DE69533268T2

DE69533268T2 - Vorrichtung zur Züchtung einer Verbindungshalbleiterschicht

Info

Publication number: DE69533268T2
Application number: DE69533268T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kitakatsuragi-gun Ishizumi; Shinji Nara-shi Kaneiwa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2015-05-19
Also published as: EP0683249B1; KR950032726A; CN1122849A; CN1060233C; JPH07321045A; KR0173013B1; DE69515926T2; US5730802A; TW265458B; DE69515926D1; JP3181171B2; EP0964083A3; EP0964083B1; EP0964083A2; DE69533268D1; EP0683249A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dampfwachstums-Vorrichtung und ein Dampfwachstums-Verfahren zum Wachsen lassen eines Verbund-Halbleitermaterials, insbesondere auf eine Dampfwachstums-Vorrichtung und ein Dampfwachstums-Verfahren zum Wachsen lassen einer Verbund-Halbleiterschicht zur Verwendung in einer lichtemittierenden Vorrichtung und einer Hochfrequenzvorrichtung auf einem Substrat, mit guter Kontrollierbarkeit.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Als ein Verbund-Halbleitermaterial-Wachstumsverfahren ist ein metallorganisches Dampfphasen-Epitaxie-Wachstumsverfahren (nachfolgend bezeichnet als MOVPE, Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) gut bekannt, das zur Herstellung einer Vielzahl von Vorrichtungen verwendet wird. Um die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern, wurde in Betracht gezogen, dass eine Kontrollierbarkeit in der Größenordnung einer atomaren Schicht in einem Wachstumsverfahren erforderlich ist, und demgemäß wurde ein Atomschicht-Epitaxie-Wachstumsverfahren (bezeichnet als ALE, Atomic Layer Epitaxy) vorgeschlagen.
13 zeigt schematisch eine Dampfwachstums-Vorrichtung zum Wachsen lassen von GaAs durch das MOVPE- oder ALE-Verfahren. Die Vorrichtung weist eine etwa zylinderförmige Reaktionsröhre 101 auf, eine Versorgungsleitung 102 zum Zuführen von Trimethylgallium (TMG) als Ga-Materialgas in die Reaktionsröhre 101, eine Versorgungsleitung 103 zum Zuführen von Arsenwasserstoff als As-Materialgas in die Reaktionsröhre 101 und eine Versorgungsleitung 108 zum Zuführen von Wasserstoffgas zu Spülzwecken in die Reaktionsröhre 101. Die Versorgungsleitungen 102, 103 und 108 durchdringen eine Endfläche 101a der Reaktionsröhre 101 und öffnen sich etwa im Mittelbereich in der axialen Richtung eines zylindrischen Bereichs 101b der Reaktionsröhre 101. In etwa dem Mittelbereich in axialer Richtung der Reaktionsröhre 101 ist ein Substrathalter 105 vorgesehen, und der Substrathalter 105 wird durch einen Arm 107, der sich von der anderen Endfläche 101c der Reaktionsröhre 101 erstreckt, gehalten. Im Falle entweder des entweder des MOVPE- oder des ALE-Verfahrens wird ein GaAs-Substrat 104 auf den Substrathalter 105 gelegt, und TMG und Arsenwasserstoff werden jeweils durch die Versorgungsleitungen 102 und 103 zugeführt, wodurch GaAs auf dem GaAs-Substrat 104 wächst. Unumgesetztes Gas und dergleichen wird durch eine Abgasleitung 110, vorgesehen an der Seite der anderen Endfläche 101c des zylindrischen Bereichs 101b, abgeführt. Ein Hauptunterschied zwischen dem MOVPE-Verfahren und dem ALE-Verfahren besteht in der Zeit des Zuführens des Gases. Nach dem MOVPE-Verfahren werden TMG und Arsenwasserstoff gleichzeitig zugeführt.
Im Gegensatz zu obigem wird nach dem ALE-Verfahren die Gaszufuhr-Zeit durch Öffnen und Schließen eines Steuerventils (nicht gezeigt) gesteuert, um alternierend TMG und Arsenwasserstoff zuzuführen. Weiterhin wird nach dem ALE-Verfahren eine Zeitspanne vorgesehen, in der ein Spülen mit Wasserstoff zwischen einer TMG-Zuführungszeitspanne und einer Arsenwasserstoff-Zuführungszeitspanne in einer in den 14A, 14B und 14C gezeigten Art und Weise durchgeführt wird, um zu verhindern, dass TMG und Arsenwasserstoff miteinander gemischt werden. In der Zeitspanne, in der mit Wasserstoff gespült wird, wird Wasserstoffgas durch die Versorgungsleitung 108 in die Reaktionsröhre 101 zugeführt, wodurch das Innere der Reaktionsröhre 101 gespült wird.
Ein Merkmal des ALE-Verfahrens ist es, aus einem Phänomen den Vorteil zu ziehen, dass nachdem das Verhältnis der Beschichtung der Oberfläche des GaAs-Substrats 104 mit TMG oder einer zersetzten Substanz davon in der TMG-Zuführungszeitspanne 1 wird, jegliche weitere Abscheidung unterdrückt wird (sogenannter selbst-limitierender Mechanismus, erreicht durch geeignete Auswahl von Wachstumsbedingungen, wie die Substrattemperatur). In der der TMG-Zuführungszeitspanne folgenden Arsenwasserstoff-Zuführungszeitspanne wird eine einatomige GaAs-Schicht auf dem GaAs-Substrat 104 gebildet. Durch Wiederholen der Bildung der einatomigen Schicht kann eine Wachstumsschicht mit gleichmäßigen Einheiten von atomaren Schichten erhalten werden. Zur Bildung einer Heterogrenzfläche kann die Grenzflächenschärfe in Einheiten von atomaren Schichten gesteuert werden.
Die erforderliche Dicke der Halbleiterschicht bei Erzeugung einer Vielzahl von Vorrichtungen liegt innerhalb eines Bereichs von einigen 10 Å bis zu mehreren Mikrometern, wobei der Bereich eine Dicke von mehreren 10 bis mehreren 10.000 atomaren Schichten entspricht. Wenn daher versucht wird, eine Halbleiterschicht für eine Vielzahl von Vorrichtungen durch das ALE-Verfahren zu züchten, muss die alternative Zuführung der Materialgase mehrere 10 bis mehrere 10.000 Mal pro Züchtungsschicht wiederholt werden. Da jedoch das Überwechseln zwischen den Gas-Zuführungszeitspannen durch Öffnen und Schließen des Steuerventils durchgeführt wurde, ist es erforderlich, das Steuerventil sehr häufig zu öffnen und zu schließen. Wenn daher die Beständigkeit des Steuerventils berücksichtigt wird, war es unrealistisch, insbesondere Massenproduktvorrichtungen mit dem ALE-Verfahren zu erzeugen.
Das "Journal of Crystal Growth", Bd. 77, S. 89–94 (1986), offenbart eine Dampfwachstums-Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Dampfwachstums-Vorrichtung umfasst eine bewegliche Befestigung, auf der ein Substrat befestigt werden kann, befestigt in einem festen Gehäuse. Das befestigte Gehäuse ist zwischen zwei Öffnungen vorgesehen, eine Öffnung angrenzend an eine Gruppe-III-Gaszuführleitung und die andere Öffnung angrenzend an eine Gruppe-V-Gaszuführleitung. Die bewegliche Befestigung rotiert innerhalb des festen Gehäuses, und wenn ein auf der Befestigung angeordnetes Substrat hinüber zu einer der Öffnungen im Gehäuse übertritt, tritt Gas von der jeweiligen Zuführleitung zum Substrat zu.
Die US-A-4 419 332 offenbart eine Dampfwachstums-Vorrichtung, in der Substrate innerhalb einer geschlossenen Kammer angebracht sind. Ein Auslass für Reaktionsgase ist innerhalb der geschlossenen Kammer vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Dampfwachstums-Vorrichtung zum Wachsen lassen einer Verbund-Halbleiterschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, das auf einer spezifizierten Temperatur in einer Wachstumskammer gehalten wird, zur Verfügung, indem alternativ ein Kationen-Materialgas und ein Anionen-Materialgas an das Substrat geführt wird und die Gase zur Reaktion gebracht werden, wobei
die Wachstumskammer einen zylindrischen Abschnitt, der sich in einer Richtung von einer stromaufwärtsliegenden Seite zu einer stromabwärtsliegenden Seite erstreckt, und eine Endplatte, die einen stromaufwärtsliegenden Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts verschließt, aufweist, die Endplatte einen ersten Materialgas-Zuführungseinlass zum Zuführen des Kationen-Materialgases in den zylindrischen Abschnitt hinein und einen zweiten Materialgas-Zuführungseinlass zum Zuführen des Anionen-Materialgases in den zylindrischen Abschnitt hinein aufweist, wobei die Vorrichtung ferner umfasst:
eine Auslasseinrichtung zum Abgeben von Gas innerhalb des zylindrischen Abschnitts von einer stromabwärtsliegenden Seite des zylindrischen Abschnitts,
einen Substrathalter, der zwischen der stromaufwärtsliegenden Seite und der stromabwärtsliegenden Seite des zylindrischen Abschnitts vorgesehen ist, und eine Substrathalteoberfläche aufweist,
eine Gastrennungseinrichtung zum Bilden einer Vielzahl von Materialgas-Zuführungsgebieten, wo die Materialgase unabhängig an die Substrathalteoberfläche geführt werden, indem Flusspfade der Materialgase, die sich von dem Materialgas-Zuführungseinlässen an die Substrathalteoberfläche erstrecken, getrennt werden, und
eine Antriebseinrichtung zum Drehen des Substrathalters mit dem auf der Substrathalteoberfläche gesetzten Substrat, um eine Mittellinie des zylindrischen Abschnitts herum;
wobei die Dampfwachstums-Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Substrathalteoberfläche des Substrathalters eine Konfiguration aufweist, die einer inneren Oberfläche eines Prismas entspricht, das eine Mittellinie aufweist, die mit der Mittellinie des zylindrischen Ab schnitts übereinstimmt; und dass eine äußere Oberfläche des Substrathalters ungefähr zylindrisch ist.
Nach der Dampfwachstums-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Wachsen lassen der Verbund-Halbleiterschicht in einer Art und Weise wie folgt durchgeführt. Ein Substrat wird auf einen spezifizierten Abschnitt der Substrathalteoberfläche des Substrathalters gesetzt und das Substrat wird bei einer spezifizierten Temperatur, geeignet für das Wachsen lassen, gehalten. Bei den oben erwähnten Bedingungen werden das Kationen-Materialgas und das Anionen-Materialgas von den Materialgas-Zuführeinlässen, vorgesehen an den Endplatten der Wachstumskammer, in den zylindrischen Abschnitt zugeführt. Die zugeführten Materialgase werden durch die Gastrennungseinrichtung voneinander getrennt und erreichen die Substrathalteoberfläche des Substrathalters aus den Materialgas-Zuführungseinlässen ohne miteinander gemischt zu werden. Folglich wird eine Vielzahl von Materialgas-Zuführungsgebieten, zu denen die Materialgase unabhängig zugeführt werden, auf der Substrathalteoberfläche gebildet. An obiger Stelle wird der Substrathalter um die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts herum gedreht. Daher werden das Kationen-Materialgas und das Anionen-Materialgas alternierend zur Oberfläche des auf die Substrathalteoberfläche gesetzten Substrats zugeführt. Mit der oben erwähnten Ausführung wächst eine Verbund-Halbleiterschicht auf der Oberfläche des Substrats in Einheiten von atomaren Schichten. Unumgesetztes Gas und dergleichen werden durch die Auslasseinrichtung auf der stromabwärtsliegenden Seite abgeführt. Somit sind die Flusspfade der Materialgase durch die Gastrennungseinrichtung voneinander getrennt, und daher kann das Kationen-Materialgas und das Anionen-Materialgas durch Drehung des Substrathalters alternierend zur Oberfläche des Substrats zugeführt werden. Daher ist es nicht erforderlich, dass das Steuerventil zwischen den Gasversorgungszeitspannen häufig geöffnet und geschlossen wird, anders als im herkömmlichen Fall, wodurch die Befürchtung wegfällt, dass die Beständigkeit des Steuerventils beeinträchtigt wird. Daher wird eine Verbund-Halbleiterschicht mit einer Gleichmäßigkeit und einer Grenzflächenschärfe in Einheiten von atomaren Schichten mit einer guten Produktivität wachsen gelassen.
Mit der oben erwähnten Anordnung wird der Spalt zwischen dem Substrathalter und der Innenwand des zylindrischen Abschnitts hinsichtlich des gesamten Umfangs des Substrathalters konstant eingestellt. Folglich wird die Leitfähigkeit oder der Auslass hinsichtlich des gesamten Umfangs des Substrathalters konstant eingestellt. Selbst wenn daher der Substrathalter gedreht wird, wird kein Einfluss auf die Flussgeschwindigkeit jedes Materialgases ausgeübt. Daher wird die Verbund-Halbleiterschicht mit einer guten Kontrollierbarkeit wachsen gelassen.
Entsprechend der Dampfwachstums-Vorrichtung einer Ausführungsform ist die Gastrennungseinrichtung zusammengesetzt aus mindestens einer Teilungsplatte, vorgesehen in einer Ebene, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts einschließt, und zwischen den Materialgas-Zuführungseinlässen verläuft.
Mit der oben erwähnten Anordnung werden die Flusspfade der Materialgase einfach effektiv voneinander getrennt.
Entsprechend der Dampfwachstums-Vorrichtung einer Ausführungsform weist die Substrathalteoberfläche des Substrathalters eine Konfiguration auf, die einer inneren Seitenoberfläche einer prismaförmigen Leitung entspricht, die eine Mittellinie aufweist, die mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts übereinstimmt.
Mit der oben erwähnten Anordnung kann der Bereich der Substrathalteoberfläche mehr erweitert werden als im Falle, wo die Substrathalteoberfläche senkrecht zur Mittellinie des zylindrischen Abschnitts vorgesehen ist. Wenn die oben erwähnte Anordnung verwendet wird, können eine Vielzahl von Substraten auf die Substrathalteoberfläche gesetzt werden, wobei eine erhöhte Produktivität erreicht wird.
(Die Materialgase) werden unabhängig zugeführt zu entsprechenden Abschnitten der Substrathalteoberfläche durch Zuführen eines Kationen-Materialgases und eines Anionen-Materialgases von der stromaufwärtsliegenden Seite durch eine Vielzahl von Materialgas-Zuführungseinlässen in den zylindrischen Abschnitt, während durch eine Gastrennungseinrichtung verhindert wird, dass sich die Materialgase innerhalb des zylindrischen Abschnitts miteinander vermischen, und Abführen der Materialgase aus dem zylindrischen Abschnitt und Drehen des Substrathalters um eine Mittellinie des zylindrischen Abschnitts herum.
Entsprechend des Dampfwachstumsverfahrens einer Ausführungsform ist die Gastrennungseinrichtung zusammengesetzt aus mindestens einer Teilungsplatte, angeordnet in einer Ebene, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts einschließt, und zwischen der Vielzahl von Materialgas-Zuführungseinlässen verläuft, und die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters wird erhöht, wenn das Substrat die Ebene durchläuft, in der die Teilungsplatte vorliegt, und die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters wird verringert oder zeitweise gestoppt, wenn das Substrat sich in einem der Materialgas-Zuführungsbereiche befindet.
Mit der oben erwähnten Anordnung ist die Übergangszeit, in der das Kationen-Materialgas zu einem Teil der Oberfläche des Substrats zugeführt wird, und das Anionen-Materialgas zum verbleibenden Teil der Oberfläche des Substrats zugeführt wird, im wesentlichen eliminiert. Daher wird das Wachsen lassen einer atomaren Schicht mit einer ausgezeichneten Grenzflächenschärfe erreicht.
Entsprechend dem Dampfwachstumsverfahren einer Ausführungsform ändert sich die Drehgeschwindigkeit der Substrathalterdrehung um die Mittellinie des zylindrischen Abstands entsprechend der Dauer der Zeitspanne, in der jedes Materialgas zum Substrat zugeführt wird. Wenn beispielsweise das Substrat durch das Zuführungsgebiet des Materialgases hindurchgeführt wird, das eine kurze Zuführungszeit erfordert, wird die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters erhöht. Wenn das Substrat durch das Zuführungsgebiet des Materialgases durchgeführt wird, das eine lange Zuführungszeit erfordert, wird die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters verringert.
Mit der oben erwähnten Anordnung wird jede Materialgas-Zuführungszeitspanne zum Bilden der Verbund-Halbleiterschicht auf die notwendige minimale Dauer eingestellt. Dadurch wird eine erhöhte Produktivität erreicht.
Nach dem Dampfwachstumsverfahren einer Ausführungsform werden zwei oder mehr Typen mindestens eines, des Kationen-Materialgases oder des Anionen-Materialgases, vorbereitet, und die zwei oder mehreren Typen von Materialgasen werden in den zylindrischen Abschnitt durch verschiedene Materialgas-Zuführungseinlässe zugeführt, wobei zwei oder mehrere atomare Schichten bei einer Drehung des Substrathalters wachsen gelassen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird noch vollständiger verstanden aus der detaillierten nachfolgend angegebenen Beschreibung, und den beigefügten Zeichnungen, die nur im Wege der Veranschaulichung angegeben sind, und diese sind für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend und worin:
1 ein schematisches Diagramm darstellt, das den Aufbau einer Dampfwachstums-Vorrichtung zeigt;
2A eine Draufsicht zur Erklärung eines Dampfwachstumsverfahrens darstellt, durchgeführt mittels der in 1 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung;
2B und 2C graphische Darstellungen zur Erläuterung des Dampfwachstumsverfahrens von 2A darstellen;
3A und 3B Draufsichten zur Erklärung der Dampfwachstumsverfahren darstellen, die Modifizierungen des Dampfwachstumsverfahrens von 2A sind;
3C und 3D graphische Darstellungen zur Erläuterung der Dampfwachstumsverfahren von 3A und 3B darstellen;
4 ein Diagramm darstellt, das den Aufbau einer zweiten Dampfwachstums-Vorrichtung zeigt;
5A eine Draufsicht zur Erläuterung eines Dampfwachstumsverfahrens darstellt, durchgeführt mittels der in 4 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung;
5B, 5C und 5D graphische Darstellungen zur Erläuterung des Dampfwachstumsverfahrens von 5A darstellen;
6 ein Diagramm darstellt, das den Aufbau einer dritten Dampfwachstums-Vorrichtung zeigt;
7A eine Draufsicht zur Erläuterung eines Dampfwachstumsverfahrens darstellt, durchgeführt mittels der in 6 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung;
7B, 7C und 7D graphische Darstellungen zur Erläuterung des Dampfwachstumsverfahrens von 7A darstellen;
8A eine Draufsicht zur Erläuterung eines weiteren Dampfwachstumsverfahrens darstellt, durchgeführt mittels der in 4 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung;
8B, 8C, 8D, 8E, 8F und 8G graphische Darstellungen zur Erläuterung des Dampfwachstumsverfahrens von 8A darstellen;
9A eine Draufsicht zur Erläuterung eines Dampfwachstumsverfahrens darstellt, durchgeführt mittels einer Modifikation der in 6 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung;
9B, 9C, 9D und 9E graphische Darstellungen zur Erläuterung des Dampfwachstumsverfahrens von 9A darstellen;
10A eine Draufsicht zur Erläuterung eines weiteren Dampfwachstumsverfahrens darstellt, durchgeführt mittels der in 6 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung;
10B, 10C und 10D graphische Darstellungen zur Erläuterung des Dampfwachstumsverfahrens von 10A darstellen,
11 ein Diagramm darstellt, das den Aufbau einer vierten Dampfwachstums-Vorrichtung zeigt;
12 ein Diagramm darstellt, das den Aufbau einer Dampfwachstums-Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Diagramm darstellt, das eine herkömmliche Dampfwachstums-Vorrichtung zeigt, und
14A, 14B und 14C graphische Darstellungen zur Erläuterung eines Dampfwachstumsverfahrens darstellen, durchgeführt mittels der herkömmlichen Dampfwachstums-Vorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Dampfwachstums-Vorrichtung und das Dampfwachstums-Verfahren der vorliegenden Erfindung werden basierend auf einigen Ausführungsformen hiervon anhand der beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 zeigt den Aufbau einer Dampfwachstums-Vorrichtung. Die Dampfwachstums-Vorrichtung weist eine etwa zylinderförmige Wachstumskammer 1 auf. Die Wachstumskammer 1 weist einen zylindrischen Abschnitt 1b auf, der sich in einer vertikalen Richtung erstreckt, einen Deckelabschnitt 1a, der als Endplatte zum Verschließen eines stromaufwärtsliegenden Endabschnitts des zylindrischen Abschnitts 1b dient, sowie einen Bodenabschnitt 1c zum Verschließen des stromabwärtsliegenden Endes des zylindrischen Abschnitts 1b. Am Deckelabschnitt 1a sind ein Zuführungseinlass 2 zum Zuführen eines Kationen-Materialgases in die Wachstumskammer 1 und ein Zuführungseinlass 3 zum Zuführen eines Anionen-Materialgases in die Wachstumskammer 1 in Positionen, symmetrisch etwa zur Mitte des Deckelabschnitts 1a vorgesehen. Unter der Wachstumskammer 1 ist vertikal eine zylindrische Trägerleitung 9 vorgesehen, die einen kleineren Durchmesser hat als der zylindrische Abschnitt 1b und die die Wachstums kammer 1 trägt. Die Wachstumskammer 1 steht in Verbindung mit der Trägerleitung 9 durch eine am Mittelpunkt des Bodenabschnitts 1c vorgesehene Öffnung, und die Trägerleitung 9 steht in Verbindung mit einer Auslassleitung 10, vorgesehen an der peripheren Oberfläche hiervon. Innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b der Wachstumskammer 1 vorhandenes Gas wird durch die Trägerleitung 9 und die Auslassleitung 10 durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt), die als Auslasseinrichtung dient, abgezogen. Innerhalb der Trägerleitung 9 ist eine Antriebswelle 7 und ein Antriebsmotor (nicht gezeigt), der als Antriebseinrichtung dient, vorgesehen.
Im etwa mittleren Bereich des zylindrischen Abschnitts 1b ist ein scheibenförmiger Substrathalter 5 horizontal vorgesehen, d. h. senkrecht zur Mitellinie des zylindrischen Abschnitts 1b. Eine obere Oberfläche 20 des Substrathalters 5 liegt den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 am Deckelabschnitt 1b gegenüber und dient als Substrathalteroberfläche, auf der ein Substrat 4 in einem Wachstumszustand gesetzt wird. Die Mitte des Substrathalters 5 liegt in der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b vor, und die Größe des Außendurchmessers des Substrathalters 5 wird kleiner eingestellt als die Größe des Innendurchmessers des zylindrischen Abschnitts 1b. Folglich wird eine konstante Lücke zwischen dem Substrathalter 5 und der Innenwand des zylindrischen Abschnitts 1b, bezogen auf den gesamten Umfang, eingestellt. Daher wird im Wachstumsstadium eine konstante Auslassleitung, bezogen auf den gesamten Umfang des Substrathalters 5, erreicht. Selbst wenn der Substrathalter 5 gedreht wird, wird auf die Flussgeschwindigkeit jedes Materialgases kein Einfluss ausgeübt. Daher kann die Verbund-Halbleiterschicht auf dem Substrat 4 mit einer guten Kontrollierbarkeit in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise wachsen gelassen werden.
Der Substrathalter 5 wird durch die Antriebswelle 7 getragen, die sich vom Antriebsmotor innerhalb der darunter vorgesehenen Trägerleitung 9 erstreckt. Die axiale Mitte der Antriebswelle 7 stimmt mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b überein, und das Ende der Spitze der Antriebswelle 7 ist mit der Mitte der unteren Oberfläche des Substrathalters 5 verbunden. Im Wachstumsstadium dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b durch den Antriebsmotor über die Antriebswelle 7. Der Substrathalter 5 weist hierin ein eingebautes Heizgerät auf (nicht gezeigt), das Wärme durch Aufnahme von Elektrizität erzeugt und hierdurch ermöglicht, dass das gesamte Gebiet der Substrathalteoberfläche 20 gleichmäßig bei einer spezifizierten Temperatur im Wachstumsstadium gehalten wird.
Innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b ist eine Teilungsplatte 6 vorgesehen, die als Gastrennungseinrichtung dient. Die Teilungsplatte 6 ist in einer Ebene angeordnet, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b einschließt und zwischen dem Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 verläuft, wodurch das Innere des zylindrischen Abschnitts 1b, entsprechend den jeweiligen Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 in zwei Gebiete aufgetrennt wird. Die Teilungsplatte 6 wird mit den Innenwänden des Deckelabschnitts 1a, dem zylindrischen Abschnitt 1b und dem Bodenabschnitt 1c in Kontakt gebracht. In einem Abschnitt, wo die oben erwähnte Ebene den Substrathalter 5 und die Antriebswelle 7 durchschneidet, wird die Teilungsplatte 6 mit einem herausgeschnittenen Abschnitt entlang der Konfigurationen der Bauteile 5 und 7 gebildet, so dass die Bauteile 5 und 7 ohne Reibung drehen können. Die Teilungsplatte 6 trennt die Flusspfade der Materialgase, die von den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 bis zur Substrathalteoberfläche 2 reichen, voneinander im Wachstumsstadium ab, wodurch zwei Materialgas-Zuführungsgebiete gebildet werden, wo die Materialgase unabhängig der Substrathalteoberfläche 20 zugeführt werden. Da die Teilungsplatte 6 nur eine Platte darstellt, können die Flusspfade der Materialgase einfach und effektiv voneinander getrennt werden.
Mittels der oben erwähnten Dampfwachstums-Vorrichtung wird eine GaAs-Schicht als Verbund-Halbleiterschicht auf dem GaAs-Substrat 4 wachsen gelassen.
Das Substrat 4 wird zwischen den Mittelpunkt und die Peripherie der Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5 gelegt. Das Substrat 4 wird durch das eingebaute Heizgerät des Substrathalters 5 bei einer spezifizierten Temperatur (400 bis 500°C) gehalten. Unter den oben erwähnten Bedingungen werden Trimethylgallium (TMG), das als Kationen-Materialgas dient, und Arsenwasserstoff, der als Anionen-Materialgas dient, in den zylindrischen Abschnitt 1b durch die Materialgas-Zuführungseinlässe 2 und 3 zugeführt. Es ist festzuhalten, dass die Flussgeschwindigkeit von TMG auf 20 SCCM eingestellt wird, die Flussgeschwindigkeit von Arsenwasserstoff auf 200 SCCM eingestellt wird, und TMG und Arsenwasserstoff jeweils durch Wasserstoffgas mit einer Flussgeschwindigkeit von 5 SLM beschleunigt werden. Währenddessen wird das Gas innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b durch die Vakuumpumpe durch die Trägerleitung 9 und die Ablassleitung 10, vorgesehen an der stromabwärtsliegenden Seite, abgeführt, wobei ein Druck von 2,7 kPa (20 Torr) innerhalb der Wachstumskammer 1 erreicht wird. Folglich wird ein Hochgeschwindigkeitsgasfluss innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b erzeugt.
Das durch die Materialgas-Zuführungseinlässe 2 und 3 in den zylindrischen Abschnitt 1b zugeführte TMG und Arsenwasserstoff werden durch die Teilungsplatte 6 voneinander getrennt und erreichen dann die Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5 ohne miteinander gemischt zu werden. Folglich werden, wie in 2A gezeigt, zwei Materialgas-Zuführungsgebiete (ein TMG-Zuführungsgebiet und ein Arsenwasserstoff-Zuführungsgebiet) 21 und 22, zu dem TMG und Arsenwasserstoff unabhängig zugeführt werden, auf der Substrathalteoberfläche 20 gebildet. In der oben erwähnten Situation dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b durch den Antriebsmotor. Daher werden TMG und Arsenwasserstoff alternierend zur Oberfläche des Substrats 4, das auf der Substrathalteoberfläche 20 liegt, in einer in den 2B und 2C gezeigten Art und Weise zugeführt. Mit anderen Worten, ein Gas-Zuführungszyklus, zusammengesetzt aus zwei Zeitspannen, einer TMG-Zuführungszeitspanne und einer Arsenwasserstoff-Zuführungszeitspanne, wird gebildet. Wenn man voraussetzt, dass die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 sechs Drehungen pro Minute (konstante Geschwindigkeit) beträgt, wird das GaAs-Substrat 4 mit jeweils TMG und Arsenwasserstoff für 5 Sekunden in Kontakt gebracht. Durch das oben erwähnte Verfahren war es möglich, eine einatomige GaAs-Schicht (mit einer Dicke von etwa 2,8 Å) auf der Oberfläche des Substrats 4 bei jeder Drehung wachsen zu lassen.
Wie oben beschrieben, da die Flusspfade der Materialgase in der vorliegenden Dampfwachstums-Vorrichtung durch die Teilungsplatte 6 voneinander getrennt sind, können das Kationen-Materialgas und das Anionen-Materialgas alternierend zur Oberfläche des Substrats 4 durch Drehung des Substrathalters 5 zugeführt werden. Die oben erwähnte Anordnung verhindert die Notwendigkeit eines häufigen Öffnens und Schließens des Steuerventils für das Überwechseln zwischen den Materialgas-Zuführungszeitspannen im Gegensatz zum herkömmlichen Fall, resultierend in dem Wegfall der Befürchtungen, dass die Beständigkeit des Steuerventils beeinträchtigt wird. Weiterhin sind die Steuerfaktoren bei Durchführung des Wachsens der atomaren Schicht mittels der vorliegenden Dampfwachstums-Vorrichtung der Wachstumskammerdruck, die Substrattemperatur, die Gasflussgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters, die ohne weiteres gesteuert werden können.
Daher kann eine Verbund-Halbleiterschicht mit einer Gleichmäßigkeit und einer Grenzflächenschärfe in Einheiten von atomaren Schichten mit einer guten Produktivität wachsen gelassen werden. Mit der oben erwähnten Anordnung können lichtemittierende Vorrichtungen und Hochfrequenzvorrichtungen mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und Grenzflächenschärfe erzeugt werden.
Da weiterhin das Gas innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b durch die Vakuumpumpe schnell abgeführt wird, wird innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b keine Konvektion erzeugt. Da weiterhin die Lücke zwischen dem Substrathalter 5 und der Innenwand des zylindrischen Abschnitts 1b hinsichtlich des Gesamtumfangs konstant eingestellt ist, wird auf die Flussgeschwindigkeit von TMG und Arsenwasserstoff kein Einfluss ausgeübt, selbst wenn der Substrathalter 5 gedreht wird. Daher kann, wie vorher beschrieben, die GaAs-Schicht auf dem Substrat 4 mit einer guten Kontrollierbarkeit wachsen gelassen werden.
Es ist festzustellen, dass, wenn Trimethylaluminium (TMA) anstelle von TMG als Anionen-Materialgas verwendet wird, zwei atomare Schichten (mit einer Dicke von etwa 5,7 Å) mit einer Drehung wachsen gelassen werden können.
Obwohl weiterhin die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 konstant ausgelegt ist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Beispielsweise ist es akzeptabel, die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 zu erhöhen, wenn das Substrat 4 gerade unterhalb der Teilungsplatte 6 durchgeführt wird, und die Drehgeschwindigkeit zu verringern oder die Drehung des Substrathalters 5 vorübergehend zu stoppen, wenn das Substrat 4 in einer anderen Position als der Position gerade unterhalb der Teilungsplatte 6 angeordnet ist. Mit der oben erwähnten Anordnung wird eine Übergangszeitspanne, in der TMG zu einem Teil der Oberfläche des Substrats 4 zugeführt wird, und Arsenwasserstoff zu dem verbliebenen Teil der Oberfläche des Sub strats 4 zuführt wird, im wesentlichen eliminiert. Daher wird das Wachsen in einer atomaren Schicht mit einer ausgezeichneten Grenzflächenschärfe erreicht.
Wie bekannt, ist eine Zeitspanne von mehreren Sekunden erforderlich, um eine monomolekulare Abscheidungsschicht an TMG auf dem GaAs-Substrat 4 zu bilden. Jedoch ist eine kürzere Zeitspanne als die oben erwähnte Zeitspanne für das Wachsen lassen der einatomigen GaAs-Schicht durch Reaktion mit Arsenwasserstoff ausreichend. Im zuvor erwähnten Fall wird angenommen, dass die Arsenwasserstoff-Zuführungszeitspanne länger eingestellt wird als erforderlich.
Wie in 3A gezeigt, kann daher die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 entsprechend der Dauer der Zeitspanne, in der jeweils TMG und Arsenwasserstoff zum Substrat 4 zugeführt werden, geändert werden. Beispielsweise wird die Drehgeschwindigkeit zum Zeitpunkt, wenn das Substrat 4 durch das Arsenwasserstoff-Zuführungsgebiet 22 durchgeführt wird, größer eingestellt als die Drehgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, wenn das Substrat 4 durch das TMG-Zuführungsgebiet 21 durchgeführt wird. Mit der oben erwähnten Anordnung kann die TMG-Zuführungszeitspanne und die Arsenwasserstoff-Zuführungszeitspanne zum Bilden der GaAs-Schicht bei der notwendigen minimalen Dauer in einer wie in 3C gezeigten Art und Weise jeweils eingestellt werden. Daher kann die Produktivität erhöht werden.
Ferner ist es in einer in 3B gezeigten Art und Weise akzeptabel, die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 konstant einzustellen, eine Teilungsplatte 6 sich von der Mittellinie der Innenwand des zylindrischen Abschnitts 1b radial erstrecken zu lassen, um einen spezifizierten Winkel auszumachen und den Winkel nach der Dauer der Zeitspanne, worin jeweils TMG und Arsenwasserstoff zum Substrat 4 zugeführt werden, einzustellen. Im vorliegenden Fall können durch Erhöhung des Einstellungsniveaus der Drehgeschwindigkeit (konstante Geschwindigkeit) des Substrathalters 5, der TMG-Zuführungszeitspanne und der Arsenwasserstoff-Zuführungszeitspanne zum Bilden der GaAs-Schicht jeweils bei der notwendigen minimalen Dauer in einer in den 3C und 3D gezeigten Art und Weise eingestellt werden. Daher kann die Produktivität erhöht werden. Da weiterhin der Substrathalter 5 bei einer konstanten Geschwindigkeit drehen kann, kann die Drehungssteuerung ohne weiteres durchgeführt werden.
4 zeigt den Aufbau einer zweiten Dampfwachstums-Vorrichtung. Es ist festzuhalten, dass dieselben Komponenten wie die in 1 gezeigten durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und hierfür wird keine Beschreibung geliefert.
Die vorliegende Dampfwachstums-Vorrichtung verwendet ein Trenngas mit Charakteristika, die keinen Beitrag zur Wachstumsreaktion auf der Oberfläche des Substrats 4 leisten, anstatt der Teilungsplatte 6 der in 1 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung. Im Einzelnen sind Trenngas-Zuführungseinlässe 8, 8 und 8 zum Zuführen eines Trenngases in einer geraden Linie vorgesehen, die zwischen den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 beim Deckelabschnitt 1a der Wachstumskammer 1 verlaufen. Im Wachstumsstadium wird ein schichtähnlicher Fluss des Trenngases, das von den Trenngas-Zuführungseinlässen 8, 8 und 8 bis zur Substrathalteoberfläche 20 reicht, gebildet.
Mittels der oben erwähnten Dampfwachstums-Vorrichtung lässt man eine GaAs-Schicht als eine Verbund-Halbleiterschicht auf dem GaAs-Substrat 4 in der gleichen Art und Weise wie in der vorherigen Vorrichtung wachsen. Trimethylgallium (TMG) wird als Kationen-Materialgas verwendet, Arsenwasserstoff als Anionen-Materialgas und Wasserstoff wird als Trenngas verwendet. Es sind dieselben Wachstumsbedingungen wie die bei der vorherigen Ausführungsform vorgesehenen, d. h. die Bedingungen hinsichtlich einer Substrattemperatur von 400 bis 500°C, einem Druck von 2,7 kPa (20 Torr) innerhalb der Wachstumskammer 1, eine TMG-Flussgeschwindigkeit von 20 SCCM, eine Arsenwasserstoff-Flussgeschwindigkeit von 200 SCCM, sowie eine Beschleunigung von TMG und Arsenwasserstoff mit Wasserstoffgas, jeweils bei einer Flussgeschwindigkeit von 5 SLM. Die Flussgeschwindigkeit des Wasserstoffgases, verwendet zur Trennung, wird bei jedem Einlass auf 10 SLM eingestellt. Die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 beträgt 6 Drehungen pro Minute (konstante Geschwindigkeit).
TMG und Arsenwasserstoff, die durch den zylindrischen Abschnitt 1b durch die Materialgas-Zuführungseinlässe 2 und 3 zugeführt werden, werden durch den Fluss des Wasserstoffgases in Schichtform voneinander getrennt und erreichen dann die Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5 ohne miteinander gemischt zu sein. Folglich werden, wie in 5A gezeigt, ein TMG-Zuführungsgebiet 31 und ein Arsenwasserstoff-Zuführungsgebiet 32 voneinander getrennt durch ein Trenngebiet 33, erreicht durch das Wasserstoffgas, auf der Substrathalteoberfläche 20 gebildet. In der oben erwähnten Situation dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des in 4 gezeigten zylindrischen Abschnitts 1b. Folglich, wie in den 5B, 5C und 5D gezeigt, bildet sich ein Gas-Zuführungskreislauf zusammengesetzt aus vier Zeitspannen, einer TMG-Zuführungszeitspanne, einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff, einer Arsenwasserstoff Zuführungszeitspanne und einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff. Mit der oben erwähnten Anordnung kann eine einatomige GaAs-Schicht auf der Oberfläche des Substrats 4 bei jeder Drehung wachsen gelassen werden.
In der vorliegenden Dampfwachstums-Vorrichtung können die Flusspfade der Materialgase voreinander getrennt werden, ohne zusätzliche Bauteile innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b vorzusehen, was zu dem Vorteil führt, dass die Instandhaltung der Vorrichtung vereinfacht werden kann.
Es ist festzuhalten, dass das Trenngas nicht auf Wasserstoffgas beschränkt ist, und für das Gas ist nur erforderlich, dass es ein Gas mit Charakteristika ist, das keinen Beitrag zur Wachstumsreaktion auf der Oberfläche des Substrats leistet. Beispielsweise kann derselbe Effekt erzeugt werden, wenn inaktives Gas, wie Argon oder Helium, verwendet wird.
8A bis 8G zeigen ein Beispiel, in dem eine GaN-Schicht als Verbund-Halbleiterschicht auf Saphirsubstraten 4A und 4B mittels der in 4 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung wachsen gelassen wird. Trimethylgallium (TMG) wird als Kationen-Materialgas, Ammoniak als Anionen-Materialgas und Wasserstoff als Trenngas verwendet.
Wie in 8A gezeigt, werden die Substrate 4A und 4B zwischen der Mitte und der Peripherie der Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5 symmetrisch um die Mitte herum gelegt, und die Substrattemperatur wird bei 500°C gehalten. Durch die Materialgas-Zuführungseinlässe 2 und 3, die in 4 gezeigt sind, werden TMG und Ammoniak in den zylindrischen Abschnitt 1b geführt. Die Flussgeschwindigkeit von TMG wird auf 20 SCCM eingestellt, und die Beschleunigung wird mittels des Wasserstoffgases bei einer Flussgeschwindigkeit von 5 SLM durchgeführt. Die Flussgeschwindigkeit von Ammoniak wird auf 5 SLM eingestellt. Es ist festzuhalten, dass das Trenngas zu diesem Zeitpunkt nicht fließt. Der Druck innerhalb der Wachstumskammer 1 wird auf 101 kPa (760 Torr) durch Regulieren der Verschiebung der Vakuumpumpe eingestellt. Die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 wird auf etwa 2.000 Drehungen pro Minute eingestellt. Da das Trenngas nicht fließt, werden TMG und Ammoniak auf den zwei Substraten 4A und 4B miteinander vermischt, wodurch eine GaN-Pufferschicht im normalen MOVPE-Modus wachsen gelassen wird. Der Grund, warum die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 auf den hohen Wert von 2.000 Drehungen pro Minute erhöht wird, ist, um eine Gleichmäßigkeit der Dicke der Wachstumsschicht zu erreichen.
Daraufhin lässt man eine atomare GaN-Schicht auf der GaN-Pufferschicht wachsen. Im einzelnen wird die Substrattemperatur erhöht und in einem Bereich von 800 bis 1.000°C beibehalten. Mit den unberührt gelassenen Flussgeschwindigkeiten von TMG und Ammoniak lässt man Wasserstoffgas durch die Trenngas-Zuführungseinlässe 8, 8 und 8 mit einer Geschwindigkeit von 10 SLM bei jedem Einlass hindurchfließen. Der Druck innerhalb der Wachstumskammer 1 wird auf 27 kPa (200 Torr) durch Regulieren der Verschiebung der Vakuumpumpe eingestellt. Dann wird die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 auf etwa 10 Drehungen pro Minute eingestellt.
TMG und Ammoniak, die durch den zylindrischen Abschnitt 1b durch die Materialgas-Zuführungseinlässe 2 und 3 zugeführt werden, werden durch den Fluss des Wasserstoffgases in Schichtform voneinander getrennt und erreichen dann die Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5 ohne miteinander gemischt zu sein. Folglich, wie in 8A gezeigt, werden ein TMG-Zuführungsgebiet 51 und ein Ammoniak-Zuführungsgebiet 52 voneinander getrennt durch ein Trenngebiet 53, erreicht durch das Wasserstoffgas, auf der Substrathalteoberfläche 20 gebildet. In der oben erwähnten Situation dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des in 4 gezeigten zylindrischen Abschnitts 1b. Im Hinblick auf Substrat 4A, wie in den 8B bis 8D gezeigt, bildet sich folglich ein Gas-Zuführungskreislauf, zusammengesetzt aus vier Zeitspannen, einer TMG-Zuführungszeitspanne, einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff, einer Ammoniak-Zuführungszeitspanne und einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff. Andererseits, im Hinblick auf das Substrat 4B, wie in den 8E bis 8G gezeigt, bildet sich ein Gas- Zuführungskreislauf, zusammengesetzt aus vier Zeitspannen, einer Ammoniak-Zuführungszeitspanne, einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff, einer TMG-Zuführungszeitspanne und einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff in einer Phasenumkehr zum Substrat 4A. Obwohl die Gas-Zuführungskreisläufe der Substrate 4A und 4B umgekehrt zueinander sind, wird auf jeden der Substrate 4A und 4B in einem atomaren Schicht-Wachstumsmodus eine GaN-Schicht wachsen gelassen. Tatsächlich konnte man eine einatomare GaN-Schicht (mit einer Dicke von etwa 2,6 Å) bei jeder Drehung wachsen lassen.
Es ist ebenfalls festzuhalten, dass die Anzahl von Substraten natürlich nicht auf zwei beschränkt ist, und es kann jegliche Anzahl von Substraten sein, solange die Substrate auf der Substrathalteoberfläche 20 angebracht werden können.
6 zeigt den Aufbau einer dritten Dampfwachstums-Vorrichtung. Es ist festzuhalten, dass dieselben Komponenten, wie die in 1 und 4 gezeigten, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und hierfür ist keine Beschreibung vorgesehen.
Die vorliegende Dampfwachstums-Vorrichtung verwendet gleichzeitig Teilungsplatten 6A und 6B zusammen mit einem Trenngas als Trenngaseinrichtung. Im einzelnen sind Trenngas-Zuführungseinlässe 8 und 8 zum Zuführen des Trenngases in einer geraden Linie vorgesehen, die zwischen den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 am Deckelabschnitt 1a der Wachstumskammer 1 verlaufen. Andererseits sind innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b Teilungsplatten 6A und 6B vorgesehen. Die Teilungsplatten 6A und 6B durchschneiden einander in der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b, wodurch das Innere des zylindrischen Abschnitts 1b in vier Bereiche aufgeteilt wird, entsprechend den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 und den Trenngas-Zuführungseinlässen 8 und 8. Der Winkel, bei dem die Teilungsplatten 6A und 6B einander durchschneiden, wird entsprechend der Dauern der Zeitspannen, in denen die Materialgase zum Substrat 4 zugeführt werden, eingestellt. Die Teilungsplatten 6A und 6B trennen die Flusspfade der Materialgase und des Wasserstoffgases, das von den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 und den Trenngas-Zuführungseinlässen 8 und 8 bis zur Substrathalteoberfläche 20 im Wachstumsstadium reicht. Da die Teilungsplatten 6A und 6B und das Trenngas gleichzeitig verwendet werden, können die Flusspfade der Materialgase weiterhin sicher voneinander abgetrennt werden.
Eine Zinkselenidschicht wird als Verbund-Halbleiterschicht auf einem GaAs-Substrat 4 wachsen gelassen. Diethylzink (DEZ) eines Systems wird als Kationen-Materialgas verwendet, Wasserstoffselenid eines Systems wird als Anionen-Materialgas und Wasserstoff von zwei Systemen wird als Trenngas verwendet. Als Wachstumsbedingungen werden eine Substrattemperatur von 200 bis 300°C, ein Druck von 1,3 kPa (10 Torr) innerhalb der Wachstumskammer 1, eine DEZ-Flussgeschwindigkeit von 10 SCCM, eine Wasserstoffselenid-Flussgeschwindigkeit von 200 SCCM und eine Beschleunigung von jeweils dem DEZ und Wasserstoffselenid mit Wasserstoffgas jeweils bei einer Flussgeschwindigkeit von 3 SLM vorgesehen. Die Flussgeschwindig keit des Wasserstoffgases, verwendet zur Abtrennung, beträgt in jedem Einlass 5 SLM. Die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 beträgt 10 Drehungen pro Minute (konstante Geschwindigkeit).
Wie in den 6 und 7A gezeigt, werden DEZ, Wasserstoffselenid und Wasserstoff von zwei Systemen, zugeführt in den zylindrischen Abschnitt 1b durch die Materialgas-Zuführungseinlässe 2 und 3 und die Trenngas-Zuführungseinlässe 8 und 8, durch die Teilungsplatten 6A und 6B voneinander getrennt und erreichen dann die Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5, ohne miteinander gemischt zu werden. Im vorliegenden Beispiel, wie in 7A gezeigt, werden ein DEZ-Zuführungsgebiet 41, ein Trenngebiet 42 mittels Wasserstoff, ein Wasserstoffselenid-Zuführungsgebiet 43 und ein Trenngebiet 44 mittels Wasserstoff der Reihe nach auf der Substrathalteoberfläche 20 in der Umlaufrichtung gebildet. In der oben erwähnten Situation dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des in 6 gezeigten zylindrischen Abschnitts 1b. Folglich, wie in den 7B, 7C und 7D gezeigt, wird ein Gas-Zuführungskreislauf zusammengesetzt aus vier Zeitspannen, einer DEZ-Zuführungszeitspanne, einer Trenn-Zeitspanne mittels Wasserstoff, einer Wasserstoffselenid-Zuführungszeitspanne und einer Trenn-Zeitspanne mittels Wasserstoff, gebildet. Mit der oben erwähnten Anordnung konnte eine einatomare Zinkselenid-Schicht (mit einer Dicke von etwa 2,8 Å) auf der Oberfläche des Substrats 4 bei jeder Drehung wachsen gelassen werden.
Es ist festzuhalten, dass die Anzahl an Teilungsplatten nicht auf zwei beschränkt ist. Drei oder mehr Teilungsplatten können vorgesehen werden und ausgelegt sein, um einander in der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b bei spezifizierten Winkeln zu durchschneiden. Wenn die oben erwähnte Anordnung eingesetzt wird, können die Zuführungssysteme von Materialgasen und Trenngas in der Anzahl erhöht werden, indem ein Zuführsystem eines Materialgases oder ein Zuführsystem eines Trenngases für jedes Gebiet durch die Teilungsplatten abgetrennt wird. Daher können verschiedene Typen an Verbund-Halbleiterschichten auf dem Substrat wachsen gelassen werden.
Die 9A, 9B, 9C, 9D und 9E zeigen ein Beispiel, in dem eine Ga_0,5In_0,5P-Schicht als Verbund-Halbleiterschicht auf einem GaAs-Substrat 4 mittels einer Dampfwachstums-Vorrichtung, deren Teilungsplatten, hinsichtlich der Anzahl auf drei erhöht und die anderen Teile ähnlich zu denen von 3 sind, wachsen gelassen werden.
Die hier verwendete Dampfwachstums-Vorrichtung verwendet gleichzeitig Teilungsplatten 6A, 6B und 6C als Gastrennungseinrichtung und zwei Systeme mit Wasserstoff als Trenngas in einer in 9A gezeigten Art und Weise. Die Teilungsplatten 6A, 6B und 6C durchschneiden einander bei spezifizierten Winkeln in der Mittellinie des in 6 gezeigten zylindrischen Abschnitts 1b. Die Winkel, bei denen die Teilungsplatten 6A, 6B und 6C einander durchschneiden, sind entsprechend den Dauern der Zeitspannen, in denen die Materialgase zum Substrat 4 zugeführt werden, eingestellt. Es werden Materialgase von drei Typen von vier Systemen verwendet.
Im einzelnen wird ein System für TMG und ein System für Trimethylindium (TMI) als Kationen-Materialgas verwendet. Es wird Phosphin von zwei Systemen als Anionen-Materialgas eingesetzt. Als Wachstumsbedingungen wird eine Substrattemperatur von 300 bis 500°C, ein Druck von 2,7 kPa (20 Torr) innerhalb der Wachstumskammer 1, eine TMG-Flussgeschwindigkeit von 10 SCCM, eine TMI-Flussgeschwindigkeit von 10 SCCM, eine Phosphin-Flussgeschwindigkeit von 100 SCCM bei jedem Gebiet und eine Beschleunigung von TMG, TMI und Phosphin mit Wasserstoffgas jeweils bei einer Flussgeschwindigkeit von 3 SLM vorgesehen. Die Flussgeschwindigkeit von Wasserstoffgas, verwendet zur Trennung, beträgt 3 SLM. Die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 beträgt 3 Drehungen pro Minute (konstante Geschwindigkeit).
TMG, TMI, Phosphin von zwei Systemen und Wasserstoff von zwei Systemen, zugeführt in den zylindrischen Abschnitt 1b durch die Materialgas-Zuführungseinlässe, werden durch die Teilungsplatten 6A, 6B und 6C voneinander getrennt und erreichen dann die Substrathalteoberfläche 20 des Substrathalters 5, ohne miteinander vermischt zu werden. Im vorliegenden Beispiel werden, in einer Art und Weise wie in 9A gezeigt, ein TMG-Zuführungsgebiet 61, ein Phosphin-Zuführungsgebiet 62, ein Trenngebiet 63 mittels Wasserstoff, ein TMI-Zuführungsgebiet 64, ein Phosphin-Zuführungsgebiet 65 und ein Trenngebiet 66 mittels Wasserstoff in dieser Reihenfolge in der Umlaufrichtung auf der Substrathalteoberfläche 20 gebildet. In der oben erwähnten Situation dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des in 6 gezeigten zylindrischen Abschnitts 1b. Folglich wird ein Gas-Zuführungskreislauf gebildet, zusammengesetzt aus sechs Zeitspannen, einer TMG-Zuführungszeitspanne, einer Phosphin-Zuführungszeitspanne, einer Trenn-Zeitspanne mittels Wasserstoff, einer TMI-Zuführungszeitspanne, einer Phosphin-Zuführungszeitspanne und einer Trenn-Zeitspanne mittels Wasserstoff in einer in den 9B, 9C, 9D und 9E gezeigten Art und Weise.
Mit der oben erwähnten Anordnung konnte ein Paar an Supergitterstrukturen von (GaP)₁(InP)₁ (mit einer Dicke von etwa 5,6 Å) auf der Oberfläche des Substrats 4 bei jeder Drehung wachsen gelassen werden. Ein Stapel der oben erwähnten Supergitterstrukturen funktioniert wie eine Ga_0,5In_0,5P-Schicht.
10A, 10B, 10C und 10D zeigen ein Beispiel, in dem eine Ga_0,5In_0,5P-Schicht als Verbund-Halbleiterschicht auf einem GaAs-Substrat 4 mittels der in 6 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtung wachsen gelassen wird.
In einer in 10A gezeigten Art und Weise werden TMG und TMI (nachfolgend bezeichnet als (TMG + TMI)) als zu einem System gleichzeitig zuzuführendes Kationen-Materialgas und einem Phosphin eines Systems als Anionen-Materialgas verwendet. In beiden Systemen wird Wasserstoff als Trenngas verwendet. Als Wachstumsbedingungen werden eine Substrattemperatur von 300 bis 500°C, ein Druck von 2,7 kPa (20 Torr) innerhalb der Wachstumskammer 1, eine TMG-Flussgeschwindigkeit von 5 SCCM, eine TMI-Flussgeschwindigkeit von 10 SCCM, eine Phosphin-Flussgeschwindigkeit von 200 SCCM und eine Beschleunigung von TMG, TMI und Phosphin mit Wasserstoffgas jeweils bei einer Flussgeschwindigkeit von 3 SLM vorgesehen. Die Flussgeschwindigkeit des Wasserstoffgases, verwendet zur Trennung, beträgt 3 SLM. Die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters 5 beträgt 3 Drehungen pro Minute (konstante Geschwindigkeit).
Im vorliegenden Beispiel werden ein (TMG + TMI)-Zuführungsgebiet 71, ein Trenngebiet 72 mittels Wasserstoff, ein Phosphin-Zuführungsgebiet 73 und ein Trenngebiet 74 mittels Wasserstoff der Reihe nach in der Umlaufrichtung der Substrathalteoberfläche 20 gebildet. In der oben erwähnten Situation dreht sich der Substrathalter 5 um die Mittellinie des in 6 gezeigten zylindrischen Abschnitts 1b. Folglich, wie in den 10B, 10C und 10D gezeigt, gibt es einen Gas-Zuführungskreislauf zusammengesetzt aus vier Zeitspannen, einer (TMG + TMI)-Zuführungszeitspanne, einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff, einer Phosphin-Zuführungszeitspanne und einer Trennzeitspanne mittels Wasserstoff.
Mit der oben erwähnten Anordnung konnte eine einatomige Ga_0,5In_0,5P-Schicht (mit einer Dicke von etwa 2,8 Å) auf der Oberfläche des Substrats 4 bei jeder Drehung wachsen gelassen werden.
Obwohl die auf dem Substrat wachsen gelassene Verbund-Halbleiterschicht eine Zusammensetzung von einem Typ in jedem der zuvor erwähnten Beispiele aufweist, kann die Verbund-Halbleiterschicht Zusammensetzungen von einer Vielzahl von Typen durch Wechsel des Typs des Materialgases im Verlauf des Wachstumsverfahrens aufweisen. Um der wachsen zu lassenden Verbund-Halbleiterschicht weiterhin Leitfähigkeit zu verleihen, kann ein Materialgas, das ein Verunreinigungselement enthält, eingesetzt werden.
Obwohl eine organische Metallverbindung als Kationen-Materialgas in jedem der zuvor erwähnten Beispiele eingesetzt wird, kann ein anderes Materialgas als die organische Metallverbindung, wie eine Halogenverbindung, verwendet werden.
Obwohl die Wachstumskammer 1 den zylindrischen Abschnitt 1b aufweist, der sich in einer vertikalen Richtung in jeder der in 1, 4 und 6 gezeigten Dampfwachstums-Vorrichtungen erstreckt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen beschränkt. Es ist akzeptabel, den zylindrischen Abschnitt in einer horizontalen Richtung und den Fluss der Materialgase und des Trenngases in der horizontalen Richtung anzuordnen.
Der Substrathalter 5 kann vom Hochfrequenzheiz-Typ sein, der mit einer Spule um den zylindrischen Abschnitt 1b herum anstatt des eingebauten Heizgerät-Typs verwirklicht wird.
11 zeigt den Aufbau einer vierten Dampfwachstums-Vorrichtung. Es ist festzuhalten, dass dieselben wie in 1 gezeigten Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und hierfür ist keine Beschreibung vorgesehen.
In der vorliegenden Dampfwachstums-Vorrichtung ist ein etwa kegelförmig abgestumpft geformter Substrathalter 15 mit einer Mittellinie, die mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b übereinstimmt, bei etwa mittlerem Niveau des zylindrischen Abschnitts 1b vorgese hen. Eine äußere Seitenoberfläche 30 des Substrathalters 15 weist eher eine pyramidale Konfiguration (pyramidale Konfiguration mit einem polygonalen Querschnittsabschnitt) als eine konische Konfiguration auf. Jede segmentierte schmale Oberfläche zwischen angrenzenden Randlinien der äußeren Seitenoberfläche 30 ist derart flach, dass dies erlaubt, ein Substrat 4 hieran anzukleben und dient als Substrathalteoberfläche, auf die das Substrat 4 im Wachstumsstadium aufgesetzt wird. Im Falle des vorliegenden Substrathalters 15 kann das Gebiet der Substrathalteoberfläche 30 mehr expandiert werden als im Falle, wo die Substrathalteoberfläche horizontal vorgesehen ist. Daher kann eine Reihe an Substraten 4, 4 ... auf der Substrathalteoberfläche 30 platziert werden, was in einer verbesserten Produktivität resultiert.
Im vorliegenden Beispiel hat eine untere Kante des Substrathalters 15 eine kreisförmige Konfiguration, und deren äußere Durchmessergröße wird kleiner eingestellt als die innere Durchmessergröße des zylindrischen Abschnitts 1b. Die Mittellinie des Substrathalters 15 stimmt mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b überein, und folglich wird eine Lücke zwischen der unteren Kante und der Innenwand des zylindrischen Abschnitts 1b über den gesamten Umfang konstant eingestellt. Daher wird die Auslassleitung hinsichtlich des gesamten Umfangs des Substrathalters 15 konstant ausgelegt. Selbst wenn sich der Substrathalter 15 dreht, wird kein Einfluss auf die Flussgeschwindigkeit jedes Materialgases ausgeübt. Daher kann eine Verbund-Halbleiterschicht auf dem Substrat 4 mit einer guten Kontrollierbarkeit wachsen gelassen werden.
Weiterhin wird eine Teilungsplatte 16 mit einem ausgeschnittenen Abschnitt entlang den Konfigurationen des Substrathalters 15 und der Antriebswelle 7 als Gastrennungseinrichtung innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b vorgesehen. Die Teilungsplatte 16 ist in einer Ebene vorgesehen, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b einschließt, und verläuft zwischen den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3, wodurch das Innere des zylindrischen Abschnitts 1b in zwei Gebiete, entsprechend jeweils den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3, aufgetrennt wird. Da die Flusspfade der Materialgase durch die Teilungsplatte 16 voneinander abgetrennt werden, können ein Kationen-Materialgas und ein Anionen-Materialgas alternierend zur Oberfläche des Substrats 4 durch Drehung des Substrathalters 15 zugeführt werden. Daher kann eine Verbund-Halbleiterschicht mit einer Gleichmäßigkeit und einer Grenzflächenschärfe in Einheiten von atomaren Schichten mit guter Produktivität wachsen gelassen werden. Mit der oben erwähnten Anordnung können lichtemittierende Vorrichtungen und Hochfrequenzvorrichtungen mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und Grenzflächenschärfe erzeugt werden.
12 zeigt den Aufbau einer Dampfwachstums-Vorrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist festzuhalten, dass dieselben Komponenten wie die in 1 gezeigten, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden, und eine Beschreibung hierfür ist nicht vorgesehen.
In der vorliegenden Dampfwachstums-Vorrichtung ist ein etwa zylindrisch geformter Substrathalter 25 mit einer Mittellinie, die mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b übereinstimmt, innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b vorgesehen. Der Substrathalter 25 wird durch die Antriebswelle 7 getragen, die sich vom Antriebsmotor innerhalb der darunter vorgesehenen Trägerleitung 9 erstreckt, sowie Arme (nicht gezeigt), die sich vom Umfang der Antriebswelle 7 zu einem unteren Ende des Substrathalters 25 erstrecken. Eine innere Oberfläche 40 des Substrathalters 25 weist eher eine Prisma-Konfiguration auf (Prisma-Konfiguration mit einem polygonalen Querschnittsabschnitt) als eine zylindrische Konfiguration. Jede segmentierte kleine Oberfläche zwischen angrenzenden Vertiefungslinien der inneren Oberfläche 40 ist derart flach, dass es möglich wird, ein Substrat 4 hieran aufzukleben, und dient als Substrathalteoberfläche, auf der das Substrat 4 im Wachstumsstadium aufgesetzt wird. Im Falle des Substrathalters 25 kann das Gebiet der Substrathalteoberfläche 40 mehr expandiert werden als im Falle, wo die Substrathalteoberfläche horizontal vorgesehen ist. Daher können eine Reihe an Substraten 4, 4 ... auf der Substrathalteoberfläche 40 aufgesetzt werden, was in einer verbesserten Produktivität resultiert.
Im vorliegenden Fall weist der Substrathalter 25 eine etwa zylindrisch geformte Konfiguration auf. Selbst wenn sich daher der Substrathalter 25 im Wachstumsstadium dreht, wird kein Einfluss auf die Geschwindigkeit des Flusses von jedem Materialgas ausgeübt. Daher kann eine Verbund-Halbleiterschicht auf dem Substrat 4 mit einer guten Kontrollierbarkeit wachsen gelassen werden.
Weiterhin wird eine Teilungsplatte 26 mit einer etwa T-förmigen Konfiguration als Gastrennungseinrichtung innerhalb des zylindrischen Abschnitts 1b vorgesehen. Die Teilungsplatte 26 ist in einer Ebene vorgesehen, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts 1b einschließt, und verläuft zwischen den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3, wodurch das Innere des zylindrischen Abschnitts 1b in zwei Gebiete, entsprechend jeweils den Materialgas-Zuführungseinlässen 2 und 3 aufgetrennt wird. Da die Flusspfade der Materialgase durch die Teilungsplatte 26 voneinander abgetrennt sind, können ein Kationen-Materialgas und ein Anionen-Materialgas zu der Oberfläche des Substrats 4 durch Drehen des Substrathalters 25 alternierend zugeführt werden. Daher kann eine Verbund-Halbleiterschicht mit einer Gleichmäßigkeit und einer Grenzflächenschärfe in Einheiten von atomaren Schichten mit einer guten Produktivität wachsen gelassen werden. Mit der oben erwähnten Anordnung können lichtemittierende Vorrichtungen und Hochfrequenzvorrichtungen mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und Grenzflächenschärfe erzeugt werden.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich, werden die Flusspfade der Materialgase durch die Gastrennungseinrichtung in der Dampfwachstums-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung voneinander getrennt, und daher können das Kationen-Materialgas und das Anionen-Materialgas zur Oberfläche des Substrats durch Drehen des Substrathalters alternierend zugeführt werden. Mit der oben erwähnten Anordnung muss das Steuerventil zum Wechseln zwischen den Materialgas-Zuführungszeitspannen im Gegensatz zum herkömmlichen Fall nicht häufig geöffnet und geschlossen werden, resultierend im Wegfall der Befürchtung, dass die Beständigkeit des Steuerventils beeinträchtigt wird. Ferner kann eine Verbund-Halbleiterschicht mit einer Gleichmäßigkeit und einer Grenzflächenschärfe in Einheiten von atomaren Schichten mit einer guten Produktivität wachsen gelassen werden.
Nach einer Dampfwachstums-Vorrichtung ist die Substrathalteoberfläche des Substrathalters senkrecht zur Mitellinie des zylindrischen Abschnitts und weist eine kreisförmige Konfiguration auf, und die Mitte der Substrathalteoberfläche liegt in der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts vor. Mit der oben erwähnten Anordnung wird die Lücke zwischen dem Substrathalter und der Innenwand des zylindrischen Abschnitts hinsichtlich des gesamten Umfangs des Substrathalters konstant ausgelegt. Folglich wird die Auslassleitung hinsichtlich des gesamten Umfangs des Substrathalters konstant ausgelegt. Selbst wenn sich daher der Substrathalter dreht, wird auf die Flussgeschwindigkeit jedes Materialgases kein Einfluss ausgeübt, und eine Verbund-Halbleiterschicht kann mit einer guten Kontrollierbarkeit wachsen gelassen werden.
Gemäß der Dampfwachstums-Vorrichtung der Erfindung ist die Gastrennungseinrichtung zusammengesetzt aus mindestens einer Teilungsplatte, vorgesehen in einer Ebene, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts einschließt und zwischen einer Vielzahl von Materialgas-Zuführungseinlässen verläuft. In der oben erwähnten Anordnung können die Flusspfade der Materialgase in einfacher Weise effektiv voneinander getrennt werden.
Nach einer Dampfwachstums-Vorrichtung erstrecken sich die Teilungsplatten radial von der Mittellinie der Innenwand des zylindrischen Abschnitts und durchschneiden einander in einem spezifischen Winkel, und der Winkel wird entsprechend einer Dauer einer Zeitspanne, in der jedes der Materialgas zum Substrat zugeführt wird, eingestellt. Durch Erhöhen des Einstellungsniveaus der Drehgeschwindigkeit (konstante Geschwindigkeit) des Substrathalters kann jede Materialgas-Zuführungszeitspanne zum Bilden der Verbund-Halbleiterschicht bei der notwendigen minimalen Dauer eingestellt werden. Daher kann die Produktivität erhöht werden. Da weiterhin die Antriebseinrichtung nur erforderlich ist, um den Substrathalter bei konstanter Geschwindigkeit zu drehen, kann die Drehungskontrolle einfach durchgeführt werden.
Entsprechend einer Dampfwachstums-Vorrichtung ist ein Trenngas-Zuführungseinlass zum Zuführen des Trenngases mit Charakteristika, die keinen Beitrag zur Wachstumsreaktion auf der Oberfläche des Substrats leisten, zwischen einer Vielzahl von Materialgas-Zuführungseinlässen an der Endplatte vorgesehen. Die Gastrennungseinrichtung ist zusammengesetzt aus einem Trenngasfluss in Schichtform, der vom Trenngas-Zuführungseinlass bis zur Substrathalteoberfläche reicht. Daher können die Flusspfade der Materialgase voneinander getrennt werden ohne Vorsehen irgendeines zusätzlichen Bauteils innerhalb des zylindrischen Abschnitts, wodurch eine vereinfachte Instandhaltung ermöglicht werden kann.
Nach einer Dampfwachstums-Vorrichtung weist die Substrathalteoberfläche des Substrathalters eine Konfiguration entsprechend der äußeren Seitenoberfläche eines pyramidalen abgestumpften Kegels mit einer Mittellinie, die mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts übereinstimmt, auf. Mit der oben erwähnten Anordnung kann das Gebiet der Substrathalteoberfläche mehr expandiert werden als im Fall, wo die Substrathalteoberfläche senkrecht zur Mittellinie des zylindrischen Abschnitts vorgesehen wird. Daher kann eine Reihe an Substraten auf der Substrathalteoberfläche aufgesetzt werden, wobei eine erhöhte Produktivität erreicht wird.
Nach der Dampfwachstums-Vorrichtung der Erfindung weist die Substrathalteoberfläche des Substrathalters eine Konfiguration entsprechend der inneren Seitenoberfläche einer prismenförmigen Leitung mit einer Mittellinie, die mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts übereinstimmt, auf. In der oben erwähnten Anordnung kann das Gebiet der Substrathalteoberfläche mehr expandiert werden als im Falle, wo die Substrathalteoberfläche senkrecht zur Mittellinie des zylindrischen Abschnitts vorgesehen ist. Daher kann eine Reihe an Substraten auf die Substrathalteoberfläche aufgesetzt werden, wodurch eine erhöhte Produktivität erreicht wird.
Aus der somit beschriebenen Erfindung wird offensichtlich, dass diese auf vielen Wegen variiert werden kann. Derartige Variationen sollen nicht als abweichend vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung angesehen werden, und sämtliche derartige Modifikationen, die für einen Fachmann ersichtlich wären, sollen im Umfang der nachfolgenden Ansprüche enthalten sein.
SCCM und SLM stellen Einheiten der Flussgeschwindigkeit dar. "S" ist eine Abkürzung für die Standardbedingung, worin die Temperatur 0°C beträgt und der Druck 1 Atmosphäre darstellt, und bedeutet, dass das Gasvolumen unter bestimmten Bedingungen in das Gasvolumen unter den Standardbedingungen umgewandelt wird. "CC" ist eine Abkürzung für cm³. "L" ist eine Abkürzung für Liter und "M" bedeutet "pro Minute". Daher bedeutet beispielsweise "1 SCCM", das 1 cm³ Gas, wenn umgewandelt zu Standardbedingungen, pro Minute fließt. "1 SLM" bedeutet, dass 1 Liter Gas, wenn umgewandelt zu Standardbedingungen, pro Minute fließt.

Claims

Dampfwachstums-Vorrichtung, um eine Verbund-Halbleiterschicht auf einer Oberfläche eines Substrats (4), das auf einer spezifizierten Temperatur in einer Wachstumskammer (1) gehalten wird, aufwachsen zu lassen, indem alternativ ein Kationen-Materialgas und ein Anionen-Materialgas an das Substrat geführt wird und die Gase zur Reaktion gebracht werden, wobei die Wachstumskammer (1) einen zylindrischen Abschnitt (1b), der sich in einer Richtung von einer stromaufwärtsliegenden Seite zu einer stromabwärtsliegenden Seite erstreckt, und eine Endplatte (1a), die einen stromaufwärtsliegenden Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts (1b) verschließt, aufweist, die Endplatte (1a) einen ersten Materialgas-Zuführungseinlass (2) zum Zuführen des Kationen-Materialgases in den zylindrischen Abschnitt (1b) hinein und einen zweiten Materialgas-Zuführungseinlass (3) zum Zuführen des Anionen-Materialgases in den zylindrischen Abschnitt (1b) hinein aufweist, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: eine Auslasseinrichtung (10) zum Abgeben von Gas innerhalb des zylindrischen Abschnitts (1b) von einer stromabwärtsliegenden Seite des zylindrischen Abschnitts (1b), einen Substrathalter (25), der zwischen der stromaufwärtsliegenden Seite und der stromabwärtsliegenden Seite des zylindrischen Abschnitts (1b) vorgesehen ist, und eine Substrathalteoberfläche (40) aufweist, eine Gastrennungseinrichtung (6, 16, 26) zum Bilden einer Vielzahl von Materialgas-Zuführungsgebieten, wo die Materialgase unabhängig an die Substrathalteoberfläche (40) geführt werden, indem Flusspfade der Materialgase, die sich von dem Materialgas-Zuführungseinlässen (2, 3) an die Substrathalteoberfläche (40) erstrecken, getrennt werden, und eine Antriebseinrichtung zum Drehen des Substrathalters (25) mit dem auf der Substrathalteoberfläche (40) gesetzten Substrat (4), um eine Mittellinie des zylindrischen Abschnitts (1b) herum; wobei die Dampfwachstums-Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Substrathalteoberfläche (40) des Substrathalters (25) eine Konfiguration aufweist, die einer inneren Oberfläche eines Prismas entspricht, das eine Mittellinie aufweist, die mit der Mittellinie des zylindrischen Abschnitts (1b) übereinstimmt; und dass eine äußere Oberfläche des Substrathalters (25) ungefähr zylindrisch ist.
Dampfwachstums-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gastrennungseinrichtung wenigstens eine Teilungsplatte (6, 6', 6A, 6B, 16, 26) umfasst, die in einer Ebene vorgesehen ist, die die Mittellinie des zylindrischen Abschnitts (1b) einschließt und zwischen dem Materialgas-Zuführungseinlässen (2, 3) verläuft.