JP2006089827A - 有機金属原料供給方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 払い出される有機金属の量を安定させる有機金属原料供給方法及びその装置を提供する。
【解決手段】 冷媒４を満たした恒温槽５内に浸漬した容器１中に液体または固体の有機金属３を収納し、前記容器１内にガスを導入することでそのガスと共に前記有機金属３を蒸気として前記容器１から払い出す有機金属供給方法において、前記容器１に振動を与えて前記有機金属の析出を防止することで、払い出される有機金属の量を安定させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バブリングにより有機金属を蒸気として払い出す有機金属原料供給方法及びその装置に係り、払い出される有機金属の量を安定させる有機金属原料供給方法及びその装置に関する。

一般にＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体の薄膜結晶を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で結晶基板上にエピタキシャル成長させるには、反応炉内で加熱状態にある結晶基板にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）などの有機金属の蒸気とホスフィンなどのガスを含んだキャリアガスを送り込み、これらの原料ガスを結晶基板上で熱分解させることによって行われる。

有機金属は室温で液体または固体であり、空気と反応して発火する性質を有する。このため、有機金属は専用の容器に収納し、その容器から蒸気を取り出して利用している。

図３に、従来の有機金属原料供給装置を示す。有機金属の収納容器１はステンレス製で、それぞれにストップバルブ２を有する入口側と出口側の２本のガス配管１１，１２が接続されている。入口側の配管１１は容器１内の有機金属３中にまで伸びており、この配管１１に水素ガスや窒素ガスなどを通じると、ガスは有機金属３中で気泡を生じ、有機金属３の蒸発を助ける。このような手法をバブリングという。蒸気となった有機金属は、容器１内に導入されたガスとともに出口側の配管１２を通じて容器１外に導かれ、図示しない反応炉内へと供給される。

ＭＯＣＶＤ法でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の薄膜結晶を成長させる場合、薄膜の成長速度は、Ｖ族原料よりもＩＩＩ族原料である有機金属の供給量で律速（依存して速度が決まること）される。このため、結晶性のよい薄膜を均一な厚さや組成に成長させるには、原料である有機金属が反応炉内へ安定して供給されること、すなわち有機金属の蒸気圧が安定していることが重要である。そこで、有機金属３を収納した容器１は冷媒４を満たした恒温槽５中に設置され、有機金属３の温度が常に一定になるように管理されている。恒温槽５の温度は冷媒４中に設置した熱電対６により測定され、温度制御装置７を通じて恒温槽５へフィ−ドバックされる。有機金属３の温度は、冷媒４の温度と同じとみなされ、その蒸気圧も冷媒４の温度をもとに計算されるのが普通である。

特開平６−３２６９５号公報

有機金属原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）は、蒸気圧が低いために大量の蒸気を取り出す際は、容器１を浸漬している恒温槽５の冷媒温度を高くしたり、バブリング量（ガスの導入量）を増やすなどの手段をとっている。しかしＴＭＩ蒸気は再結晶化し易い性質を持ち、バブリングを繰り返すと容器１の内壁に徐々にＴＭＩの結晶が析出していく。図３には、容器１の内壁に付着した結晶１０が示されている。このようにＴＭＩの析出が進行すると、バブリングを行っても安定に蒸気を取り出せず、供給量が不安定となってしまう。このように原料供給が不安定となると薄膜結晶を作製する際に均一な結晶を成長するのが非常に困難となる。

このように、従来技術においては、ＴＭＩが再結晶化し容器の内壁へ析出してしまうため安定した原料を供給するのが困難である。安定に原料が供給できないということは、エピタキシャル層の膜厚や組成がばらつくなどの悪影響を及ぼす。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、払い出される有機金属の量を安定させる有機金属原料供給方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の方法は、冷媒を満たした恒温槽内に浸漬した容器中に液体または固体の有機金属を収納し、前記容器内にガスを導入することでそのガスと共に前記有機金属を蒸気として前記容器から払い出す有機金属供給方法において、前記容器に振動を与えて前記有機金属の析出を防止するものである。

前記容器に超音波を照射することで前記容器に振動を与えてもよい。

また、本発明の装置は、冷媒を満たした恒温槽と、その恒温槽内に浸漬され液体または固体の有機金属を収納した容器と、その容器内にガスを導入する導入配管と、そのガスと共に前記有機金属を蒸気として前記容器から払い出す払い出し配管とを備えた有機金属原料供給装置において、前記容器に振動を与えて前記有機金属の析出を防止する振動付与手段を設けたものである。

前記振動付与手段は、前記容器に超音波を照射することで前記容器に振動を与える超音波発生器であってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）容器に振動を与えて有機金属の析出を防止するので、払い出される有機金属の量を安定させることができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る有機金属原料供給装置は、冷媒４を満たした恒温槽５と、その恒温槽５内の冷媒４に浸漬され液体または固体の有機金属３を収納した容器１と、その容器１内にガスを導入する導入配管１１と、そのガスと共に前記有機金属を蒸気として前記容器１から払い出す払い出し配管１２とを備えた有機金属原料供給装置において、前記容器１に振動を与えて前記有機金属の析出を防止する振動付与手段８を設けたものである。

振動付与手段８は、例えば、超音波発生器であり、容器１に向けて超音波を照射することで前記容器１に振動を与えるようになっている。

振動付与手段８は、恒温槽５の内部あるいは外部に設けられ、常に容器１に振動を与えるようになっている。

図１の有機金属原料供給装置は、振動付与手段８以外の構成は図３に示した従来技術と同じであり、冷媒４の温度を検出する熱電対６、この検出温度を恒温槽５にフィードバックする温度制御装置７も従来同様に設けられている。

図１の有機金属原料供給装置の動作を説明する。

バブリングの動作については従来技術と同様である。このバブリングの実施中に、振動付与手段（ここでは超音波発生器とする）８が容器１に向けて超音波を照射すると、この超音波は冷媒４中を伝搬して容器１に当たる。容器１は超音波によって振動する。本出願人は、実験を行った結果、この振動により有機金属の析出が防止されることを発見した。

このように、本発明の要点は、再結晶化した有機金属３が容器１の内壁へ付着するのを未然に防ぐために、容器１に軽い振動を常に与えておくことにある。この振動によって有機金属の析出が防止されるので、有機金属原料の蒸気圧を常に一定に保つことができ、反応炉内に供給される原料供給を安定させることができる。

図３に示した従来技術の有機金属原料供給装置と図１に示した本発明の有機金属原料供給装置とを用いて、長期的な原料の供給安定性を調査した。使用した有機金属はＴＭＩである。

恒温槽５の温度を４０℃に保ち、水素を毎分１０００ｃｍ³で容器１に送り込みバブリングを行った。払い出し配管１２に濃度計（図示せず）を設置し、払い出し配管１２に出てきたガスのＴＭＩ濃度を濃度計にて測定した。その結果を図２に示す。

図２に示されるように、従来技術の有機金属原料供給装置ではＴＭＩの初期の充填量３５０ｇにおけるＴＭＩ濃度に対し、ＴＭＩの残量が１５０ｇになるまでは本発明と同様にＴＭＩ濃度を維持しているが、ＴＭＩの残量が１５０ｇとなったところからＴＭＩ濃度が落ち始めてくる。これに対し本発明の有機金属原料供給装置では、ＴＭＩの残量が５０ｇとなってもＴＭＩ濃度が初期の充填量３５０ｇにおけるＴＭＩ濃度と変わらず、非常に安定してＴＭＩを供給可能であることがわかった。

図３に示した従来技術の有機金属原料供給装置と図１に示した本発明の有機金属原料供給装置とを用いて、ＭＯＣＶＤ法でＧａＩｎＰ薄膜結晶をエピタキシャル成長させた場合に、成長速度（膜厚÷成長時間）の再現性を調査した。従来技術ではＴＭＩの残量が少なくなってくるにつれ徐々に成長速度が落ちてくるが、本発明を用いた場合はＴＭＩの残量が少なくなっても非常に成長速度は安定していた。

本発明では恒温槽５に振動付与手段８を設けたが、容器１に振動付与手段８を設けても同様の効果が得られる。また、振動付与手段８として超音波発生器を用い、超音波によって振動を付与したが、超音波以外の振動を付与してもよく、有機金属の析出を防止することができれば、振動の種類（周波数や振幅）は問わない。

以上説明したように、本発明を用いることにより再結晶化しやすいＴＭＩ原料を常に安定して供給することが可能となる。従って、本発明を用いてＭＯＣＶＤ法により半導体薄膜結晶を作製した場合、半導体結晶の特性（膜厚や組成等）が長期的に安定となる。

また、本発明を用いることにより、容器１内の有機金属３が初期の充填量からかなり減ってきても、払い出される有機金属の量が変動しないので、有機金属３を効率よく使用可能となる。

本発明は有機金属を用いたＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などの半導体薄膜結晶成長法に用いられる。

本発明の一実施形態を示す有機金属原料供給装置の構成図である。 ＴＭＩ残量とＴＭＩ濃度の関係を示す特性図である。 従来の有機金属原料供給装置の構成図である。

符号の説明

１ 容器
２ ストップバルブ
３ 有機金属
４ 冷媒
５ 恒温槽
６ 熱電対
７ 温度制御装置
８ 振動付与手段（超音波発生器）

Claims (4)

1. 冷媒を満たした恒温槽内に浸漬した容器中に液体または固体の有機金属を収納し、前記容器内にガスを導入することでそのガスと共に前記有機金属を蒸気として前記容器から払い出す有機金属供給方法において、前記容器に振動を与えて前記有機金属の析出を防止することを特徴とする有機金属原料供給方法。
2. 前記容器に超音波を照射することで前記容器に振動を与えることを特徴とする請求項１記載の有機金属原料供給方法。
3. 冷媒を満たした恒温槽と、その恒温槽内に浸漬され液体または固体の有機金属を収納した容器と、その容器内にガスを導入する導入配管と、そのガスと共に前記有機金属を蒸気として前記容器から払い出す払い出し配管とを備えた有機金属原料供給装置において、前記容器に振動を与えて前記有機金属の析出を防止する振動付与手段を設けたことを特徴とする有機金属原料供給装置。
4. 前記振動付与手段は、前記容器に超音波を照射することで前記容器に振動を与える超音波発生器であることを特徴とする請求項３記載の有機金属原料供給装置。
   

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