JPS6364994A - 化合物半導体結晶成長装置 - Google Patents
化合物半導体結晶成長装置Info
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- JPS6364994A JPS6364994A JP20819086A JP20819086A JPS6364994A JP S6364994 A JPS6364994 A JP S6364994A JP 20819086 A JP20819086 A JP 20819086A JP 20819086 A JP20819086 A JP 20819086A JP S6364994 A JPS6364994 A JP S6364994A
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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。
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〕
本発明は化合物半導体の気相成長装置に関するものであ
る。
る。
（従来の技術〕
従来から行われてきた化合物半導体のエピタキシャル成
長方法としては液相エピタキシャル方法（ＬＰＥ法）、
ガスを用いる気相エピタキシャル方法（ＶＰＥ法）、■
属元素の輸送方法として塩化物を用いるハロゲン輸送法
（ハロゲン輸送法）、有機金属化合物を用いる有機金属
気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）等がある。さらには、高
真空中で各元素のビームを飛ばして成長を行う分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ法）などが知られており、これらの
研究開発が活発に行われている。
長方法としては液相エピタキシャル方法（ＬＰＥ法）、
ガスを用いる気相エピタキシャル方法（ＶＰＥ法）、■
属元素の輸送方法として塩化物を用いるハロゲン輸送法
（ハロゲン輸送法）、有機金属化合物を用いる有機金属
気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）等がある。さらには、高
真空中で各元素のビームを飛ばして成長を行う分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ法）などが知られており、これらの
研究開発が活発に行われている。
ところで、最近数原子層以下、さらには単原子層の超薄
膜およびその積層構造を有する量子効果素子が提案され
、超薄膜内二次元電子ガスの特異な電気的および光学的
性質は新たなデバイス機能の可能性を示しており、量子
井戸レーザなどへの応用に加えて高速新機能の電子／光
デバイスへの展開が期待されている。
膜およびその積層構造を有する量子効果素子が提案され
、超薄膜内二次元電子ガスの特異な電気的および光学的
性質は新たなデバイス機能の可能性を示しており、量子
井戸レーザなどへの応用に加えて高速新機能の電子／光
デバイスへの展開が期待されている。
しかしながら、従来の化合物半導体のエピタキシャル成
長方法では実現が難しいという問題を有していた０例え
ばＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ法においては原料供給量によ
って成長速度が決まるため、原料供給量を少なくして成
長速度を遅くすることによって数原子層レベルの成長制
御が可能であるが、その供給量の精密なモニターと制御
が必要となり、単原子層レベルで高い制御精度を得るの
は困難である。
長方法では実現が難しいという問題を有していた０例え
ばＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ法においては原料供給量によ
って成長速度が決まるため、原料供給量を少なくして成
長速度を遅くすることによって数原子層レベルの成長制
御が可能であるが、その供給量の精密なモニターと制御
が必要となり、単原子層レベルで高い制御精度を得るの
は困難である。
そこで、最近、スントラ（Ｓｕｎｔｏｌａ）等によって
報告された原子層エピタキシャル法（ＡＬＥ法）が注目
を集めている〔第１６回置体素子、材料コンファレンス
予稿集（Ｔ、 ５ｕｎｔｏｌａ、 Ｅｘｔｅｎｄｅｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔ ｏｆｔｈｅ １６ｔｈ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ ｏｎ ５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｄｅｖｉ
ｃｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｅｓ、 Ｋｏｂｅ、
１９８Ｃｐｐ、６４７−６５０））、この方法は、化合
物半導体の構成元素、あるいはその元素を含むガス種を
交互に導入することにより一原子層づつ積層して所望の
化合物半導体結晶を成長させようとする方法である。こ
の方法によると、膜厚の制御のためには、従来の原料ガ
ス流量や供給時間で成長速度を制御する方法とは異なり
、ガスの切り替え回数を制御すればよいことになり、そ
の精度は格段に向上することが期待される。またすでに
碓井等、西沢等によって、原子層エピタキシャル法（Ａ
ＬＥ法）は一定の領域において原料供給量によらず一原
子層成長が達成されていることが報告されている〔ジャ
パニーズジャーナルオブアプライド フィジックス（Ｊ
ａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ） ２５，１９８６． ｐｐ、Ｌ２１
２−２１４、ジャーナルオブザエレクトロケミカルソサ
イエテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆτｈｅ Ｅ１ｅｃｔｒ
ｏｃｈｅ＋＋＋１ｃａｌ ５ｏｃｉｓｔｙ）１３２．１
９８５．ｐｐ、１１９７−１２００、〕。
報告された原子層エピタキシャル法（ＡＬＥ法）が注目
を集めている〔第１６回置体素子、材料コンファレンス
予稿集（Ｔ、 ５ｕｎｔｏｌａ、 Ｅｘｔｅｎｄｅｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔ ｏｆｔｈｅ １６ｔｈ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ ｏｎ ５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｄｅｖｉ
ｃｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｅｓ、 Ｋｏｂｅ、
１９８Ｃｐｐ、６４７−６５０））、この方法は、化合
物半導体の構成元素、あるいはその元素を含むガス種を
交互に導入することにより一原子層づつ積層して所望の
化合物半導体結晶を成長させようとする方法である。こ
の方法によると、膜厚の制御のためには、従来の原料ガ
ス流量や供給時間で成長速度を制御する方法とは異なり
、ガスの切り替え回数を制御すればよいことになり、そ
の精度は格段に向上することが期待される。またすでに
碓井等、西沢等によって、原子層エピタキシャル法（Ａ
ＬＥ法）は一定の領域において原料供給量によらず一原
子層成長が達成されていることが報告されている〔ジャ
パニーズジャーナルオブアプライド フィジックス（Ｊ
ａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ） ２５，１９８６． ｐｐ、Ｌ２１
２−２１４、ジャーナルオブザエレクトロケミカルソサ
イエテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆτｈｅ Ｅ１ｅｃｔｒ
ｏｃｈｅ＋＋＋１ｃａｌ ５ｏｃｉｓｔｙ）１３２．１
９８５．ｐｐ、１１９７−１２００、〕。
しかしながら、現在までに報告されている原子層エピタ
キシャル法結晶成長装置はバルブとマスフローコントロ
ーラにより流量を制御していたために、原料ガスの急速
な供給と短時間での切り換えができず、成長サイクルの
時間はほぼガス系の切り換え時間で決まっていた。その
ためとくに厚膜成長には多大の時間を要するという欠点
を有していた。これを克服しようとして余分のガスの排
気も試みられているが、大掛かりな真空装置を必要とす
るなどの欠点を有していた。
キシャル法結晶成長装置はバルブとマスフローコントロ
ーラにより流量を制御していたために、原料ガスの急速
な供給と短時間での切り換えができず、成長サイクルの
時間はほぼガス系の切り換え時間で決まっていた。その
ためとくに厚膜成長には多大の時間を要するという欠点
を有していた。これを克服しようとして余分のガスの排
気も試みられているが、大掛かりな真空装置を必要とす
るなどの欠点を有していた。
本発明の目的は化合物半導体結晶の開管法による原子層
エビタキャル成長法において、従来のかかる欠点を除去
し、短時間で単原子層エピタキシャル成長層を得ること
のできる成長装置を提供することにある。
エビタキャル成長法において、従来のかかる欠点を除去
し、短時間で単原子層エピタキシャル成長層を得ること
のできる成長装置を提供することにある。
本発明は化合物半導体の一方の構成元素と他方の構成元
素を含むガス種との供給を交互に繰り返しながら気相成
長を行う結晶成長装置において。
素を含むガス種との供給を交互に繰り返しながら気相成
長を行う結晶成長装置において。
あらかじめ結晶成長に必要な原料ガスの所定量を反応管
圧力より高く設定された容器内にとじ込めておき、必要
に応じてこの原料ガスを反応管内に供給するガス供給系
を備えたことを特徴とする化合物半導体結晶成長装置で
ある。
圧力より高く設定された容器内にとじ込めておき、必要
に応じてこの原料ガスを反応管内に供給するガス供給系
を備えたことを特徴とする化合物半導体結晶成長装置で
ある。
本発明による化合物半導体結晶成長装置における原料ガ
ス流量のコントロール部の概略図を第１図に示す、原料
ガスは原料ボンベあるいは原料バブラーから、反応管圧
力より高い一定な供給圧力でステンレス等の配管により
バルブ１、およびバルブ２を経て、反応管に送られる。
ス流量のコントロール部の概略図を第１図に示す、原料
ガスは原料ボンベあるいは原料バブラーから、反応管圧
力より高い一定な供給圧力でステンレス等の配管により
バルブ１、およびバルブ２を経て、反応管に送られる。
まずバルブ１を開けると、原料ガスはバルブ２まで一定
な供給圧力で供給される。また、バルブ１を閉めると。
な供給圧力で供給される。また、バルブ１を閉めると。
バルブ１．バルブ２間で原料ガスは封止される。
次にバルブ２を開けると、封止されていた原料ガスは反
応管へ噴出し、反応管圧力と等しくなった時点で供給は
停止される。バルブ１．バルブ２間への原料ガスのチャ
ージおよび反応管への原料ガスの噴出は極めてすみやか
に行われる。また原料ガスの供給量はバルブ１．バルブ
２間の体積および原料ガス供給圧力、反応管圧力を設定
することによって決定される。
応管へ噴出し、反応管圧力と等しくなった時点で供給は
停止される。バルブ１．バルブ２間への原料ガスのチャ
ージおよび反応管への原料ガスの噴出は極めてすみやか
に行われる。また原料ガスの供給量はバルブ１．バルブ
２間の体積および原料ガス供給圧力、反応管圧力を設定
することによって決定される。
以下、本発明の実施例を図により説明する。
（実施例１）
本実施例はハロゲン輸送法に基づ＜ ＡＬＥ法エピタキ
シャル成長装置に本発明を適用し、ＧａＡｓ基板結晶に
ＧａＡｓ層を成長させた例について述べる。成長装置の
概略を第２図に示す。なお多成長室を有するＡＬＥ成長
装置については碓井等によってジャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）
２５゜１９８６、ｐｐ、Ｌ２１２−２１４、に報告され
ている。第２図に示す成長装置では、下段の成長室１１
の上流に６８ソースポート１２を置き、その上流からＨ
２キャリアガスと共に１Ｉｃｆｌガスを供給する。この
結果、ＧａＣＱが生成され下流に輸送される。一方、上
段の成長室１３にはＡｓの水素化物であるＡｓＨ３をＨ
２キャリアガスを、バルブ１，２によりに供給するｓ
ＡｓＨ３ガスは反応管中で分解して基板領域ではＡｓ４
となっている。
シャル成長装置に本発明を適用し、ＧａＡｓ基板結晶に
ＧａＡｓ層を成長させた例について述べる。成長装置の
概略を第２図に示す。なお多成長室を有するＡＬＥ成長
装置については碓井等によってジャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）
２５゜１９８６、ｐｐ、Ｌ２１２−２１４、に報告され
ている。第２図に示す成長装置では、下段の成長室１１
の上流に６８ソースポート１２を置き、その上流からＨ
２キャリアガスと共に１Ｉｃｆｌガスを供給する。この
結果、ＧａＣＱが生成され下流に輸送される。一方、上
段の成長室１３にはＡｓの水素化物であるＡｓＨ３をＨ
２キャリアガスを、バルブ１，２によりに供給するｓ
ＡｓＨ３ガスは反応管中で分解して基板領域ではＡｓ４
となっている。
基板結晶１４としてはＧａＡｓ（１００）面を用いた。
反応管の温度は抵抗加熱炉によりＧａソース部は７３０
℃。
℃。
基板結晶部は５００℃に設定しである。ガス流量条件は
次のとおりである。
次のとおりである。
ガス種 流量
Ｈ（：、Ｑ ２ ｓｅｃ＋ｍＨ，５ｓＱｍ
ＡｓＨ３ガスについてはその供給圧力を２気圧１反応管
圧力を１気圧とし、バルブ１．バルブ２間の体積を２０
ｃｃとした。またＡ ｓ ｔ（、ガスはＨ２ベース１０
％を用いた。バルブ開閉時間については、まず０．５秒
間バルブ１を開き、バルブ１が閉じた後、０．１秒後に
バルブ２を０．５秒間開いた。従って、ＡｓＨ，ガスは
０．５秒間に２ｃｃ供給されたものと考えられる。
圧力を１気圧とし、バルブ１．バルブ２間の体積を２０
ｃｃとした。またＡ ｓ ｔ（、ガスはＨ２ベース１０
％を用いた。バルブ開閉時間については、まず０．５秒
間バルブ１を開き、バルブ１が閉じた後、０．１秒後に
バルブ２を０．５秒間開いた。従って、ＡｓＨ，ガスは
０．５秒間に２ｃｃ供給されたものと考えられる。
成長に際しては下段の成長室１１にて５秒間ＧａＣＱを
吸着させ、基板結晶１４を上段の成長室１３へ移動し、
移動完了後にＡｓＨ３ガスを０．５秒間供給して、Ｈ，
ガスでパージした後、再び基板結晶を下段の成長室１１
へ移動し、これを５００回繰り返した。この結果、鏡面
性に優れたエピタキシャル層が得られ、成長膜厚より単
分子層成長（２，８３Ａ／サイクル）が実現されている
ことを確認した。
吸着させ、基板結晶１４を上段の成長室１３へ移動し、
移動完了後にＡｓＨ３ガスを０．５秒間供給して、Ｈ，
ガスでパージした後、再び基板結晶を下段の成長室１１
へ移動し、これを５００回繰り返した。この結果、鏡面
性に優れたエピタキシャル層が得られ、成長膜厚より単
分子層成長（２，８３Ａ／サイクル）が実現されている
ことを確認した。
（実施例２）
本実施例はＭＯ−ＣＶＤ法に基づ＜ ＡＬＥ法エピタキ
シャル成長装置に本発明を適用し、ＧａＡｓ基板結晶に
ＧａＡｓ層を成長させた例について述べる。成長装置の
概略を第３図に示す、■属原料であるトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）については、Ｈ２キャリアガスにてバブリ
ングし、バルブ４を閉め、バルブ３を開けて反応管に導
入した。
シャル成長装置に本発明を適用し、ＧａＡｓ基板結晶に
ＧａＡｓ層を成長させた例について述べる。成長装置の
概略を第３図に示す、■属原料であるトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）については、Ｈ２キャリアガスにてバブリ
ングし、バルブ４を閉め、バルブ３を開けて反応管に導
入した。
一方、■属原料については、Ａｓの水素化物であるＡｓ
Ｈ，をＨ２キャリアガスと共にバルブ１．２により供給
した。基板結晶１４としてはＧａＡｓ（１００）面を用
いた。基板結晶はカーボンサセプター１６上に設置し、
高周波加熱により基板温度を５００℃に設定した。ガス
流量条件は次のとおりである。
Ｈ，をＨ２キャリアガスと共にバルブ１．２により供給
した。基板結晶１４としてはＧａＡｓ（１００）面を用
いた。基板結晶はカーボンサセプター１６上に設置し、
高周波加熱により基板温度を５００℃に設定した。ガス
流量条件は次のとおりである。
ガス種 流量
ＴＭＧ １ ｓｅｃｍ
Ｈ，５ｓＱ＠
Ａｓｔｌ：ｌガスについてはその供給圧力を２．１気圧
、反応管圧力を０．１気圧とし、バルブ１．バルブ２間
の体積を５０ｃｃとした。またＡｓ）１３ガスはＨ２ベ
ース１０％を用いた。バルブ開閉時間については、まず
０゜５秒間バルブ１を開け、バルブ１が閉じた後、０゜
１秒後にバルブ２を０．５秒間開けた。従ってＡｓＨ３
ガスは０．５秒間に１０ｃｃ供給されたものと考えられ
る。
、反応管圧力を０．１気圧とし、バルブ１．バルブ２間
の体積を５０ｃｃとした。またＡｓ）１３ガスはＨ２ベ
ース１０％を用いた。バルブ開閉時間については、まず
０゜５秒間バルブ１を開け、バルブ１が閉じた後、０゜
１秒後にバルブ２を０．５秒間開けた。従ってＡｓＨ３
ガスは０．５秒間に１０ｃｃ供給されたものと考えられ
る。
成長に際してはバルブ３を開け、トリメチルガリウム（
ＴＭＧ）を５秒間流し、次いでバルブ３を閉じ、ＩＩ、
キャリアガスで十分にパージした後、ＡｓＨ：４ガスを
０．５秒間供給して、）（２ガスでパージした。
ＴＭＧ）を５秒間流し、次いでバルブ３を閉じ、ＩＩ、
キャリアガスで十分にパージした後、ＡｓＨ：４ガスを
０．５秒間供給して、）（２ガスでパージした。
これらのバルブ操作を５００回繰り返した結果、鏡面性
に優れたエピタキシャル層が得られ、成長膜厚より単分
子層成長（２，８３Ａ／サイクル）が実現されているこ
とを確認した。
に優れたエピタキシャル層が得られ、成長膜厚より単分
子層成長（２，８３Ａ／サイクル）が実現されているこ
とを確認した。
以上述べたように、本発明による化合物半導体結晶成長
装置を用いると、化合物半導体結晶の原子層エピタキシ
ャル法（ＡＬＥ法）による気相成長において、所定空間
内に容積と圧力を制御することにより原料ガスの流量を
コントロールすることができ、バルブ操作によるために
原料ガスの高速な供給が可能であり、短時間で良質の単
原子層エピタキシャル成長層を得ることができる。また
本発明による原料ガスの流量制御方法はマスフローコン
トローラ、フロートメータ等を用いないために、非常に
安価な化合物半導体結晶成長装置を提供できる効果を有
するものである。
装置を用いると、化合物半導体結晶の原子層エピタキシ
ャル法（ＡＬＥ法）による気相成長において、所定空間
内に容積と圧力を制御することにより原料ガスの流量を
コントロールすることができ、バルブ操作によるために
原料ガスの高速な供給が可能であり、短時間で良質の単
原子層エピタキシャル成長層を得ることができる。また
本発明による原料ガスの流量制御方法はマスフローコン
トローラ、フロートメータ等を用いないために、非常に
安価な化合物半導体結晶成長装置を提供できる効果を有
するものである。
第１図は・本発明による化合物半導体結晶成長装置にお
ける原料ガス流量のコントロール部を示す概略図、第２
図は本発明の実施例１を説明するためのＧａＡｓのハロ
ゲン輸送法に基づ＜ ＡＬＥ法による気相エピタキシャ
ル成長装置を示す概略図、第３図は本発明の実施例２を
説明するためのＧａＡｓの杓−ＣＶＤ法に基づ＜ ＡＬ
Ｅ法による気相エピタキシャル成長装置を示す概略図で
ある。
ける原料ガス流量のコントロール部を示す概略図、第２
図は本発明の実施例１を説明するためのＧａＡｓのハロ
ゲン輸送法に基づ＜ ＡＬＥ法による気相エピタキシャ
ル成長装置を示す概略図、第３図は本発明の実施例２を
説明するためのＧａＡｓの杓−ＣＶＤ法に基づ＜ ＡＬ
Ｅ法による気相エピタキシャル成長装置を示す概略図で
ある。
Claims (1)
- （１）化合物半導体の一方の構成元素を含むガス種と他
方の構成元素を含むガス種との供給を交互に繰り返しな
がら気相成長を行う結晶成長装置において、あらかじめ
結晶成長に必要な原料ガスの所定量を反応管圧力より高
く設定された容器内にとじ込めておき、必要に応じてこ
の原料ガスを反応管内に供給するガス供給系を備えたこ
とを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20819086A JPS6364994A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | 化合物半導体結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20819086A JPS6364994A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | 化合物半導体結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6364994A true JPS6364994A (ja) | 1988-03-23 |
Family
ID=16552153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20819086A Pending JPS6364994A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | 化合物半導体結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6364994A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100807216B1 (ko) | 2006-09-29 | 2008-02-28 | 삼성전자주식회사 | 두께 균일성을 향상할 수 있는 박막 형성 장치 및 방법 |
| JP2009226408A (ja) * | 2009-06-30 | 2009-10-08 | Tokyo Electron Ltd | 処理ガス供給装置及び成膜装置 |
-
1986
- 1986-09-03 JP JP20819086A patent/JPS6364994A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100807216B1 (ko) | 2006-09-29 | 2008-02-28 | 삼성전자주식회사 | 두께 균일성을 향상할 수 있는 박막 형성 장치 및 방법 |
| JP2009226408A (ja) * | 2009-06-30 | 2009-10-08 | Tokyo Electron Ltd | 処理ガス供給装置及び成膜装置 |
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