JPH0479233A - 化合物半導体結晶の製造装置 - Google Patents

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】 〔概　要］ 化合物半導体結晶の製造装置に関し、 形成される化合物半導体結晶層の厚さ、および組成が安
定して得られるような装置の提供を目的とし、 反応管内の基板設置台に基板を設置し、該反応管内に導
入した原料ガスを加熱分解して基板上に原料ガス成分を
被着させる結晶の製造装置に於て、前記原料ガスを反応
管内に供給するガス導入管の断面を複数領域に仕切り、
該領域内にそれぞれ濃度の異なる原料ガスを供給するよ
うにして構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は化合物半導体結晶の製造装置に関する。

光検知素子の形成材料としてエネルギーバンドギャップ
の狭い水銀・カドミウム・テルルのような化合物半導体
結晶が用いられている。

このような化合物半導体結晶としては、素子形成に都合
が良いように大面積で薄層状態の結晶が望まれ、Ｍ　Ｏ
ＣＶ　Ｄ　（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｌｌ
ｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の
気相エピタキシャル成長方法が用いられている。

そして上記反応管１に連なるガス導入管５より水銀、ジ
エチルテルル、ジメチルカドミウムを担持した水素ガス
、およびキャリアガスとしての水素ガスが原料ガスとし
て反応管１内に供給し、この供給された原料ガスを、基
板設置台２を加熱することで熱分解し、基板３上に原料
ガスの成分より成る水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ＋
□ＣｄＸＴｅ）の化合物半導体結晶を成長する。そして
成長に寄与しなかった残余の原料ガスはガス排出管６よ
り外部へ排気している。

〔従来の技術］ 従来の気相エピタキシャル成長方法を用いて化合物半導
体結晶を製造する場合に付いて第６図を用いて説明する
。

第６図に示すように横型の反応管１内に、カーボン等の
基板設置台２にテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）のよう
なエピタキシャル成長用の基板３を設置し、該反応管の
周囲には高周波誘導コイルより成る加熱手段４を設ける
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで従来の方法では、第７図の曲ｍ７に示すように
エピタキシャル成長用の基板３上に於いては、矢印六方
向に示すように原料ガスの流れる方向に沿って基板上に
供給される原料ガスの濃度は徐々に減少する傾向にある
。

これは初期濃度がＣ０の所定の濃度の原料ガスを、基板
上に供給してもエピタキシャル成長の過程で、ガスの移
動方向に沿って原料ガスがエピタキシャル成長のために
消費されるためである。

そのためエピタキシャル成長用の基板上に於ける原料ガ
スの濃度は曲線７に示すような濃度勾配を生じて変動し
、基板全体にわたって均一な濃度の原料ガスが供給され
ず、そのため、基板上に形成される化合物半導体結晶の
組成や厚さが均一と成らない問題がある。

このようなガスの供給は、ガスの流れが層流状態で供給
されるのが、形成される結晶の組成、厚さが均一に成る
ために必要で、この層流となるための条件はガスの流速
、ガスの粘度、ガスの密度、反応管の直径等で決まる。

従来、前記した形成される結晶の組成や厚さを均一に得
るために第６図に示すように、前記した基板設置台２に
於けるエピタキシャル成長用の基板３の設置領域を選択
的に支持棒８を用いて回転する機構を設け、これによっ
て基板を回転することで基板に形成される結晶の組成、
厚さを均一に保とうと試みた。

然し、第７図の曲線７に示すように基板上に供給される
原料ガスの濃度は直線的に変動していないため、このよ
うに基板を回転しても、基板上の原料ガスの濃度は均一
にならない問題がある。

本発明は上記した問題点を解決し、基板上に形成される
原料ガスの濃度が基板の全領域にわたって均一になるよ
うにし、組成、および厚さの均一な化合物半導体結晶が
製造できる装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的は本発明の原料ガスを反応管内に供給する
ガス導入管の断面を複数領域に仕切り、該領域内にそれ
ぞれ濃度の異なる原料ガスを供給するようにした製造装
置で達成される。

更に前記反応管内に導入された原料ガスの流れを切断し
、該原料ガスの流れを変動させるガス流制御板を前記基
板に近接して設ける。

また前記ガス導入管と別個に、前記基板面に原料ガスが
供給されるような補助ガス導入管を設け、前記ガス導入
管および補助ガス導入管より原料ガスを反応管内に供給
する。

〔作　用〕

第４図に基板上に供給される原料ガスのガス流の模式図
を示す。図示するように基板のガス流入側のａ点より、
基板のガス流出側のｄ点に向かって基板上に層流状態の
ガスの濃度境界層１４が形成されこの濃度境界層内では
ガスの濃度は一定の状態になる。

また第５図（ａ）に、前記第４図に示した基板のガス流
入側に於ける基板のａ点に於ける基板上の原料ガスの濃
度を示し、第５図（ｂ）に前記第４図に示した基板のｂ
点近傍に於ける基板上の原料ガスの濃度を示し、第５図
（Ｃ）に前記第４図に示した基板のｃ、ｄ点近傍に於け
る基板上の原料ガスの濃度を示す。第５図（ａ）、第５
図（ｂ）、第５図（Ｃ）で縦軸は原料ガスの濃度を示し
、横軸は基板表面からの高さｈを示す。

第５図（ａ）に示すように基板のａ点では、原料ガスの
濃度は基板表面より上部の高さ方向に沿って均一の濃度
Ｃ０を示すが、第５図（ｂ）に示すように基板のｂ点で
は、エピタキシャル成長の過程で原料ガスが基板上で消
費されるので、基板表面より上部の高さが６１の位置で
原料ガスの濃度が均一となり、第５図（Ｃ）に示すよう
に基板のｃ、ｄ点では基板表面より上部の高さがδの位
置で原料ガスの濃度が均一となる。

この基板のｃ、ｄ点に於けるガスの濃度は、エピタキシ
ャル成長が定常状態と成った濃度であるので、基板上に
於けるガスの濃度が第５図（Ｃ）の状態に、基板の全領
域上にわたって実現することが望まれる。

第５図（Ｃ）に於いては、基板の表面程ガスの濃度が低
く、基板の表面より上部方向に隔たるにつれてガスの濃
度が高くなっているので、この状態を実現するためには
、反応管内においてこの状態と間し濃度勾配を有するよ
うに原料ガスを供給すると良い。

そのために第１図（ａ）および第１図（ｂ）に示すよう
に反応管１に連なるガス導入管５を複数の領域に区分し
て該ガスの導入管の上部程、つまり基板表面より上部に
到る程、濃度の高い原料ガスを供給し、ガス導入管の下
部程、つまり基板の表面側に到る程濃度の低い原料ガス
を供給するようにする。

また第２図に示すように基板３の近傍に層流のガスの流
れに依って形成されるガス濃度が均一な層、つまり濃度
境界層１４を切断し、濃度境界層の外部を流れるガスを
濃度境界層内に取り込んでガスの濃度を均一にするガス
流制御板１２を、前記基板設置台２より適当な治具に依
って基板の近傍に取りつけても良い。

また第３図に示すように基板３の表面に直接原料ガスが
供給できるように、補助ガス導入管１５を基板表面近傍
に設置して前記した第５図（Ｃ）の原料ガスの濃度勾配
の状態を実現しても良い。この補助ガス導入管は複数本
設けても良く、またこの補助ガス導入管に導入する原料
ガスは混合しても、或いは混合せずに単独で供給しても
良い。

〔実　施　例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳細に説明す
る。

第１図（ａ）および第１図（ｂ）は本発明の装置の模式
図で、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のガス導入管のｌＩ
’線に沿った断面図である。

第１図（ａ）および第１図（ｂ）に図示するように、反
応管に連なるガス導入管５は拡大されて複数の領域５Ａ
、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄに区別されている。

そしてこの本発明のガス導入管の最上部の領域５八には
、キャリアガスとしての水素ガスを６４２／ｍｉｎ、原
料ガスとしてジエチルテルルガスの分圧が２．４ＸＩＯ
−’気圧、ジメチルカドミウムガスの分圧が５．０ＸＩ
Ｏ−５気圧、水銀ガスの分圧が６．０　Ｘｌ０−’気圧
となるようにして導入する。

また領域５Ｂには、キャリアガスとしての水素ガスを６
１２７ｍ１ｎ、原料ガスとして領域５Ａに供給したガス
濃度の４０％のジエチルテルルガスの分圧が０．４Ｘ２
．４　Ｘｌ０−’気圧、ジメチルカドミウムガスの分圧
が０．４　Ｘ５．ＯｘｌＯ−５気圧、水銀ガスの分圧が
０．４Ｘ６．ＯＸｌ０−’気圧となるようにして導入す
る。

また領域５Ｃには、キャリアガスとしての水素ガスを６
４２／ｍｉｎ、原料ガスとして領域５Ａに供給したガス
濃度の２０％のジエチルテルルガスの分圧が０．２Ｘ２
．４　Ｘｌ０−’気圧、ジメチルカドミウムガスの分圧
が０．２　ｘ５．ＯｘｌＯ−５気圧、水銀ガスの分圧が
０．２Ｘ６．ＯＸｌ０−’気圧となるようにして導入す
る。

またガス導入管の最下部の領域５Ｄには、キャリアガス
としての水素ガスを６１　／ｍｉｎ、原料ガスとして領
域５Ａに供給したガス濃度の１５％のジエチルテルルガ
スの分圧が０．１５Ｘ２．４　Ｘｌ０−’気圧、ジメチ
ルカドミウムガスの分圧が０．１５Ｘ５．ＯＸｌ０−’
気圧、水銀ガスの分圧が０．１５Ｘ６．ＯＸｌ０−’気
圧となるようにして導入する。

このようにすれば、前記した第５図（Ｃ）に示すような
基板上での原料ガスの濃度分布が得られ、組成および厚
さの均一な化合物半導体結晶が得られる。

また第２図に示すように基板３に近接して石英、或いは
カーボンよりなるガス流制御板１２を、基板設置台２の
側方より伸びる治具１３等を用いて取りつける。そして
基板上に原料ガスを層流状態で供給することで基板上に
形成されるガス濃度の均一な領域、つまり原料ガスの濃
度境界層１４を、このガス流量制御板１２で切断して、
濃度境界層１４の外部よりガス流が流入するようにして
、ガスの濃度が基板上の全領域で一定に成るようにする
か、或いは基板上でガスの濃度が直線的に変化するよう
にしても良い。このガス流制御板は１枚でも、或いは複
数枚でも良い。

またその他の実施例として第３図に示すようにエピタキ
シャル成長用の基板３上に原料ガスが直接供給されるよ
うに補助ガス導入管１５を設け、前記したガス導入管５
より原料ガスを導入するとともに、この補助ガス導入管
１５より単独の原料ガスか、或いは混合した原料ガスを
供給し、前記補助ガス導入管より反応管内に導入される
原料ガス濃度を基板表面のガス濃度が一定になるか、或
いは直線的に低下するようにして、ガス導入管、並びに
補助ガス導入管より原料ガスを供給しても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、基板表
面に於ける原料ガス濃度を一定に制御できるため、膜厚
、および組成が安定した化合物半導体結晶が得られる効
果がある。

図において、 １は反応管、２は基板設置台、３は基板、５はガス導入
管、１２はガス流制御板、１３は治具、１４は濃度境界
層、１５は補助ガス導入管を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第１図（ｂ）は本発明の装置の模式
第２図は本発明の装置に用いるガス流制御板の説明図、 第３図は本発明の装置に用いる補助ガス導入管の説明図
、 第４図は基板上の原料ガス流の模式図、第５図（ａ）、
第５図（ｂ）および第５図（Ｃ）は基板上の各位置に於
けるガス濃度分布図、 第６図は従来の方法に用いる装置の模式図、第７図は従
来の方法に於ける基板上のガス濃度分布図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応管（１）内の基板設置台（２）にエピタキシ
   ャル成長用の基板（３）を設置し、該反応管（１）内に
   導入した原料ガスを加熱分解して前記基板上に原料ガス
   成分を被着させる結晶の装置に於て、前記原料ガスを反
   応管内に供給するガス導入管（５）の断面を複数領域に
   仕切り、該領域内にそれぞれ濃度の異なる原料ガスを供
   給するようにしたことを特徴とする化合物半導体結晶の
   製造装置。
2. （２）前記反応管（１）内に導入された原料ガスの流れ
   を切断し、該原料ガスの流れを変動させ、基板上に形成
   されたガスの濃度境界層（１４）にガスの流れを取り込
   むガス流制御板（１２）を前記基板に近接して設けたこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の化合物半導体結晶の
   製造装置。
3. （３）前記ガス導入管（５）と別個に、前記基板表面に
   原料ガスが直接供給されるような補助ガス導入管（１５
   ）を設け、前記ガス導入管（５）および補助ガス導入管
   （１５）より原料ガスを反応管内に供給することを特徴
   とする請求項（１）記載の化合物半導体結晶の製造装置
   。