JPH01205517A

JPH01205517A - 気相成長方法および装置

Info

Publication number: JPH01205517A
Application number: JP3012188A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fujii; 智藤井; Yukihisa Fujita; 恭久藤田; Toru Inai; 徹井内; Yukio Nakamori; 中森　幸雄
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1989-08-17

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】〔産業上の利用分野〕本発明は気相成長方法に関するものであって、特にＭＯ
ＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）による化合
物半導体薄膜のエピタキシャル成長に適用するものであ
る。

〔従来技術〕

ＭＯＣＶＤ法は、量産性と結晶成長層のＨ臭厚、組成比
制御性を兼ね備えていることから、近年高性能半導体素
子を作製するだめの重要な技術となっている。　ＭＯＣ
ＶＤ法によりエピタキシャル成長を行う場合に、成長時
に成長層の組成、成長速度等の成長パラメータをその場
で測定（ｉｎ−ｓｉｔｕ　ｍｅａｓｕｒｃｍ−ｅｎｔ）
することが本来好ましいが、シリコンのエピタキシャル
成長装置を含めて、従来の気相成長装置Ｈでは成長パラ
メータの、その場測定は困娼ｆである。ごのため実用装
置において成長パラメータの、その場観察は行われてい
ないのが現状である。

ＭＯＣＶＤ法は、有機金属化合物（ＭＯ）または、金泥
の水素化物を原料ガスとして２、これらを水素ガス（＋
−（・）で希釈後反応室へ送り込み、基板近傍における
熱分解反応を利用して基板上に薄膜結晶を堆積するもの
である。ごの原理からして、基板近傍での原料ガス濃度
は成長層の成長速度、組成比を制御する上で極めて重要
なパラメータであることが理解できる。

森、冷水編、［エピタキシャル成長技術実用データ集」
、ザイエンスフォーラム社、ｐ４６−５６　（１９８５
）によれば、ＧａΔＳ成長層を得る場合、原料として１
−リノチルガリウム（Ｍｅａ　Ｇａ）　、アルシン（Δ
ＳＨ：Ｉ）を用いた際、成長速度はキャリアガス（Ｉ（
２）流量一定の場合、Ｍｅ：＋Ｇａモル濃度に比例し、
また原料ガス濃度を一定、か一つ基板近傍のガス流れに
おいてよどめ層が存在する場合、キャリアガス流量の平
方根に比例する。また、ＧａｘＡρ快ＸＡＳ成長層をｉ
ＸＩる場合、組成比ＸばＭｅ　−ｊ　Ｇａとトリノヂル
アルミニウム（ＭｅａＡｐ）の濃度比で決定される。

以下に、通當利用されるＭＯガス濃度剖算法を示す。

ＭＯガス濃度は−ＭＯの入っている容器−＼送り込まれ
るバブリング（ＭＯは液体）ガス流ｆｆ１−　（Ｖ）、
容器を格納する恒温槽温度（Ｔ）におけるＭＯの蒸気圧
（Ｐ）と、ＭＯガスを希釈するＨ　２ガス流量（Ｖ）よ
り計算できる。ＭＯのモル数をｎとずれば、モル濃度（
Ｃ）は下式で示される。ここで、ｋはボルツマン定数、
Ｎａはアボガドロ数である。

Ｃ＝Ｐｖ／ＮａｋＴＶ　　　　　　　・・・・・１１）
しかし、これには以下の問題がある。

◎（１）式より求めた濃度値は、反応管へ送り込まれた
全原料ガス濃度値であり、実際の反応に寄与する原料ガ
ス濃度ではない。すなわち、反応管の形状が異なれば、
ＭＯバブリング流量（Ｖ）、キャリアＨ２流量（■）、
バブラー温度（Ｔ）が同しであっても成長層の成長速度
、組成比が異なる。

◎ガス配管中で吸着があれば、実際に反応室へ導入され
るガス濃度は（］）式より低くなる。

◎ＭＯ容器内がバブリング中に飽和状態になければ、（
１）式は成立しない。

◎芸気圧値は換算表からの推定であり、実際の実験で利
用できるよ・）な低温域でのデータ信頼性が低い。

一般に、成長層の特性向上、処理枚数向」二のため、反
応管の形状変更の頻度は高く、形状変更の度ごとに、Ｍ
Ｏバブリング流量（Ｖ）と成長速度の対応関係を取ると
い・う煩雑さがある。また、ＭＯＣＶＤ法における反応
累過程、成長メカニズム解明において、基板近傍におけ
る原料ガス濃度の測定は重要である。

基板近傍でのガス濃度測定法として、Ｊｏｕｒｎａ　１
ｏｆ　Ｃｒｙｓｌ；ａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、　ｖｏｌ、７
７、　（１９８６）　、　ｐ１８Ｂ−１９３にば、ガス
取り込め用細管を基板近傍に設げ、これより反応ガスを
サンブリングセル中−・吸引し、このセルにおける赤外
吸収からザンプリング点ガス濃度を求める方法が提案さ
れている。

しかし、この方法においても次のよ・）な問題点がある
。

◎サンプリング部と測定部か離れているため、測定結果
が得られるまで時間遅れがある。

◎サンプリング部は高温状態で、かつガス流れは動的で
あるが、測定部は常温、静的であるため基板近傍での状
態を正確に反映していない。

◎ガス取り込み用細管が基板近傍でのガス流れを変化さ
せる可能性がある。

サンプリング法には、」−記のような問題点に加え装置
構成が複雑なことから、実用装置においては前者の方法
によるガス濃度管理が一般的である。

近年、ＭＯＣ，ＶＤ法に対し、超格子等の急峻な成長層
制御、大面積・多数枚基板上への膜厚、組成比均一な成
長層制御が強く要求されるようになった。

また、反応管等の装置設計法を確立するトで、反応素過
程、成長メカニズム解明の重要性も増大し−ζきた。ご
のよ−）な背景の中で、成長バラノークのその場Ｊす定
と成長装置ハ、の帰還がより一層強（望まれるよ・うに
なってきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来技術が右する上述のよ・）な種々の欠点
を是正し、反応管内の任意の場所において、原料ガスの
流れおよび反応状態を変化させることなく、瞬時に（ｉ
ｎ−ｓｉＬｕ　）　　１つないしそれ以上の原料ガス濃
度を測定し、これを成長装置に帰還することにより従来
にない均一１、急峻な成長層を得ることかできる極めて
新規、がっ、有Ｕｊな気相成長方法およびその装置を提
供することを目的とする。

〔課題を）Ｗ決するだめの手段〕

本発明は、有機全屈化合物（ＭＯまたは金属の水素化物
を水素ガスをキャリアガスとして石英水平反応管に送り
込み、基板」Ｌに′ａ膜結晶を成長させる有機全屈気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）において、反応管内に１つある
いは２つ以」二の変調した所定の波長の光ビームを入射
して透過光強度比を求め、該透過光強度比と入射波長に
対するＭＯ固有の吸収スペク］・ルから求まる吸収断面
積とから反応管内のＭＯガスのモル濃度を検出し、ＭＯ
ガスモル濃度の経時変化から基板近傍のＭＯガスが一定
になるように水素ガス量を制御することを特徴とする。

また水素をキャリアガスとするＭＯガス生成（１〜４）
、流量制御装置（５，６）と石英水平反応管（９）と該
反応管内に薄膜結晶を成長させる基板（１２）と排気系
（１３）とからなる有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ
装置）において、１つあるいは２一つ以上の光ビームを
発生させる光学系（１４゜１５、１６．１８．２Ｌ　２
２）と光ビームを変調するチョッパ＝（１７）と光ビー
ム検出器（１９，２３）と該変調周波数と同期している
ロックインアンプ　（２０）とＭ○モル濃度を算出する
演算部（２４）とレコーダー（２５）と演算部（２４）
より受信した水素ガス流量のコントロール指令により作
動するマスフローコントローラ制御部（５，６，７）と
を有するごとを特徴とする気相成長装置である。

まず、本発明の基本原理について説明する。Ｍ０ガスは
、それぞれ特徴ある吸収スペク１−ルを持ち、これらは
例えば、自記分光光度計を用いることにより、測定する
ことができる。吸収断面積（σ）はＭＯガスを月大した
光学セルのガス蒸気圧（Ｐ）、光路長（Ｌ）、測定温度
（Ｔ）、透過光強度比（Ｉｏ／Ｉ）より求められ、 σ（λ）＝　（ｋＴ／ＰＬ）βｎ（Ｉｏ’（λ）／■　
（λ）〕・・・・・・（２）分光光度計より出力されるのは、吸光度（Ａｂｓ、）で
あり、 σ（λ）−ｋＴ　Ａｂｓ、　／　ＰＬ　　ｅ　ｏｇ　ｅ
　　イ旦し、Ａｂｓ、−ｎ　ｏｇ　（Ｉ　ａ　　（λ）
／■　（λ）〕これより、ガス蒸気圧はＰ　＝ｋＴ　Ａｂｓ、　／σＬｎｏｇ　ｅ　　イ旦し、
ｅは自然り１数の底　　　　　　・・・・・・（３）気
体の状態方程式より、モル濃度（Ｃ）はＣ−ｎ　／　ｖ
　＝　Ｐ　／　Ｎ　ａ　ｋ　Ｔ　　　　　　　・＝　−
（４］（３）、（４）よりＣ−八ｂｓ、／　６　　Ｌ　　Ｎａ　　ｅ　　ｏｇ　　
ｅ　　　　　　　　　　　　＝・＝・（５１以下、具体
的数値を用い、濃度算出過程を説明する。

第２図、第３図に本発明者が測定したジノデルカドミウ
ム（Ｍｅ２Ｃｄ）、ジエヂルテルル（Ｅｔ２Ｔｅ）の紫
外域（２００〜３００ｎｍ）における吸収スペクトルを
それぞれ示す。これらは、自記分光光度計を用い、ＭＯ
ガスを光路長５ｃｍの石英セルに封入し、測定したもの
である。

Ｍｅ２Ｃｄは　２２２ｎｍにおいて、Ｅｔ２Ｔｅは　２
４８ｒ＋ｍにおいてそれぞれ特徴的な吸収ピークを持つ
。本発明者は、これらの波長における吸収断面積を得て
おり、Ｍｅ２Ｃｄは　２２２ｎｍにおいて３．２　Ｘ　
１０　　ｃ＋ｆｌ、Ｅｔ２Ｔｅに関し２４８ｎｍにおい
て３．６ＸＩＯｃｎｌである。

第２図、第３図より読み取れるように、Ｍｅ２Ｃｄの２
２２ｎｍにおける吸光度は１．１、Ｅｔ２Ｔｅの２４８
ｎｍにおける吸光度は０．４である。（５）式において
、上述した吸光度、吸収断面積、光路長の値を、更にア
ボガト口数値Ｎａ　＝６．０２　Ｘ　１０”を代入ずれ
ば、石英セル中におけるＭ［＋２　Ｃｄ、　ＰＬ２　Ｔ
ｏの濃度値として、それぞれ３．５Ｘ１０〜６ｍｏβ／
β、７Ｘ］、Ｏ’ｍｏρ／ｐを得る。また、他の原料ガ
スについても同様に入射波長にり］する吸収断面積値を
ｆｌす、たとえばＭｅ３ＧａはＬ９５ｎｍにおいて２．
５Ｘ１０ｃｎｌ、ＥＬ３Ａ６は２００ｎｍにおいて２．
０　Ｘ　１０　　Ｃｎｔ、ΔＳＨ３ば１９０ｎｍにおい
て２．２　Ｘ　］、　ＯＣｎｔである。

以−Ｌのよ−うにＭＯガス、金泥の水素化物ガスに対し
、吸収断面積既知の波長光を入射し、その吸光度よりＭ
Ｏガス濃度を知ることができる。さらに、ＭＯガスが反
応管内を流れている場合のような〜ガス濃度が不均一な
状態においても、入射光の位置を変えることにより濃度
を測定することができる。

このようにすることにより、成長パラメータを成長中に
その場で容易にモニターすることが可能となり、それに
よって得られるデータを成長装置に帰還させて成長条イ
ノ１を１１制御することが可能となる。さらに、反応管
形状等の装置構成の変更に伴い、基板近傍の原料ガス濃
度分布が変化した場合においても容易に最適成長条件を
再現することか可能となる。

■ 〔実施例〕以Ｆ、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

（実施例１）第１実施例において、本発明による濃度モニタに関し説
明する。第１図は、本発明を適用した気相成長装置の一
例の構成を示す模式図である。

原料の門ｅシ・Ｃｄ、　Ｅｔ２ＴｃはＳ　Ｕ　Ｓ製のバ
ブラー内［１）、　（２）にあり、それぞれ恒温槽（３
）、　　（４）に収められている。バブラー内は適当な
蒸気圧で飽和状態にあり、その英気圧は恒温槽（３）、
　　（４）温度で決定する。第９図にＭｅ２ＣｄとＥｔ
２Ｔｅの英気圧曲線を示ず。ごれより恒温槽（３＋、　
ｆ４．）の温度を３ｏ　’ｃ、４０’ＣとするとＭｅｚ
Ｃｄ、ＥしＴｅの蒸気圧４Ｊそれぞれ２８ｍ＋ｉＩ（ｇ
、　　１８龍１（ｇとなる。反応管内に導入される原料
ガス量は有機金属のバブラー−・送り込まれるガス流量
、ずなわらマスフローコントＥ１−ラ（Ｍ　Ｆ　Ｃ）　
（５）、　（６１とこれらのＭＯガスを希釈するＬ（２
ガス流量Ｍ　Ｆ　Ｃ（７１で決定する。たとえば、ＭＯ
２Ｃｄ、　Ｉｔ：　Ｔｃの恒温槽（３，４）温度を３０
°Ｃ１４０°Ｃ、バブリング量をそれぞれ１０ｒｎ　ｅ
　７分、　Ｌｏｏｍ　１２７分となるようＭＦＣ（５゜
６）を設定し、ＭＯガスを希釈し反応管（９）へ送り込
むＨ２ガス流量を５β／分となるようＭＦＣ（７）を設
定した場合、」二連した（１）式を用いれば、反応管内
（９）へ導入される）’ｆｅ２Ｃｄ、−Ｅｔ２Ｔｅガス
流量はそれぞれ４Ｘ１０ｍｏβ／β、７刈０−６ｍｏβ
／ｅとなる。

原料カスはノズル（８）より石英製水平反応管（９）内
へ送り込まれ、高周波コイル（１０）により所定温度に
加熱された、例えばカーボン製のサセプタ（１１）上に
設置された基板（１２）近傍で熱分解反応し、基板（１
２）　ｌにＣｄＴｅの薄膜結晶が成長できるようになっ
ている。反応後のガスは排ガス処理装置（１３）を通し
排気される。

／４−：実ｈｌ！！例によるＭＯＣＶＤ装置においては
、従来の？１ＯＣＶｌ’ｌ装置と同様な上述の構成に加
えて、既述の原理に基づいて原料ガス濃度をモニターす
るために、次のようなモニター系が設けられている。す
なわち、石英反応管（９）から所定の距離はなれた位置
に紫外域に発光領域をもつ光源、例えば重水素ランプ（
１４）が設＆Ｊられ、　２２２ｎｍの波長のみを通ずフ
ィルター（１５）を通過後、光学系、例えばレンズ（１
６）　、　　（１６”）てビーム径５鰭φの平行光とし
てチョッパ（１７）で変調した後、ビームスプリノタ（
１８）で分岐し、一方をガス流れにグ」し直交する方向
から反応管内のサセプタ（１１）とガスノズル（８）の
中間点を通過するよう入射し、その透過光を検出器（１
９）で受け、透過光強度を電気信号としてピンクアンプ
し、これを光ビームの変調周波数で同期しているロック
インアンプ（２０）へ入力する。この信号を以下へと記
して説明する。ビームスプリンタ（１８）で分岐したも
う一方の光ビームは、石英反応管（９）の厚みの２倍の
厚めをもつ同質の石英板（２１）を透過後、光学系（２
２）、例えばミラー（２２）　、　　（２２’　）で折
り曲げられ、検出器（２３）で受け、光強度を電気信号
としてピ・ツクアップし、ロックインアンプ（２０）へ
入力する。この信号を以下Ｂと記して説明する。

ロックインアンプで増幅された信号人、Ｂは演算部（２
４）−＼入力され、石英反応管内のＭｅ２Ｃｄの２２２
ｎｍにおける正味の濃度変化を演算（すなわち光源の強
度変化、石英等の吸収を補正）し、レコーダ（２５）に
送られＭｅ＋・Ｃｄの濃度変化を正確に測定できるよ・
うになっている。また、演算部（２４）はマスフロ−コ
ント１コーラ制御部（２６）に接続されており、反応管
内の原料ガス濃度を所定の値にコンＩ・Ｉ′１−ルでき
るよう、ガス流量を調整できるようになっている。この
ように、気相底−長装置内において基板上に薄膜結晶を
エビクキシャル成長させるに際し、上記成長装置反応管
内へ、２２２ｎｍの波長光を入則し、その透過光の強度
より、反応管内へ導入されたＭｅ２Ｃｄガス濃度をモニ
ターすること、更に、それら透過光強度の時間変化に基
づいて、−に記ＮＨ’Ａ結晶の成長条件を制御すること
かできる。

下記に装置の基本条件を示す。

ト１ｅ：ｃｄｊ亘温１曹（３）温度　：２５°Ｃ〜３５
°ＣＭｅ２ｃｄハゾラー（Ｊ）へ送り込むＨ２ガス流量（５
）：１０ｍ＋２／分−１，ＯＯｍ　Ｅ　／分ＥＬシ・Ｔ
ｅ恒温槽（４）温度：２５°Ｃ〜４０°ＣＥｔ２Ｔｅバブラー（２）へ送り込むｔ（２ガス流１１
（６）：ＩＱ　ｍ　　Ｏ／　分−１００ｍ　　Ｅ　／　
分希釈Ｈ２ガス流量（７）：！Ｍ！／分成長基板（１２）　　：　ＣｄＴｅ基板、結晶方位（１
１１）Ａ面基板温度：常温・〜４５０°Ｃ成長圧力＝１気圧第１実施例においては、第１図の装置を用い基板温度を
常温、希釈）Ｉ　２量を５７！／分と一定とし、反応管
内にＭｅ２Ｃｄのみを導入することとして、Ｍｅ２Ｃｄ
バブラー・＼送り込むＨ２ガス流量をＱ　ｒｎβ／分〜
１００ｍ　ｅ　７分まて変化さ−せた場合、第４図にレ
コーダ（２５）に出力された結果を示す。これより、本
発明により、バブラーへ送り込むガス流量に対し、ＭＯ
ガス濃度がリニアに増加しないことがモニターできる。

（実施例２）第２実施例において、本発明によるガス濃度制御６御に関し説明する。第１図の装置を用い基板温度を常温
、希釈Ｈ２量を５３βｍと一定とし、反応管内へＭｅ２
Ｃｄのみをバブリング流ｆｆ１ｌｏｒｒ＋７＋／分て導
入し、ノズル（８）の形状が０．２５インチのＳＯＳパ
イプである場合のガス濃度時間変化を第５図に示す。レ
コーダ（２５）に出力されたモニター結果（すなわら、
濃度測定結果をＭＦＣ制御部−、フィードバックしてい
ない場合）を破線で示す。

ガス導入直後、約３分間に渡って見られる濃度変動は、
０．２５インチ径のノズルより吹き出したＭＯガスの乱
れが反応管内に安定するまでの時間である。次に、濃度
演算結果をマスフローコントローラ制御部（２６）に帰
還し、所定の濃度値にガス流量を制御した場合の濃度変
化を実線で示す。

これより本発明による制御法より単純なノズル構造にお
いて、均一、かつ急峻な濃度制御ができることがわかる
。

（実施例３）第３実施例では、ＣｄＴｅ薄膜成長に関する本発明適用
例を説明する。なお、第６図以下においては、第１図と
同一機能を有する部分には同一の符号を付し、必要に応
してその説明を省略する。

第６図に示すように、第３実施例によるＭＯＣＶＤ装置
においては、光源（１４）からの光ビームを２つのフィ
ルター（１５）　、　　（１５’　）を通し、２つの光
ビームとして反応管（９）−人射し、それぞれ別個の検
出器（１９）　、　　（１９’　）で受ける。フィルタ
ー（１５）　、　　（１５’　）の透過波長は２２２ｎ
ｍと２４８ｎｍであり、これはそれぞれＭｅ２ＣｄとＥ
ｔ２Ｔｅの吸収ピーク波長と一致している。本発明者は
両波長における両原料ガスの吸収断面積を得ており、下
表にこれを示す。

れている混合状態での吸収スペクＩ−ルを示ず。実験条
件は反応管内を常温とし、希釈Ｈ２流量を５１２／分、
Ｍｅ２ＣｄとＥＩＴｅの各バブラー・＼送り込むＨ；！
ガス流量をそれぞれ１０ｍＡ／分、　　］、ＯＯｍ／！
／分とした。同図にそれぞれのＭＯガスを単体で、かつ
同流量で流した場合の吸収スペクＩ・ルを示ず。

これより、混合状態のスペクトルは単体におけるスペク
Ｉ−ルの重さね合わせであることがわかる。

これより検出器（１９）　、　　（１９’　）でｆ、４
ｒられたデータと上記表の吸収断面積データから（５）
式に基づいた連立方程式を演算すれば、混合状態におい
てもＭｅ：　Ｃｄ、　　Ｅｔ２Ｔｅそれぞれの濃度を求
めるごとができる。第８図において反応管内を常温とし
、希釈Ｈ２流量５β／分、ＥＣ；Ｔｅバブリングｍ　１
００ｍβ／分と一定とした場合に、ＭｅＳ・Ｃｄ流量を
Ｏ〜１００ｒｎβ／分まで変化さ−Ｕた場合のＭｅ２Ｃ
ｄｉＪ１度を示す。

このデータは第１実施例で述べた第３図の結果と一致し
た。以」二のことから、本発明によれば、複数のガスが
共存して反応管内を流れる場合においても、それぞれの
ガス濃度を個別にモニターできる。更に、第２実施例と
同様に、それぞれのガスに対し個別に均一、か一つ急峻
な濃度制御ができることかわかる。

（実施例４）第４実施例では、ｃａＯ，８Δρ。２Ａｓ薄映成長に関
する本発明適用例を説明する。原料としてＭｅ：＋Ｇａ
。

Ｅｔ、＋　Ａｒ、Δ５ｌ（３を用いた。第１０図に第４
実施例におりるＭＯ（：ＶＤ装置を示す。Δ５ｌＩ３は
Ｈ２て１０％界釈され２０　Ｋｇ／　ｃ＋＋Ｉ　Ｃで充
てんされたボン・＼（２７）より減圧光（２８）で０．
１ａｔｍに減圧された後、ＭＦＣ（２９）により流量を
たとえば２５０ｍ　ｅ／分とし希釈ラインに合流する。

Ｍｅ：＋　Ｇａ、　Ｅｔａ　Ａ　ｅは恒温槽（３，４）
に格納され、恒温槽温度は例えばＯ’ｃ、２０°Ｃとし
た。光源（１４）からの光ビームは３つのフィルター（
１５）　。

（１５’　）　、　　（＋５”）を通し、それぞれの透
過波長を　１９０ｎｍ、　　１９５ｎｍ、　　２００ｎ
ｍとした。これは、八ｓ■■ｙ。

Ｍｅ：＋　Ｇａ、　　ＥＩ　Ａ　７！の濃度モニター光
の波長と対応する。

成長圧力１ａＬｍ、、成長温度を８５０°Ｃとし、■族
原％’４　（Ａｓ＋（３）　、ｍｌ族原料（Ｍｅ：＋　
Ｇａ＋ＩＥｔ３Ａ　ＩＩ　）比を５０．１、Ｍｅ３Ｇａ
とＥｔ３ＡＮの濃度比を４：１となるようＭＦＣ系を制
御し、ＧａＡｓ基板上に１μｍのＧａｏ８Ａρｏ２＾Ｓ
薄膜を成長させた。この薄膜の４．２Ｋにおりるフメト
ルミネソセンス（試オー１に強力な光、たとえばＡｒレ
ーザ光を入射することによって試料が発するケイ光）を
測定したところ、７８０ｎｍにおけるルミネッセンスの
半値幅が、制御−１ずに成−ＪＷ　Ｌだ場合と比較して
約１０％減少した。

これより、本発明による原料ガスの組成比制御の結果、
成長薄膜中のＧａとＡ／の組成比均一な薄膜がｉＨられ
ることかわかる。

以上、本発明の実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種変形が可能である。

例えば、上述の実施例においては、反応管内へ入射する
光ビームの波長は原料ガスの吸収ピーク波長と一致して
いるが、入射光に対する原料ガスの吸収断面積を予め測
定しておけば、入射光波長に関し限定されない。光ビー
ムの入射位置に関し、本実施例ではガスノズルとザセプ
タの中間点を選んだが、これは反応管のザセプク上流側
には反応生成物、金属等が付着しないので、入射光ロス
がないという理由による。よって、入射位置におけるく
もり防止構造をもった反応管を用いることにより、上述
例と異なる任意の入射位置で本発明を適用できる。さら
にまた、上述の実施例で用いた第１図にしめずＭＯＣＶ
Ｄ装置とは異なる構成のＭＯＣＶＤ装置を用いてもよい
。また、上述の実施例においてはＣｄＴｅ、　ＧａＡβ
ΔＳを気相成長させる場合に本発明を適用した場合につ
き説明したが、これら以外の化合物半導体は勿論、元素
半導体やその他の各種物質の気相成長に゛も本発明を適
用することが可能である。

〔効果〕

本発明によれば、反応管内の原料ガス濃度を成長中にそ
の場で、原料ガス流れを乱すことなく容易にモニターす
ることが可能となり、それによって得られるデータを成
長装置に帰還させて成長条件を制御することにより、従
来にない膜厚、組成比均一な曹欣をｉ÷するごとがてき
る。更にまた、反応管形状等の装置構成の変更に伴い、
基板近傍の原料ガス濃度分布か変化した場合においても
容易に最適成長条件を再現および／またム」、急峻なガ
ス切り換えが行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例によるＭＯＣＶＤ装置に構
成図、第２図は自記分光光度計により測定したＭ＋・−
・Ｃｄの吸収スペク１−ル図、第３図ｉＪ自記分光光度
ｉＩにより測定したＥｔ２Ｔｅの吸収スペクＩ・ル図、
第４図は第１実施例においてＭｅ：Ｃｄ流量を種々変え
たときのガス濃度モＪ−クー結果を示すグラフ、第５図
は第２実施例においてＭｅｐＣｄを反応管内に導入した
直後からのガス濃度時間変化と本発明のガス濃度制御性
のｍノ果を示すグラフ、第６図は第３実施例によるＭＯ
ＣＶＤ装置の構成図、第７図は第３実施例乙こおいて、
自記分光光度計を用いＭｅｐＣｄとＥＬ２Ｔｅが混合状
態で流れている場合の吸収スペクＩ−ル図、第８図は第
３実施例において、ＭｅｐＣｄとＥしＴｅが混合状態で
流れている場合に１ｉｔ２Ｔｃ流量を一定とし、Ｍｅ２
Ｃｄ流量を種々変化したときのＭｅ２Ｃｄｉ度を示すグ
ラフで、第９図はＭｅｐＣｄとＥｔ２Ｔｅの蒸気圧曲線
を示すグラフ、第１０図は第４実施例によるＭＯＣＶＤ
装置の構成図である。１．２・・バブラー、　３，４・・・恒温槽、５．６・
・・バブラー−１送り込むＨ２流量制御用肝Ｃ１７・・
・希釈Ｈ２流量制御用ＭＦＣ１８・・・ガスノズル、　　９・・・石英水平反応管、１
０・・・ＲＦニノイル、　　１１・・ザセプタ、１２・
・・基板、　　１３・・・排ガス処理装置、１４・・・
光源、　　１５・・・フィルター、１６．２２・・・光
学系、　　１７・・チョッパ１８・・ビームスプリンタ
、　　１９．２３・検出器、２０・・ロックインアンプ
、　　２１・・・石英板、２４・・・演算部、　２５・
・・レコーダ、２６・・・Ｍ　Ｆ　Ｃ制御部、　２７・
・・Δ５Ｉ（３ボンベ、２８・・・減圧弁、　２９・・
・訴＋（３流量調整用ＭＦＣ出　願　人　　新日本製鐵
株式会社代理人弁理士　　青　　柳　　　稔吸光度吸光度一−−−□−−−−□■ Ｍｅ２Ｃｄ流量第４図濃度（ｍｏｌβ）手続主＋４７　ｊＥ書（自発）昭和６３年６月１５日１事件の表示昭和６３年特許願第３０１２１号２、発明の名称気相成長方法および装置３補正をする者事件との関係　　　特許出願人住所　東京都千代田区人手町二丁目６番３号名称　（６
６５）新日本製鐵株式会社代表者−齋　　藤　　　　　裕４代　　理　　人　　　　〒１０１　　　　１１０３（
８６３）０２２０住　所　　東京都千代田区岩本町３丁
目４番５号第−東ヒル６補正により増力１１する請求項
の数　　　な　し８、補正の内容（１）明細書第７頁１５行のｒ　（ＭＯ，を「（ＭＯ）
Ｊに補正する。（２）同第１１頁２行の「得ず」を「得ており」に補正
する。（３）同第２１頁５行のｒ４．２Ｋｊを「常温」に補正
する。（４）同第２１頁８行のｒ７８０Ｊをｒ　７４０．１に
補正する。（５）図面第２図および第３図を別紙のとおり補正する
。

Claims

【特許請求の範囲】１、基板上に薄膜結晶を成長させる有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）において、該反応管内に１つあるいは
２つ以上の変調した所定の波長の光ビームを入射して透
過光強度比を求め、該透過光強度比と該波長に対するＭ
Ｏ固有の吸収スペクトルから求まる吸収断面積とから該
反応管内のＭＯガスのモル濃度を検出し、該ＭＯガスモ
ル濃度の経時変化から基板近傍のＭＯガスが一定になる
ように水素ガス量を制御することを特徴とする気相成長
方法。２、水素をキャリアガスとするＭＯガス生成（１〜４）
装置、ＭＯガス流量制御装置（５、６）と石英水平反応
管（９）と該反応管内に薄膜結晶を成長させる基板（１
２）と排気系（１３）とからなる有機金属気相成長装置
（ＭＯＣＶＤ装置）において、１つあるいは２つ以上の
光ビームを発生させる光学系（１４、１５、１６、１８
、２１、２２）と光ビームを変調するチョッパー（１７
）と光ビーム検出器（１９、２３）と該変調周波数と同
期しているロックインアンプ（２０）とＭＯモル濃度を
算出する演算部（２４）とレコーダー（２５）と演算部
（２４）より受信した水素ガス流量のコントロール指令
により作動するマスフローコントローラ制御部（５、６
、７）とを有することを特徴とする気相成長装置。