JPS59229816A - 化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents

化合物半導体の気相成長装置

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JPS59229816A
JPS59229816A JP10426283A JP10426283A JPS59229816A JP S59229816 A JPS59229816 A JP S59229816A JP 10426283 A JP10426283 A JP 10426283A JP 10426283 A JP10426283 A JP 10426283A JP S59229816 A JPS59229816 A JP S59229816A
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reaction tube
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compound semiconductor
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JP10426283A
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Kuniaki Konno
紺野 邦明
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、化合物半導体の気相成長技術に係わシ、特に
複数の■−v族化合物半導体層を積層形成するのに適し
た化合物半導体の気相成長装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近時、化合物半導体を用いた各種の新機能素子が研究開
発されておシ、その中の一例としてInGaAaP J
元混合系を用いた半導体レーデがある。この半導体レー
ザを作製する場合、結晶基板としてN型InP基板を用
い、その上にN型InP層(クラッド層)、InGaA
sP層(活性層)。
P型InP層(クラ、ド層)及びP型InGaAsP層
(オーミック層)等を成長させ、所謂DH(ダブルへテ
ロ)接合構造を形成するのは周知のことである。そして
、上記各成長層を形成するには、従来法のような装置が
用いられている。
第1図はHCA / PH3/ AsH3/ Ga /
 In / H2系のInGaAsP 4元混晶気相成
長装置の概略構成を示す断面図である。図中1は炉加熱
体、2は石英製反応管であり、反応管2内には基板支持
具3が設置されている。基板支持具3の上面には凹状の
溝部3aが設けられておシ、この溝部3a内にInP基
板4が収納される。また、基板支持具3の上面には、操
作棒5に連結されたスライドカバー6が設置されている
。そして、スライドカバー6の移動によp、InP基板
4と反応管2内のガス流雰囲気とが接触或いは隔離され
るものとなっている。なお、図中矢印はガス流を示して
おシ、反応管2の左方がガス流上流側、右方がガス流下
流側である。
上記構成の気相成長装置を用いた結晶成長は、以下のよ
うにして行われる。まず、基板支持具3の凹部にInP
基板4を配置し、スライドカバー6をガス流下流側に引
き、ガス流雰囲気とInP基板4とが接触する状態にす
る。次に、反応管2の昇温過程中、その内部温度がIn
P基板4の熱劣化を起こす前に、ガス流上流側から既に
導入されているキャリア水素ガスにリン水素ガスを混入
させることによj)、InP基板4に所望のリン圧を印
加する。その後、InP基板4の周囲温度が結晶成長可
能な温度に達した時点で、スライドカバー6をガス流上
流側に移動し溝部3&f、覆う。これと同時に、ガス流
上流側から塩化インジウム、リン水素化合物等の気体状
原料を、キャリアガスである水素によシ基板支持具3の
設置されている結晶析出領域Pに運び、気体状原料及び
水素ガスが定常状態になるまで待つ。
気体状原料及び水素ガスが定常状態に達した−のみで気
相成長用気体原料を完全にパージする。
かくして、1つの気相成長層を得たのちは、各各の結晶
の熱劣化防止に見合った種類のガスを反応管2内の結晶
析出領域に送シ込んで熱劣化防止対策を施し、各々の結
晶成長に必要な気相成長装置科を上記領域に送シ込み、
前記と同様の操作を施すことによ多、組成比若しくは種
類の異なる気相成長層が順次多層成長することになる。
しかしながら、この種の従来装置を用いる場合にあって
は、次の(1)、(2)のような問題があった。
(1)  気相成長を施すとき、基板だけでなく結晶析
出領域の反応管内壁にも結晶の析出が生じ、熱劣化防止
用の水素化物がとの管壁析出を助長する。そして、この
管壁析出物7は気相成長層の組成や再現性等の不安定化
、成長速度の著し部のHCl量を増やして行うために、
HClを定常量まで戻すのに長時間を要し作業性の低下
を招く。
〔発明の目的) 本発明の目的は、管壁析出物による悪影響を防止し、異
なる化合物半導体結晶層を容易がつ再現性良く多層に気
相成長させることができ、さらに各成長層間の遷移領域
幅を極めて狭くし得る化合物半導体の気相成長装置を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、管壁析出物の存在領域によシガス流上
流側で気相成長を行い、ガスエツチング工程を省略して
も管壁析出物による悪影響を回避することにある。
すなわち本発明は、反応管内に原料ガスを導1−1ミし
、■族金属の塩化物と■原ガスとを用いた1□:気相開
管法によシ半導体基板上に2種以上の、″  □ ・−゛・=町−v族化合物半導体層を成長させる化合物
半波側にその一端が配置され上記支持具近傍にV原ガス
を導入する■原ガス導入管等を1つの結晶層成長毎に反
応管内のガス流上流側に所定距離だけ一体的に移動せし
めると共に、この移動に同期して上記支持具近傍を一定
状態に加熱するようにしたものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、炉加熱体、■族金属ソースポート、■
原ガス導入管及び基板支持具等を各各反応管内部ガス流
上流側へ移動できる構成としているので、気相成長工程
毎に生ずる管壁析出物のある領域よりも絶えずガス流上
流側(管壁析出物の無い領域)で新たな気相成長を施す
ことが可能となる。したがって、ガスエツチング工程を
省略しても管壁析出物の影響上受けないことになシ、そ
の結果として各成長層の組成)成長速度及び再現性の安
定化向上をはかシ得、また各成長層間に於ける遷移領域
幅を狭くすることができる。このため、半導体レーザの
製造等に適用して絶大なる効果を発揮する。
〔発明の実施例〕
第2図(、)〜(c)は本発明の一実施例に係わる気相
成長装置を説明するためのもので第2図(、)はその概
略構成を示す模式図、第2図(b)は要部構成を示す断
面図、第2図(c)は同図(b)の矢視A−A断面図で
ある。なお、第1図と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。
この実施例が第1図に示した従来装置と異なる点は、炉
加熱体、基板支持具、■族金属ソースが一ト及び■原ガ
ス導入管等を反応管の軸方向に対して平行移動できる構
成としたことにある、すなわち、反応管2の外側には移
動可能な炉加熱体1が配置され、反応管2内には基板支
持具3、■族金属ソースポードe、V原ガス導入管11
及び■族金属ソースポート保護管15が配置されている
。そして、これら支持具3、ソースが一ト8、導入管1
1及び保護管15は連結棒10に取着されておシ、連結
棒10f反応管2の外部から操作することによシ反応管
2の軸方向に平行移動するものとなっている。また、保
護管15には、その内部に■族金属ソースポート8/が
配置されると共に、HC6/[2導入管14′が連結さ
れている。ここで、ソースデート8内にはインジウムメ
タル9が充填され、ソースが一ト8/内にはガリウムメ
タル9′が充填されている。なお、図中12は反応管導
入管、13゜13′は導入管11 、14’を滑らかに
移動するためのシール、14はHC1/H2導入管、1
6は反応管導入管をそれぞれ示している。また、上記炉
加熱体1は連結棒1oの移動に伴い上記支持具3、ソー
スポード8,8′導入管J 1 、14’及び保護管1
5と一体的に移動するものとなっている。
次に、上記構成の本装置を用いた気相成長方法を、第3
図(、)〜(d)を参照して説明する。なお、第3図(
、)〜(c)は炉加熱体1及び基板支持具3等の位置を
示す模式図、同図(d)は反応炉内温度プルファイルを
示す模式図である。また、ここではI nP/I nG
aAsP/I nP基板の3層構造の例について説明す
る。
まず、炉加熱体1を第3図(、)に示す如く温度プルフ
ァイルAの位置に配置し、連結棒10f反応管2の外部
から操作して■族金属ソースポート8、基板支持具3及
び■原ガス導入管11等を温度プルファイルAの位置に
対応させる。
次いで、操作棒5の操作によシスライドカバー6を移動
し、InP基板4Q・収納されている凹状溝部3aを閉
の状態にしたところ、反応管2内の昇温を開始する。次
いで、反応管2内が温度プロファイルAのような気相成
長可能な温度に達したら、HC1/H2導入管14から
は昇温以前から流れているH2にHctk混入させてイ
ンジウムメタル9まで運び塩化インジウムを形成し、ま
た■原ガス導入管11からは同じく昇温以前から流れて
いるH2にPH3’(i−混入させて、リンのガス状分
子を形成する。そして% InP気相成長用原料ガスが
定常状態に達したら、前記スライドカバー6を移動し、
凹状溝部Jai所望時間だけ開の状態にする。これによ
p、InP基板4上には第4図(、)に示す如(、In
P気相成長層21が成長形成される。なお、こ−のIn
P気相成長層21を形成する際にガリウムメタル9′が
収納されている■族金属ソースボート保護管15内にH
2のみを流しておくことは勿論である。
InP気相成長層21が所望膜厚形成されたら、直ちに
操作棒5の操作によりスライドカバー6を移動して凹状
溝部3af閉の状態にする。次いで、炉加熱体1を温度
プロファイルBの位置丁;に配置し、連結棒10の操作
によりm族金属ソ譜 ・、−スが−) s 、 s’fll族金属ソースケー
ト保護管1″J゛ :□′″:、% s 、a板支持具3及び■族ガス導入
管11等−も温度プロファイルBの位置に対応さぜる。
こような気相成長可能な温度になったらHC1/H2導
入管14′からもHCl ’ii−混入させてガリウム
メタル9′まで運び塩化ガリウムを形成し、またV原ガ
ス導入管11にはAsH3を更に混入させて、砒素のガ
ス状分子を形成する。GaInAsP気相成長用原料ガ
スが定常状態に達したら、前記InP気相成長工程と同
じく、凹状溝部を所望時間だけ開の状態にして、第4図
(b)に示す如く該成長層21上にGaInAsP層2
2を成長層成2る。このとき、InP基板4が管壁析出
物7aよシもガス流上流側にあるため、GaInAsP
層22は管内層成27aの影響を受けない。
GaInAaP気相成長層22が所望膜厚形成されたら
、直ちに凹状溝部3aを閉の状態にする。
同時K HCl−/II2導入管14/のnczと■原
ガス導入管11のAsH3とを停止する。次いで、炉加
熱体、Jを温度プロファイルCの位置に配置し、先の′
ブ如(GaInAsP層22上にInP気相成長層23
気i成長形成されることになる。なお、第3図(C)類
の異なる層を、所望の配列で多層成長することができる
。しかも、炉加熱体1と■族金属ソースyW−ト8.8
’基板支持具3、v原ガス導入管11等を各成長毎に管
壁析出物領域よシも反応管2内のガス流上流側へ移動す
ることで、管壁析出物7m 、7bの影響を受けない気
相成長が可能となシ、気相成長層の再現性及び安定性の
向上、更には成長速度の安定化をはがシ得る効果が生ず
る。さらに、従来装置に比してガス・エツチング工程を
省略できるため、作業時間を大幅に短縮することができ
、経済性及び作業性の向上をはかシ得る。
また、上述した効果を確認するため、本発明者等は実施
例装置を用いInP基板4上にInP気相成長層21を
約5.0〔μm〕、その上にGaInAsP気相成長層
22を約0,2〔μm、L最終層としてInP気相成長
層23t−約2.0〔μm〕成長形成するの数社3層に
限るものではなく、適宜変更可能である。そして、所望
する成長層の数に応じて、反応管長等を適宜定めればよ
い。また、lap基板の代わシにGaAs基板を用いて
もよ〈1このGaAs基板上にG1Ag層やGaAtA
+s層等を気相成長させることもできる。炉加熱体は必
ずしも移動させる必要はなく、操作棒の移動に応じて前
記第3図(d)に示す如く反応管内温度プロファイルを
可変できるものであればよい。その他、本発明の要旨を
逸脱し寿いで、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の気相成長装置の概略構成を示す断面図、
第2図(1k)〜(c)は本発明の一実施例の構成を説
明するだめのもので、第2図(、)はその概略構成を示
す模式図、第2図(b)はその要部構1・・・炉加熱体
、2・・・反応管、3a・・・凹状溝部、3・・・基板
支持具、4・・・InP基板、5・・・操作棒、6・・
・スライドカバー、7,7*、7b・・・管壁析出物、
8,8′・・・■族金属ソース&−)、9・・・インジ
ウム、9′・・・ガリウム、10・・・連結棒、1ノ・
・・■原ガス導入管、12・・・反応管導入管、13゜
13′・・・シール、14 、14’・・・HC4/′
F(2導入管、15・・・■族金属ソースが一ト保護管
、16・・・反応管導入管、21・・・InP気相成長
層、22・・・GaInAIIP気相成長層、23・・
・InP気相成長層。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応管内に原料ガスを導入し、■族金属の塩化物
    と■族ガスと音用いた気相開管法によシ半導体基板上に
    2種以上の■−v族化合物半導体層を成長させる化合物
    半導体の気相成長装置において、前記反応管内に配置さ
    れ前記基板を支持する基板支持具と、この支持具近傍で
    かつ上記反応管内のガス流上流側に配置された複数の■
    族金属ソースカートと、上記支持具近傍でかつガス流上
    流側にその一端が配置され上記支持具近傍にV族ガスを
    導入する■族ガス導入管と、上記支持具、ポート及び導
    入管を1つの結晶層成長毎に前記反応管内のガス流上流
    側に所定距離だけ一体的に移動せしめる手段と、前記反
    応管内の所定領域を加熱しかつ上記移動と共にその加熱
    領域を可変して前記支持具近傍を一定状態に加熱する加
    熱手段とを具備してなることt′特徴とする化合物半導
    体の気相成長装置。
  2. (2)前記加熱手段は前記反応管外に配置された炉加熱
    体からな〕、この炉加熱体社前記支持具箋が一ト及び導
    入管と一体的に移動されるものであることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の化合物半導体の気相成長装
    置。
  3. (3)  前記支持具、−一ト及び導入管は、同一の連
    結棒に一体的に連結されたものであること1!−特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の化合物半導体の気相成
    長装置。
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