JP2567309B2 - 有機金属気相成長装置 - Google Patents
有機金属気相成長装置Info
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- JP2567309B2 JP2567309B2 JP3184017A JP18401791A JP2567309B2 JP 2567309 B2 JP2567309 B2 JP 2567309B2 JP 3184017 A JP3184017 A JP 3184017A JP 18401791 A JP18401791 A JP 18401791A JP 2567309 B2 JP2567309 B2 JP 2567309B2
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- JP
- Japan
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- pressure
- reaction tube
- pipe
- mass flow
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
- B01J7/02—Apparatus for generating gases by wet methods
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、 III−V族化合物半導
体の有機金属気相成長装置に関する。特にInGaAs
P四元混晶やInGaAs三元混晶のように複数の III
族元素やV族元素からなる半導体結晶を大面積基板上に
組成及び層厚を均一に成長するための成長装置に関す
る。
体の有機金属気相成長装置に関する。特にInGaAs
P四元混晶やInGaAs三元混晶のように複数の III
族元素やV族元素からなる半導体結晶を大面積基板上に
組成及び層厚を均一に成長するための成長装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】有機金属気相成長法は、InGaAsP
四元混晶やInGaAs三元混晶のように複数の III族
元素やV族元素からなる半導体結晶の成長において組成
制御性がよいこと、ガスの切替えだけで組成の異なる半
導体の多層成長ができること、量子井戸構造のような極
薄膜成長も容易にできるなどの特徴があり III−V族化
合物半導体の結晶成長に広く用いられている。
四元混晶やInGaAs三元混晶のように複数の III族
元素やV族元素からなる半導体結晶の成長において組成
制御性がよいこと、ガスの切替えだけで組成の異なる半
導体の多層成長ができること、量子井戸構造のような極
薄膜成長も容易にできるなどの特徴があり III−V族化
合物半導体の結晶成長に広く用いられている。
【0003】縦型反応管を有する有機金属気相成長装置
を例にとり従来の技術を詳細に説明する。図3は、In
P基板4上に三元混晶InGaAsを成長するときの装
置構成を示したものである。なお、図3において、符号
1は反応管、2は高周波誘導コイル、3はカーボン製サ
セプター、4は半導体基板、5はサセプター回転機構、
6は排気用ロータリーポンプ、7は圧力計、8は圧力調
整弁、9はノズル、10、11、12、及び13はマス
フローコントローラ、14は原料ガスを反応管へ輸送す
る配管、15、16、及び17は圧力調整弁、18、1
9、及び20は圧力計、21、22、及び23は有機金
属の入ったバブラー、24、25、及び26はマスフロ
ーコントローラを意味する。バブラー21、22、23
にはそれぞれ原料となる有機金属TMI(トリメチルイ
ンジウム)、TEG(トリエチルガリウム)、TBA
(モノt−ブチルアルシン)が入っている。マスフロー
コントローラ24、25、26により流量制御されたキ
ャリアガスが前記のバブラー内でバブリングすることに
より有機金属ガスが供給される。圧力計18、19、2
0によりバブラー内の圧力を検知し、フィードバック信
号を圧力調整弁15、16、17に伝達してバブラー内
の圧力を一定値:PB に保つ。通常バブラー内の圧力は
大気圧に保たれている。それぞれのバブラーから供給さ
れた有機金属ガスは配管14により反応管1に輸送され
る。反応管1は石英ガラスで造られている。その中にI
nP基板4を乗せたカーボン製のサセプター3があり、
サセプター回転機構5の回転軸を中心に回転している。
高周波誘導コイル2により基板加熱を行う。反応管内は
排気用ロータリーポンプ6により排気され、減圧状態で
成長を行う。反応管内の圧力は圧力計7により検知さ
れ、圧力調整弁8により一定値:PR に保たれる。通常
PR は100トール前後の値に設定される。基板全面に
わたり均一な組成と層厚の分布を得るためには反応管内
のガスの流速分布を制御する必要がある。そのため、特
開平3−60115号公報に示されているように、基板
に対向して開口する複数のノズル9を反応管に設け、各
ノズルから流れる原料ガス流量をノズルの上流に設けら
れたマスフローコントローラ10、11、12、13に
より適当に割り振ることにより反応管内の流速分布を制
御している。その結果、組成と層厚の均一なInGaA
s層が成長できる。
を例にとり従来の技術を詳細に説明する。図3は、In
P基板4上に三元混晶InGaAsを成長するときの装
置構成を示したものである。なお、図3において、符号
1は反応管、2は高周波誘導コイル、3はカーボン製サ
セプター、4は半導体基板、5はサセプター回転機構、
6は排気用ロータリーポンプ、7は圧力計、8は圧力調
整弁、9はノズル、10、11、12、及び13はマス
フローコントローラ、14は原料ガスを反応管へ輸送す
る配管、15、16、及び17は圧力調整弁、18、1
9、及び20は圧力計、21、22、及び23は有機金
属の入ったバブラー、24、25、及び26はマスフロ
ーコントローラを意味する。バブラー21、22、23
にはそれぞれ原料となる有機金属TMI(トリメチルイ
ンジウム)、TEG(トリエチルガリウム)、TBA
(モノt−ブチルアルシン)が入っている。マスフロー
コントローラ24、25、26により流量制御されたキ
ャリアガスが前記のバブラー内でバブリングすることに
より有機金属ガスが供給される。圧力計18、19、2
0によりバブラー内の圧力を検知し、フィードバック信
号を圧力調整弁15、16、17に伝達してバブラー内
の圧力を一定値:PB に保つ。通常バブラー内の圧力は
大気圧に保たれている。それぞれのバブラーから供給さ
れた有機金属ガスは配管14により反応管1に輸送され
る。反応管1は石英ガラスで造られている。その中にI
nP基板4を乗せたカーボン製のサセプター3があり、
サセプター回転機構5の回転軸を中心に回転している。
高周波誘導コイル2により基板加熱を行う。反応管内は
排気用ロータリーポンプ6により排気され、減圧状態で
成長を行う。反応管内の圧力は圧力計7により検知さ
れ、圧力調整弁8により一定値:PR に保たれる。通常
PR は100トール前後の値に設定される。基板全面に
わたり均一な組成と層厚の分布を得るためには反応管内
のガスの流速分布を制御する必要がある。そのため、特
開平3−60115号公報に示されているように、基板
に対向して開口する複数のノズル9を反応管に設け、各
ノズルから流れる原料ガス流量をノズルの上流に設けら
れたマスフローコントローラ10、11、12、13に
より適当に割り振ることにより反応管内の流速分布を制
御している。その結果、組成と層厚の均一なInGaA
s層が成長できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては配管14内の圧力をコントロールする機
構を設けていないため、原料ガスの流れに沿った圧力分
布は図2に示すようになる。図2は、上記従来の技術に
おける、原料ガスの流れに沿った圧力分布を、ガス流に
沿って計った距離(横軸)と、圧力(縦軸)との関係で
示した図である。すなわち、マスフローコントローラ1
0、11、12、13の入口側と出口側の圧力差がな
い。そのため、マスフローコントローラは正規の動作が
できず、成長回ごとにばらつきが起こる。その様子を図
6に示す。すなわち図6は、従来の技術における効果
を、成長回数(横軸)と、マスフローコントローラ指示
値(sccm、縦軸)との関係で示した図である。図6に示
すように、流量の大きい1000sccmのマスフローコン
トローラの指示値は常に設定値よりも小さい。これは大
流量を流すためには大きな差圧が必要なためである。流
量の小さい300sccmのマスフローコントローラの指示
値はほぼ設定値に等しい。中間の流量700sccmと50
0sccmのマスフローコントローラの指示値は設定値の周
りにばらついている。本発明の目的は、マスフローコン
トローラ10、11、12、13の流量を安定させ、所
望の流量比に原料ガスを正確に分岐する方法を提供する
ことにある。
技術においては配管14内の圧力をコントロールする機
構を設けていないため、原料ガスの流れに沿った圧力分
布は図2に示すようになる。図2は、上記従来の技術に
おける、原料ガスの流れに沿った圧力分布を、ガス流に
沿って計った距離(横軸)と、圧力(縦軸)との関係で
示した図である。すなわち、マスフローコントローラ1
0、11、12、13の入口側と出口側の圧力差がな
い。そのため、マスフローコントローラは正規の動作が
できず、成長回ごとにばらつきが起こる。その様子を図
6に示す。すなわち図6は、従来の技術における効果
を、成長回数(横軸)と、マスフローコントローラ指示
値(sccm、縦軸)との関係で示した図である。図6に示
すように、流量の大きい1000sccmのマスフローコン
トローラの指示値は常に設定値よりも小さい。これは大
流量を流すためには大きな差圧が必要なためである。流
量の小さい300sccmのマスフローコントローラの指示
値はほぼ設定値に等しい。中間の流量700sccmと50
0sccmのマスフローコントローラの指示値は設定値の周
りにばらついている。本発明の目的は、マスフローコン
トローラ10、11、12、13の流量を安定させ、所
望の流量比に原料ガスを正確に分岐する方法を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は有機金属気相成長装置に関する発明であって、有
機金属の入ったバブラー内の圧力を一定値:PB に保ち
つつ、該バブラー内においてキャリアガスをバブリング
させることにより該有機金属ガスを供給する機構、複数
の該バブラーから供給された有機金属ガスを反応管まで
輸送する配管、一定の流量比に該有機金属ガスを分岐
し、複数のノズルから反応管に供給する機構、及び反応
管内の圧力を大気圧よりも低い圧力:PR に保ちつつ基
板上に薄膜を成長させる機構を有する有機金属気相成長
装置において、該有機金属ガスを反応管まで輸送する配
管に、該配管内の圧力を一定値:PC に保つ機構を設け
たことを特徴とする。
発明は有機金属気相成長装置に関する発明であって、有
機金属の入ったバブラー内の圧力を一定値:PB に保ち
つつ、該バブラー内においてキャリアガスをバブリング
させることにより該有機金属ガスを供給する機構、複数
の該バブラーから供給された有機金属ガスを反応管まで
輸送する配管、一定の流量比に該有機金属ガスを分岐
し、複数のノズルから反応管に供給する機構、及び反応
管内の圧力を大気圧よりも低い圧力:PR に保ちつつ基
板上に薄膜を成長させる機構を有する有機金属気相成長
装置において、該有機金属ガスを反応管まで輸送する配
管に、該配管内の圧力を一定値:PC に保つ機構を設け
たことを特徴とする。
【0006】本発明は、配管14内の圧力を調整する機
構を設けることを最も主要な特徴とする。その結果、図
1に示すようにマスフローコントローラ10、11、1
2、13の入口側と出口側との間に圧力差PC −PR が
生じ、流量が安定し原料ガスを正確に分岐できる。すな
わち図1は本発明における、原料ガスの流れに沿った圧
力分布を、ガス流に沿って計った距離(横軸)と、圧力
(縦軸)との関係で示した図である。
構を設けることを最も主要な特徴とする。その結果、図
1に示すようにマスフローコントローラ10、11、1
2、13の入口側と出口側との間に圧力差PC −PR が
生じ、流量が安定し原料ガスを正確に分岐できる。すな
わち図1は本発明における、原料ガスの流れに沿った圧
力分布を、ガス流に沿って計った距離(横軸)と、圧力
(縦軸)との関係で示した図である。
【0007】本発明の実施態様を例示すれば、下記のよ
うなものが挙げられる。 該PC の調整を、複数のバブラーから供給される有
機金属ガスを反応管まで輸送する配管に合流する補償ラ
インに設けられたマスフローコントローラにより行う。 該PC の調整を、一定の流量比に有機金属ガスを分
岐し複数のノズルから反応管に供給するための分岐回路
に並列に設けられた排気部へ通ずるラインに取付けられ
たマスフローコントローラ、又は流量可変バルブで行
う。 前記各場合に、一定の流量比に有機金属ガスを分岐
し複数のノズルにより反応管に供給する機構を、複数の
マスフローコントローラを用いることにより達成する。
うなものが挙げられる。 該PC の調整を、複数のバブラーから供給される有
機金属ガスを反応管まで輸送する配管に合流する補償ラ
インに設けられたマスフローコントローラにより行う。 該PC の調整を、一定の流量比に有機金属ガスを分
岐し複数のノズルから反応管に供給するための分岐回路
に並列に設けられた排気部へ通ずるラインに取付けられ
たマスフローコントローラ、又は流量可変バルブで行
う。 前記各場合に、一定の流量比に有機金属ガスを分岐
し複数のノズルにより反応管に供給する機構を、複数の
マスフローコントローラを用いることにより達成する。
【0008】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【0009】実施例1 図4は、本発明の第1の実施例を示す図である。図4に
おいて、符号1〜26は図3と同義であり、27は圧力
計、28は補償ライン、29はマスフローコントローラ
を意味する。配管14内の圧力を調節するため補償ライ
ン28を新たに設け、圧力計27からのフィードバック
信号によりマスフローコントローラ29により圧力を調
整する。このときマスフローコントローラ10、11、
12、13の設定値の総和は、マスフローコントローラ
24、25、26の設定値の総和よりも大きくする必要
がある(例えば1.2倍)。また配管14内の圧力:P
C と反応管内の圧力:PR との差は、流量を安定させる
ためマスフローコントローラの最小動作差圧よりも高く
する必要がある。図5には、本発明を用いて行った三元
混晶InGaAsの成長におけるマスフローコントロー
ラ10、11、12、13の指示値を成長回ごとにプロ
ットしたものを示す。すなわち、図5は、本発明の効果
を、成長回数(横軸)と、マスフローコントローラ指示
値(sccm、縦軸)との関係で示した図である。マスフロ
ーコントローラ24、25、26の設定値はそれぞれ7
00、700、500sccmであり、マスフローコントロ
ーラ10、11、12、13の設定値はそれぞれ100
0、700、500、300sccmである。配管14内の
圧力PC は300トール、反応管内の圧力PR は100
トールに設定している。PC とPR の差200トールは
本実施例で用いたマスフローコントローラの最小動作差
圧よりも大きい。マスフローコントローラ10、11、
12、13の指示値はいつもそれぞれの設定値を示し、
成長回ごとに変動しない。一方Pc を150トールに設
定すると、マスフローコントローラ10、11、12、
13の指示値は成長回ごとに変動し、既述の図6のよう
になった。PC とPR の差50トールは本実施例で用い
たマスフローコントローラの最小動作差圧よりも小さい
からである。
おいて、符号1〜26は図3と同義であり、27は圧力
計、28は補償ライン、29はマスフローコントローラ
を意味する。配管14内の圧力を調節するため補償ライ
ン28を新たに設け、圧力計27からのフィードバック
信号によりマスフローコントローラ29により圧力を調
整する。このときマスフローコントローラ10、11、
12、13の設定値の総和は、マスフローコントローラ
24、25、26の設定値の総和よりも大きくする必要
がある(例えば1.2倍)。また配管14内の圧力:P
C と反応管内の圧力:PR との差は、流量を安定させる
ためマスフローコントローラの最小動作差圧よりも高く
する必要がある。図5には、本発明を用いて行った三元
混晶InGaAsの成長におけるマスフローコントロー
ラ10、11、12、13の指示値を成長回ごとにプロ
ットしたものを示す。すなわち、図5は、本発明の効果
を、成長回数(横軸)と、マスフローコントローラ指示
値(sccm、縦軸)との関係で示した図である。マスフロ
ーコントローラ24、25、26の設定値はそれぞれ7
00、700、500sccmであり、マスフローコントロ
ーラ10、11、12、13の設定値はそれぞれ100
0、700、500、300sccmである。配管14内の
圧力PC は300トール、反応管内の圧力PR は100
トールに設定している。PC とPR の差200トールは
本実施例で用いたマスフローコントローラの最小動作差
圧よりも大きい。マスフローコントローラ10、11、
12、13の指示値はいつもそれぞれの設定値を示し、
成長回ごとに変動しない。一方Pc を150トールに設
定すると、マスフローコントローラ10、11、12、
13の指示値は成長回ごとに変動し、既述の図6のよう
になった。PC とPR の差50トールは本実施例で用い
たマスフローコントローラの最小動作差圧よりも小さい
からである。
【0010】実施例2 図7は本発明の第2の実施例を示す図である。図7にお
いて、符号1〜27は図4と同義であり、30は圧力調
整弁、31は排気用ラインを意味する。マスフローコン
トローラ10、11、12、13と並列に、排気部に通
ずるライン31を設け、圧力調整弁30により配管14
内の圧力を調整する。このときマスフローコントローラ
10、11、12、13の設定値の総和は、マスフロー
コントローラ24、25、26の設定値の総和よりも小
さくする必要がある。
いて、符号1〜27は図4と同義であり、30は圧力調
整弁、31は排気用ラインを意味する。マスフローコン
トローラ10、11、12、13と並列に、排気部に通
ずるライン31を設け、圧力調整弁30により配管14
内の圧力を調整する。このときマスフローコントローラ
10、11、12、13の設定値の総和は、マスフロー
コントローラ24、25、26の設定値の総和よりも小
さくする必要がある。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように本発明を用いれば、
反応管内の原料ガスの流速分布を制御するために設けた
複数のノズルに原料ガスを割り振る際、マスフローコン
トローラの入口側と出口側とに十分な圧力差を付けるこ
とができる。そのためマスフローコントローラの流量が
安定した成長回ごとに変動することがない。これにより
正確な流量制御が可能となり基板全面にわたり組成と層
厚が均一な三元及び四元混晶層を成長することができ
る。
反応管内の原料ガスの流速分布を制御するために設けた
複数のノズルに原料ガスを割り振る際、マスフローコン
トローラの入口側と出口側とに十分な圧力差を付けるこ
とができる。そのためマスフローコントローラの流量が
安定した成長回ごとに変動することがない。これにより
正確な流量制御が可能となり基板全面にわたり組成と層
厚が均一な三元及び四元混晶層を成長することができ
る。
【図1】本発明における原料ガスの流れに沿った圧力分
布を示す図である。
布を示す図である。
【図2】従来の技術における原料ガスの流れに沿った圧
力分布を示す図である。
力分布を示す図である。
【図3】従来技術の装置構成を説明する図である。
【図4】本発明の第1の実施例を説明する図である。
【図5】本発明の効果を示す図である。
【図6】従来技術の効果を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施例を説明する図である。
1:反応管、2:高周波誘導コイル、3:カーボン製サ
セプター、4:半導体基板、5:サセプター回転機構、
6:排気用ロータリーポンプ、7:圧力計、8:圧力調
整弁、9:ノズル、10、11、12、13:マスフロ
ーコントローラ、14:原料ガスを反応管へ輸送する配
管、15、16、17:圧力調整弁、18、19、2
0:圧力計、21、22、23:有機金属の入ったバブ
ラー、24、25、26:マスフローコントローラ、2
7:圧力計、28:補償ライン、29:マスフローコン
トローラ、30:圧力調整弁、31:排気用ライン
セプター、4:半導体基板、5:サセプター回転機構、
6:排気用ロータリーポンプ、7:圧力計、8:圧力調
整弁、9:ノズル、10、11、12、13:マスフロ
ーコントローラ、14:原料ガスを反応管へ輸送する配
管、15、16、17:圧力調整弁、18、19、2
0:圧力計、21、22、23:有機金属の入ったバブ
ラー、24、25、26:マスフローコントローラ、2
7:圧力計、28:補償ライン、29:マスフローコン
トローラ、30:圧力調整弁、31:排気用ライン
Claims (4)
- 【請求項1】 有機金属の入ったバブラー内の圧力を一
定値:PB に保ちつつ、該バブラー内においてキャリア
ガスをバブリングさせることにより該有機金属ガスを供
給する機構、複数の該バブラーから供給された有機金属
ガスを反応管まで輸送する配管、一定の流量比に該有機
金属ガスを分岐し、複数のノズルから反応管に供給する
機構、及び反応管内の圧力を大気圧よりも低い圧力:P
R に保ちつつ基板上に薄膜を成長させる機構を有する有
機金属気相成長装置において、該有機金属ガスを反応管
まで輸送する配管に、該配管内の圧力を一定値:PC に
保つ機構を設けたことを特徴とする有機金属気相成長装
置。 - 【請求項2】 該PC の調整を、複数のバブラーから供
給される有機金属ガスを反応管まで輸送する配管に合流
する補償ラインに設けられたマスフローコントローラに
より行うことを特徴とする請求項1に記載の有機金属気
相成長装置。 - 【請求項3】 該PC の調整を、一定の流量比に有機金
属ガスを分岐し複数のノズルから反応管に供給するため
の分岐回路に並列に設けられた排気部へ通ずるラインに
取付けられたマスフローコントローラ、又は流量可変バ
ルブで行うことを特徴とする請求項1に記載の有機金属
気相成長装置。 - 【請求項4】 一定の流量比に有機金属ガスを分岐し複
数のノズルにより反応管に供給する機構を、複数のマス
フローコントローラを用いることにより達成することを
特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機金
属気相成長装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3184017A JP2567309B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 有機金属気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3184017A JP2567309B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 有機金属気相成長装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05121336A JPH05121336A (ja) | 1993-05-18 |
JP2567309B2 true JP2567309B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=16145885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3184017A Expired - Fee Related JP2567309B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 有機金属気相成長装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2567309B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3415862B2 (ja) * | 1992-07-06 | 2003-06-09 | 株式会社フジクラ | Cvd原料気化装置 |
JP4232279B2 (ja) * | 1999-07-06 | 2009-03-04 | ソニー株式会社 | 気相成長装置 |
CN108351240B (zh) * | 2015-08-31 | 2020-10-20 | Mks 仪器公司 | 在非临界流量条件下基于压力的流量控制的方法和装置 |
JP7302447B2 (ja) * | 2019-11-20 | 2023-07-04 | 信越半導体株式会社 | 気相成膜装置 |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP3184017A patent/JP2567309B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05121336A (ja) | 1993-05-18 |
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