置において、基板結晶を保持する基板支持具が、
一方のガス通路出口に近接して、かつ出口をほぼ
覆うように設置され、その基板支持具を移動する
ことによつて他のガス通路出口近傍に基板結晶を
移動させることを特徴とする−族化合物半導
体の気相成長装置が得られる。

前記本考案による−族化合物半導体の気相
成長装置は基板結晶に接触するガスを切換える操
作を単に基板支持具を回転させるだけで行なうの
で、この操作を行なう自動化装置は非常に簡単な
ものにすることができる。また、基板結晶の移動
の際に管内の体積変化を生じないので、排気され
たガスの逆流がなくなり、排気系に付随する装置
はガスの逆流を考慮する必要がなく、通常の気相
成長に用いられるものをそのまま使用することが
できる。

以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。

第２図は本考案の一実施例を示し、本考案を用
いてInGaAsP／InPのダブルヘテロ接合を成長さ
せた例について説明する。１は反応管であつて、
その内部にはInGaAsPを成長させる第１の成長
室２とInPを成長させる第２の成長室３を備えて
いる。第１の成長室の上流では石英ボートに入れ
られた金属インジウム１２と金属ガリウム１３は
水素によつて希釈された塩化水素ガスと反応しそ
れぞれInCl，GaClとなつて下流に輸送される。
第１の族元素の導入口１６からは水素で希釈さ
れたホスフイン（PH₃）とアルシン（AsH₃）を
供給する。以上の４つの原料ガスの混合ガス中に
基板結晶を置くことによつて基板結晶上に
InGaAsP混晶半導体がエピタキシヤル成長する。
第２の成長室の上流では金属インジウムと水素に
よつて希釈された塩化水素ガスの反応により発生
したInClが下流に輸送される。第２の族元素の
導入口からは水素によつて希釈されたホスフイン
を供給する。以上の２つの原料ガスの混合ガス中
に基板結晶を置くことによつてInPが成長する。

第３図は第２図のＡ−A′における断面図で第
１の成長室と第２の成長室付近を示している。基
板ホルダーの軸１９は第１の成長室の中心と第２
の成長室の中心から等距離の反応管の中心２１に
ある。そして基板支持具である基板ホルダー７の
中心２０は反応室の中央に一致している。基板ホ
ルダーの軸はオーリング１８によつて気密性を損
なうことなく回転させることができ、かかる操作
によつて基板結晶８を第１の成長室から第２の成
長室へ、またはその逆方向に移動させ、ヘテロエ
ピタキシヤル成長を行なうことができる。また、
基板結晶を支える基板ホルダーの大きさをガス通
路出口において、ほぼ出口の面積と同程度として
いるため、基板ホルダーが第１の成長室にあると
きは第１の成長室を流れるガスに対する抵抗は高
く、第２の成長室を流れるガスに対する抵抗は小
さく、第２の成長室を流れるガスが第１の成長室
を流れるガスと混合し、成長するInGaAsPの組
成に影響を与えることはない。同様に基板ホルダ
ーが第２の成長室にある時も同じことがいえる。

第１の成長室のガスの組成はInClが６c.c.／
min，GaClが0.3c.c.／min，PH₃が４c.c.／min，
AsH₃が１c.c.／min，水素流量が2000c.c.／minと
した。また第２の成長室のガス組成はInClが６
c.c.／minPH₃が６c.c.／min，水素流量が2000c.c.／
minとした。700℃でまず第２の成長室において
InPを成長させ、ついで成長を停止することなく
基板ホルダーの軸１９を回転させることによつて
第１の成長室に基板結晶を移動させてInGaAsP
を成長させ、更に第２の成長室においてInPを成
長させた。

以上の手続きでInP格子整合した0.2μmの厚さ
のInGaAsPのダブルヘテロ構造をInP基板結晶上
にエピタキシヤル成長させることができた。

本実施例においては基板結晶の移動を自動化さ
れた機械によつて行なつたが、従来の蛇腹を用い
た方法に比べ自動化機械の必要とするモーターの
数がただ１つだけで従来の自動化機械の半数であ
り、自動化機械の占めるスペースは３分の１と小
さくできた。

本実施例では、２つのガス通路の場合を示した
が、ガス通路を３つ以上とし基板ホルダー軸を回
転させ順次各通路からのガスに接触させることも
可能である。また排気系に付随する排気トラツプ
はガスの逆流を考慮する必要がないので従来の気
相成長装置に用いられたものをそのまま用いるこ
とができた。アルシンやホスフインなどの極めて
有毒なガスを無毒化する処理装置もガスの逆流が
ないため安定な処理が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は多層構造をエピタキシヤル成長させる
従来の気相成長装置、第２図は本考案の一実施例
を示し、InGaAsPとInPのダブルヘテロ構造の気
相成長に適用した場合の装置の模式図、第３図は
第２図のＡ−A′における断面図を示す。 図において、１……反応管、２……第１の成長
室、３……第２の成長室、４……金属状の族元
素原料、５……水素によつて希釈された塩化水素
ガスの導入口、６……族元素の導入口、７……
基板ホルダー、８……基板結晶、９……蛇腹、１
１……ガスの排気口、１２……金属インジウム、
１３……金属ガリウム、１８……オーリング、１
９……基板ホルダーの軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属状の族原料を置くためのソース領域、ソ
   ース領域より上流に設けられたハロゲン化水素導
   入部、族元素の原料ガスがソース領域と接触し
   ないで導入されるべく設置された族元素の原料
   ガス導入部およびソース領域から輸送される族
   ハロゲン化ガスが族元素の原料ガスと混合する
   べく設けられた混合領域とを有するガス通路を反
   応管中に独立に２つ以上設けた−族化合物半
   導体を気相から成長せしめる開管法気相成長装置
   において、基板結晶を保持する基板支持具が一方
   のガス通路出口に近接し、かつガス通路の外側
   に、ガス通路出口をほぼ覆うように設置され、そ
   の基板支持具を回転操作により移動することによ
   つて他のガス通路出口近傍に基板支持具を移動さ
   せることを特徴とする−族化合物半導体の気
   相成長装置。