JPH0620964A - 薄膜成長装置 - Google Patents
薄膜成長装置Info
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- JPH0620964A JPH0620964A JP4174001A JP17400192A JPH0620964A JP H0620964 A JPH0620964 A JP H0620964A JP 4174001 A JP4174001 A JP 4174001A JP 17400192 A JP17400192 A JP 17400192A JP H0620964 A JPH0620964 A JP H0620964A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
- C23C16/4485—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 有機金属原料を用いる薄膜成長装置に関し、
原料を大量に安定して供給して薄膜を再現性よく成長す
る薄膜成長装置を成長する。 【構成】 液体または固体であるＴＢＰ等の有機金属原
料を収容する有機金属シリンダ６と、この有機金属シリ
ンダ６から有機金属原料をその蒸気圧によって反応炉に
供給する手段と、この有機金属原料の供給量を制御する
マスフローコントローラ１０と、このマスフローコント
ローラ１０の一次側に設けられた圧力計９とを具えるよ
う構成し、圧力計９の指示値が所定の値になるように、
有機金属シリンダ６の加熱装置あるいは超音波発振装置
の供給電力をフィードバック制御する。また、マスフロ
ーコントローラ１０の一次側にパージライン３を設け、
成長終了時あるいは有機金属原料を交換する場合のパー
ジを完全にする。
原料を大量に安定して供給して薄膜を再現性よく成長す
る薄膜成長装置を成長する。 【構成】 液体または固体であるＴＢＰ等の有機金属原
料を収容する有機金属シリンダ６と、この有機金属シリ
ンダ６から有機金属原料をその蒸気圧によって反応炉に
供給する手段と、この有機金属原料の供給量を制御する
マスフローコントローラ１０と、このマスフローコント
ローラ１０の一次側に設けられた圧力計９とを具えるよ
う構成し、圧力計９の指示値が所定の値になるように、
有機金属シリンダ６の加熱装置あるいは超音波発振装置
の供給電力をフィードバック制御する。また、マスフロ
ーコントローラ１０の一次側にパージライン３を設け、
成長終了時あるいは有機金属原料を交換する場合のパー
ジを完全にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属原料を用いる
薄膜成長装置に関する。
薄膜成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】古くから、化合物半導体層の成長工程に
おいて、Ｖ族元素の原料としてアルシン、ホスフィン等
のハイドライドガスが用いられてきた。しかし、これら
のガスは高圧ガスであるためにその取扱が容易でなく、
爆発の危険があり、また、毒性が強いため安全対策上の
問題があった。そのため、室温で液体であり、毒性が弱
い有機Ｖ族原料が注目を集め、通常、液体有機Ｖ族原料
を水素によってバブリングする方法が採用されている。
おいて、Ｖ族元素の原料としてアルシン、ホスフィン等
のハイドライドガスが用いられてきた。しかし、これら
のガスは高圧ガスであるためにその取扱が容易でなく、
爆発の危険があり、また、毒性が強いため安全対策上の
問題があった。そのため、室温で液体であり、毒性が弱
い有機Ｖ族原料が注目を集め、通常、液体有機Ｖ族原料
を水素によってバブリングする方法が採用されている。
【０００３】また、バブリング法では１本の有機金属バ
ブラには１つのマスフローコントローラのみを備えるこ
としかできず、異なった流量を必要とする成長層が連続
する場合には、バブラを複数設置しなければならなかっ
た。流量を変える場合もバブリング法では安定するのに
長時間を要した。
ブラには１つのマスフローコントローラのみを備えるこ
としかできず、異なった流量を必要とする成長層が連続
する場合には、バブラを複数設置しなければならなかっ
た。流量を変える場合もバブリング法では安定するのに
長時間を要した。
【０００４】図１０は、従来の化合物半導体層成長装置
の構成説明図である。この図において、５１は主水素供
給管、５２は希釈用水素供給管、５３はバブリング用水
素供給管、５４はマスフローコントローラ、５５は絞り
弁、５６は恒温槽、５７1 はＴＢＰ用有機金属シリン
ダ、５７2 はＴＭＩｎ用有機金属シリンダ、５７3 はＴ
ＥＧａ用有機金属シリンダ、５８はバレル型反応炉、５
９は成長基板、６０は圧力計、６１は圧力制御弁、６２
は排気ポンプ、６３は除害装置、６４は排気管である。
の構成説明図である。この図において、５１は主水素供
給管、５２は希釈用水素供給管、５３はバブリング用水
素供給管、５４はマスフローコントローラ、５５は絞り
弁、５６は恒温槽、５７1 はＴＢＰ用有機金属シリン
ダ、５７2 はＴＭＩｎ用有機金属シリンダ、５７3 はＴ
ＥＧａ用有機金属シリンダ、５８はバレル型反応炉、５
９は成長基板、６０は圧力計、６１は圧力制御弁、６２
は排気ポンプ、６３は除害装置、６４は排気管である。
【０００５】この従来の化合物半導体層成長装置の構成
と成長基板上にＩｎＧａＰ薄膜を成長する場合の操作状
況を説明する。 ０．主水素供給管５１から水素をマスフローコントロー
ラ５４によって流量制御して圧力計６０を有するバレル
型反応炉５８に供給する。 １．希釈用水素供給管５２から供給される希釈用水素を
マスフローコントローラ５４によって流量制御してバレ
ル型反応炉５８側に供給し、また、バブリング用水素供
給管５３から供給されるバブリング用水素をマスフロー
コントローラ５４によって流量制御して、恒温槽５６に
よって一定の温度に保持されているターシャリブチルホ
スフィン（ＴＢＰ）用有機金属シリンダ５７1 中のＴＢ
Ｐをバブリングしてバレル型反応炉５８側に供給する。
この経路の要所要所にガスの流量を調節する絞り弁５５
が設けられており、ガスの供給量の調節や経路の切替え
を行う（第１系統） 。
と成長基板上にＩｎＧａＰ薄膜を成長する場合の操作状
況を説明する。 ０．主水素供給管５１から水素をマスフローコントロー
ラ５４によって流量制御して圧力計６０を有するバレル
型反応炉５８に供給する。 １．希釈用水素供給管５２から供給される希釈用水素を
マスフローコントローラ５４によって流量制御してバレ
ル型反応炉５８側に供給し、また、バブリング用水素供
給管５３から供給されるバブリング用水素をマスフロー
コントローラ５４によって流量制御して、恒温槽５６に
よって一定の温度に保持されているターシャリブチルホ
スフィン（ＴＢＰ）用有機金属シリンダ５７1 中のＴＢ
Ｐをバブリングしてバレル型反応炉５８側に供給する。
この経路の要所要所にガスの流量を調節する絞り弁５５
が設けられており、ガスの供給量の調節や経路の切替え
を行う（第１系統） 。
【０００６】２．希釈用水素供給管５２から供給される
希釈用水素をマスフローコントローラ５４によって流量
制御してバレル型反応炉５８側に供給し、また、バブリ
ング用水素供給管５３から供給されるバブリング用水素
をマスフローコントローラ５４によって流量制御して、
恒温槽５６によって一定の温度に保持されているトリメ
チルインジウム（ＴＭＩｎ）用有機金属シリンダ５７2
中のＴＭＩｎをバブリングしてバレル型反応炉５８側に
供給する（第２系統）。
希釈用水素をマスフローコントローラ５４によって流量
制御してバレル型反応炉５８側に供給し、また、バブリ
ング用水素供給管５３から供給されるバブリング用水素
をマスフローコントローラ５４によって流量制御して、
恒温槽５６によって一定の温度に保持されているトリメ
チルインジウム（ＴＭＩｎ）用有機金属シリンダ５７2
中のＴＭＩｎをバブリングしてバレル型反応炉５８側に
供給する（第２系統）。
【０００７】３．希釈用水素供給管５２から供給される
希釈用水素をマスフローコントローラ５４によって流量
制御してバレル型反応炉５８側に供給し、また、バブリ
ング用水素供給管５３から供給されるバブリング用水素
をマスフローコントローラ５４によって流量制御して、
恒温槽５６によって一定の温度に保持されているトリエ
チルガリウム（ＴＥＧａ）用有機金属シリンダ５７3 中
のＴＥＧａをバブリングしてバレル型反応炉５８側に供
給する（第３系統）。
希釈用水素をマスフローコントローラ５４によって流量
制御してバレル型反応炉５８側に供給し、また、バブリ
ング用水素供給管５３から供給されるバブリング用水素
をマスフローコントローラ５４によって流量制御して、
恒温槽５６によって一定の温度に保持されているトリエ
チルガリウム（ＴＥＧａ）用有機金属シリンダ５７3 中
のＴＥＧａをバブリングしてバレル型反応炉５８側に供
給する（第３系統）。
【０００８】また、バレル型反応炉５８内の成長基板５
９の上にＩｎＧａＰ層を成長した後に排出されるガス、
または、バレル型反応炉５８をバイパスするガスは圧力
制御弁６１を経て、排気ポンプ６２によって吸引され、
除害装置６３によって無害化されて排気管６４から外部
に排出される。
９の上にＩｎＧａＰ層を成長した後に排出されるガス、
または、バレル型反応炉５８をバイパスするガスは圧力
制御弁６１を経て、排気ポンプ６２によって吸引され、
除害装置６３によって無害化されて排気管６４から外部
に排出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来の化合物半
導体層成長装置を用いてＩｎＧａＰ層を成長する場合、
ＴＢＰ用有機金属シリンダ５７1 中のＴＢＰは恒温槽５
６によって１０℃に保たれるが、バブリング用水素の流
量を５００ｃｃ／ｍｉｎにしてもＶ／ＩＩＩ比は１０程
度にしかならなず、ＩｎＧａＰ層を成長するに足るリン
（Ｐ）圧が得られず、成長基板５９上のＩｎＧａＰ成長
層の表面が白濁する。
導体層成長装置を用いてＩｎＧａＰ層を成長する場合、
ＴＢＰ用有機金属シリンダ５７1 中のＴＢＰは恒温槽５
６によって１０℃に保たれるが、バブリング用水素の流
量を５００ｃｃ／ｍｉｎにしてもＶ／ＩＩＩ比は１０程
度にしかならなず、ＩｎＧａＰ層を成長するに足るリン
（Ｐ）圧が得られず、成長基板５９上のＩｎＧａＰ成長
層の表面が白濁する。
【００１０】そのため、バレル型反応炉５８でＩｎＧａ
Ｐ層の成長速度を落とさないようにするために必要なＶ
／ＩＩＩ比１００を得るには、ＴＢＰ用有機金属シリン
ダ５７1 を１０本程度並列にして用いることが考えられ
るが、このように複数の有機金属シリンダを用意し、各
々小流量のバブリングを行い、並列に同時供給する方法
を採用すると著しくコストが嵩むという問題がある。ま
た、このバブリング法には原料の取り出し量が不安定に
なるという問題を除くことができない。
Ｐ層の成長速度を落とさないようにするために必要なＶ
／ＩＩＩ比１００を得るには、ＴＢＰ用有機金属シリン
ダ５７1 を１０本程度並列にして用いることが考えられ
るが、このように複数の有機金属シリンダを用意し、各
々小流量のバブリングを行い、並列に同時供給する方法
を採用すると著しくコストが嵩むという問題がある。ま
た、このバブリング法には原料の取り出し量が不安定に
なるという問題を除くことができない。
【００１１】図１１は、バブリングによる取り出し量の
不安定性を示す図である。この図において、横軸は薄膜
成長開始後の経過時間を示し、縦軸はＴＢＰの実流量を
示している。この図はバブリング用水素を２００ｃｃ／
ｍｉｎの流量でＴＢＰをバブリングした場合に、ＴＢＰ
の取り出し量（実流量）が変動する状態を示している。
不安定性を示す図である。この図において、横軸は薄膜
成長開始後の経過時間を示し、縦軸はＴＢＰの実流量を
示している。この図はバブリング用水素を２００ｃｃ／
ｍｉｎの流量でＴＢＰをバブリングした場合に、ＴＢＰ
の取り出し量（実流量）が変動する状態を示している。
【００１２】この図に示されているように、バブルの発
生に伴いＴＢＰの実流量が、小刻みに変動していること
がわかる。このＴＢＰの取り出し量の変動は、成長する
半導体層、特にその格子整合条件等の再現性を悪化させ
ることになる。また、このバブリング法には、原料の取
り出し量に限界があるという問題がある。
生に伴いＴＢＰの実流量が、小刻みに変動していること
がわかる。このＴＢＰの取り出し量の変動は、成長する
半導体層、特にその格子整合条件等の再現性を悪化させ
ることになる。また、このバブリング法には、原料の取
り出し量に限界があるという問題がある。
【００１３】図１２は、バブリングによる取り出し量の
飽和性を示す図である。この図は、バブリング用水素に
よるＴＢＰの取り出し量（実流量）の飽和性を示してい
る。この図によると、設定流量と実流量の曲線は、設定
流量が小さい間は実流量と一致するが、設定流量の増大
とともに飽和し、４００ｃｃ／ｍｉｎ以上で飽和蒸気圧
分の取り出し量が得られないことがわかる。これは、バ
ブルの発生状態の影響もあるが、バブリング用水素をＴ
ＢＰに接触させてＴＢＰを蒸気圧分取り出すバブリング
原理の限界を示すものである。
飽和性を示す図である。この図は、バブリング用水素に
よるＴＢＰの取り出し量（実流量）の飽和性を示してい
る。この図によると、設定流量と実流量の曲線は、設定
流量が小さい間は実流量と一致するが、設定流量の増大
とともに飽和し、４００ｃｃ／ｍｉｎ以上で飽和蒸気圧
分の取り出し量が得られないことがわかる。これは、バ
ブルの発生状態の影響もあるが、バブリング用水素をＴ
ＢＰに接触させてＴＢＰを蒸気圧分取り出すバブリング
原理の限界を示すものである。
【００１４】Ｖ族原料はその分解温度が高く、Ｖ族元素
の蒸気圧が高いことから、反応炉に成長層の化学量論値
より過剰に供給することが要求され、特に、大面積の薄
膜の成長を行う場合には反応炉に大流量の原料を供給す
ることが要求されるが、バブリングによって大流量で飽
和蒸気圧分のＴＢＰを取り出すことは前記のように困難
である。また、前記のように、バブリングの泡による不
安定性に伴い、原料を安定に供給することは困難であ
る。
の蒸気圧が高いことから、反応炉に成長層の化学量論値
より過剰に供給することが要求され、特に、大面積の薄
膜の成長を行う場合には反応炉に大流量の原料を供給す
ることが要求されるが、バブリングによって大流量で飽
和蒸気圧分のＴＢＰを取り出すことは前記のように困難
である。また、前記のように、バブリングの泡による不
安定性に伴い、原料を安定に供給することは困難であ
る。
【００１５】前記の問題を解決する方法として、室温で
液体である有機原料を水素等でバブリングすることな
く、この有機Ｖ族原料の蒸気圧によって直接反応炉に供
給して化合物半導体層を成長することがすでに提案され
ている（特開平２−２５５５９５号公報参照）。しかし
ながら、有機Ｖ族原料の液体から気体への相変化に伴う
気化潜熱の影響によって有機Ｖ族原料の温度が低下する
ため、発生する有機Ｖ族原料の蒸気圧が変化して原料の
安定な供給ができなくなるという問題が新たに見出され
た。
液体である有機原料を水素等でバブリングすることな
く、この有機Ｖ族原料の蒸気圧によって直接反応炉に供
給して化合物半導体層を成長することがすでに提案され
ている（特開平２−２５５５９５号公報参照）。しかし
ながら、有機Ｖ族原料の液体から気体への相変化に伴う
気化潜熱の影響によって有機Ｖ族原料の温度が低下する
ため、発生する有機Ｖ族原料の蒸気圧が変化して原料の
安定な供給ができなくなるという問題が新たに見出され
た。
【００１６】本発明は、原料を、大量にしかも安定に供
給して、薄膜を再現性よく成長することができる薄膜成
長装置を提供することを目的とする。
給して、薄膜を再現性よく成長することができる薄膜成
長装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる薄膜成長
装置においては前記の課題を解決するために、液体また
は固体である有機金属原料を収容する有機金属シリンダ
と、該有機金属シリンダから該有機金属原料をその蒸気
圧によって反応炉に供給する手段と、該有機金属原料の
供給量を制御するマスフローコントローラと、該マスフ
ローコントローラの一次側に設けられた圧力計とを具え
る構成を採用した。
装置においては前記の課題を解決するために、液体また
は固体である有機金属原料を収容する有機金属シリンダ
と、該有機金属シリンダから該有機金属原料をその蒸気
圧によって反応炉に供給する手段と、該有機金属原料の
供給量を制御するマスフローコントローラと、該マスフ
ローコントローラの一次側に設けられた圧力計とを具え
る構成を採用した。
【００１８】また本発明にかかる他の薄膜成長装置にお
いては、液体または固体である有機金属原料を収容する
有機金属シリンダと、該有機金属シリンダから該有機金
属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手段と、
該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコントロ
ーラと、該マスフローコントローラの一次側に設けられ
た圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が所期値
になるように該有機金属原料を加熱する加熱装置とを具
える構成を採用した。
いては、液体または固体である有機金属原料を収容する
有機金属シリンダと、該有機金属シリンダから該有機金
属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手段と、
該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコントロ
ーラと、該マスフローコントローラの一次側に設けられ
た圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が所期値
になるように該有機金属原料を加熱する加熱装置とを具
える構成を採用した。
【００１９】また本発明にかかる他の薄膜成長装置にお
いては、液体または固体である有機金属原料を収容する
有機金属シリンダと、該有機金属シリンダから該有機金
属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手段と、
該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコントロ
ーラと、該マスフローコントローラの一次側に設けられ
た圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が所定値
になるように該有機金属原料に超音波振動を与える超音
波発振装置とを具える構成を採用した。
いては、液体または固体である有機金属原料を収容する
有機金属シリンダと、該有機金属シリンダから該有機金
属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手段と、
該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコントロ
ーラと、該マスフローコントローラの一次側に設けられ
た圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が所定値
になるように該有機金属原料に超音波振動を与える超音
波発振装置とを具える構成を採用した。
【００２０】また、本発明にかかる他の薄膜成長装置に
おいては、液体または固体である有機金属原料を収容す
る有機金属シリンダと、該有機金属シリンダから該有機
金属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手段
と、該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコン
トローラと、該マスフローコントローラの一次側に設け
られた圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が所
定値になるように該有機金属原料を加熱する加熱装置
と、該有機金属原料に超音波振動を与える構成を採用し
た。
おいては、液体または固体である有機金属原料を収容す
る有機金属シリンダと、該有機金属シリンダから該有機
金属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手段
と、該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコン
トローラと、該マスフローコントローラの一次側に設け
られた圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が所
定値になるように該有機金属原料を加熱する加熱装置
と、該有機金属原料に超音波振動を与える構成を採用し
た。
【００２１】そしてこれらの発明において、マスフロー
コントローラの一次側に水素パージラインを具える構成
を採用することができる。
コントローラの一次側に水素パージラインを具える構成
を採用することができる。
【００２２】そしてまたこれらの発明において、有機金
属原料として、一般式Ｒn Ｍ，Ｒn- m ＭＨm またはＲ
n-m ＭＸ（式中Ｒはフェニル基、または炭素数１〜６の
アルキル基、有機アミノ基、Ｍは周期律表で、ＩＩ，Ｉ
ＩＩ，ＩＶ，Ｖ族の金属元素、Ｘはハロゲン元素、ｍは
１または２、ｎは１〜３の整数）で表される置換有機金
属、例えば、ターシャリブチルアルシン、エチルアルシ
ン、フェニルアルシン、、トリメチルアルシン、トリエ
チルアルシン、ジエチルアルシン、テトラエチルバイア
ルシン、トリジメチルアミノアルシン、ターシャリブチ
ルホスフィン、イソブチルホスフィン、トリメチルホス
フィン、ビスホスフィノエタン、テトラエトキシシラン
が用いることができる。
属原料として、一般式Ｒn Ｍ，Ｒn- m ＭＨm またはＲ
n-m ＭＸ（式中Ｒはフェニル基、または炭素数１〜６の
アルキル基、有機アミノ基、Ｍは周期律表で、ＩＩ，Ｉ
ＩＩ，ＩＶ，Ｖ族の金属元素、Ｘはハロゲン元素、ｍは
１または２、ｎは１〜３の整数）で表される置換有機金
属、例えば、ターシャリブチルアルシン、エチルアルシ
ン、フェニルアルシン、、トリメチルアルシン、トリエ
チルアルシン、ジエチルアルシン、テトラエチルバイア
ルシン、トリジメチルアミノアルシン、ターシャリブチ
ルホスフィン、イソブチルホスフィン、トリメチルホス
フィン、ビスホスフィノエタン、テトラエトキシシラン
が用いることができる。
【００２３】
【作用】前記の有機Ｖ族原料を直接供給する従来技術に
おける原料の気化潜熱による温度の低下は微小であるた
め、有機金属シリンダの外からは検知できないが、本発
明によると、有機金属シリンダの出口、すなわち、この
有機金属原料の流量を制御するマスフローコントローラ
の一次側に設けた圧力計の指示値の変化により原料の微
小な温度変化をモニターすることができ、さらにこの圧
力計の指示値を原料を加熱するヒーターの加熱電力にフ
ィードバックすることにより安定なガスの供給が可能に
なる。
おける原料の気化潜熱による温度の低下は微小であるた
め、有機金属シリンダの外からは検知できないが、本発
明によると、有機金属シリンダの出口、すなわち、この
有機金属原料の流量を制御するマスフローコントローラ
の一次側に設けた圧力計の指示値の変化により原料の微
小な温度変化をモニターすることができ、さらにこの圧
力計の指示値を原料を加熱するヒーターの加熱電力にフ
ィードバックすることにより安定なガスの供給が可能に
なる。
【００２４】また、原料ガスの供給量を、原料に加える
超音波振動によって調節する場合には、この圧力計の指
示値の変化により原料の温度変化をモニターし、シリン
ダに設けた超音波振動子に供給する電力を調整すること
により安定な原料ガスの供給が可能になる。
超音波振動によって調節する場合には、この圧力計の指
示値の変化により原料の温度変化をモニターし、シリン
ダに設けた超音波振動子に供給する電力を調整すること
により安定な原料ガスの供給が可能になる。
【００２５】また、マスフローコントローラの一次側に
水素パージラインを設けたことにより、薄膜の成長が終
了した後あるいは有機金属原料用シリンダを交換する場
合に有害な有機金属原料をＭＦＣや配管からパージする
ことができ取扱者の安全を確保することができる。
水素パージラインを設けたことにより、薄膜の成長が終
了した後あるいは有機金属原料用シリンダを交換する場
合に有害な有機金属原料をＭＦＣや配管からパージする
ことができ取扱者の安全を確保することができる。
【００２６】また、１本の有機金属バブラから複数のマ
スフローコントローラへ供給できるように配管を分岐す
ることにより、異なった流量を必要とする成長層が連続
する場合にも、１本のバブラを使用するだけでよく、バ
ブラの数を減らすこともできる。また、急激な流量変更
によっても泡の発生がなく、かつ圧力をコントロールし
ているため充分に追従することができる。
スフローコントローラへ供給できるように配管を分岐す
ることにより、異なった流量を必要とする成長層が連続
する場合にも、１本のバブラを使用するだけでよく、バ
ブラの数を減らすこともできる。また、急激な流量変更
によっても泡の発生がなく、かつ圧力をコントロールし
ているため充分に追従することができる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 （第１実施例）図１は、第１実施例の薄膜成長装置の要
部構成説明図である。この説明図において、１は希釈水
素供給管、２は希釈水素用マスフローコントローラ、３
はパージ水素供給管、４はパージ水素用マスフローコン
トローラ、５，８は絞り弁、６はＴＢＰ用有機金属シリ
ンダ、７は加熱装置、９は圧力計、１０はＴＢＰ用マス
フローコントローラ、１１は流量制御部である。
する。 （第１実施例）図１は、第１実施例の薄膜成長装置の要
部構成説明図である。この説明図において、１は希釈水
素供給管、２は希釈水素用マスフローコントローラ、３
はパージ水素供給管、４はパージ水素用マスフローコン
トローラ、５，８は絞り弁、６はＴＢＰ用有機金属シリ
ンダ、７は加熱装置、９は圧力計、１０はＴＢＰ用マス
フローコントローラ、１１は流量制御部である。
【００２８】この図によって、第１実施例の薄膜成長装
置の構成とこの装置を用いて薄膜を成長する過程を説明
する。この実施例の薄膜成長装置は、希釈水素供給管１
と希釈水素用マスフローコントローラ２からなる反応炉
への希釈水素供給系統と、加熱装置７を具えるＴＢＰ用
有機金属シリンダ６と絞り弁８とＴＢＰ用マスフローコ
ントローラ１０と圧力計９からなるＴＢＰ供給系統と、
パージ水素用マスフローコントローラ４と絞り弁５から
なるパージ水素供給系統とから構成されている。
置の構成とこの装置を用いて薄膜を成長する過程を説明
する。この実施例の薄膜成長装置は、希釈水素供給管１
と希釈水素用マスフローコントローラ２からなる反応炉
への希釈水素供給系統と、加熱装置７を具えるＴＢＰ用
有機金属シリンダ６と絞り弁８とＴＢＰ用マスフローコ
ントローラ１０と圧力計９からなるＴＢＰ供給系統と、
パージ水素用マスフローコントローラ４と絞り弁５から
なるパージ水素供給系統とから構成されている。
【００２９】そして、この図面には示されていないが、
水素を反応炉に供給する主水素供給系統と、バブリング
法によるＴＭＩｎ供給系統とＴＥＧａ供給系統が並列し
て設けられ、反応後のガスまたは反応炉をバイパスする
ガスを吸引する排気ポンプと排気ガスを無害化するため
の除害装置が設けられている。
水素を反応炉に供給する主水素供給系統と、バブリング
法によるＴＭＩｎ供給系統とＴＥＧａ供給系統が並列し
て設けられ、反応後のガスまたは反応炉をバイパスする
ガスを吸引する排気ポンプと排気ガスを無害化するため
の除害装置が設けられている。
【００３０】この実施例の薄膜成長装置を用い、成長炉
として多数枚同時成長が可能で再現性が優れた減圧バレ
ル型ＭＯＣＶＤ炉を用いて、有機金属を原料としてＧａ
Ａｓ基板上に、次世代の高速半導体装置やレーザ装置に
欠かせないＩｎＧａＰ薄膜を成長した例を説明する。
として多数枚同時成長が可能で再現性が優れた減圧バレ
ル型ＭＯＣＶＤ炉を用いて、有機金属を原料としてＧａ
Ａｓ基板上に、次世代の高速半導体装置やレーザ装置に
欠かせないＩｎＧａＰ薄膜を成長した例を説明する。
【００３１】この場合、リン（Ｐ）の原料として、ター
シャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用い、成長基板の
温度を５５０℃とし、成長速度を２．６Å／ｓとした。
そして、ＴＢＰ用有機金属シリンダ６の中のＴＢＰを３
０℃に保ち、一旦気化したＴＢＰが再び凝集するのを防
ぐために、絞り弁８、ＴＢＰ用マスフローコントローラ
１０を含む流量制御部１１をこれより２０℃高い５０℃
に昇温した。
シャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用い、成長基板の
温度を５５０℃とし、成長速度を２．６Å／ｓとした。
そして、ＴＢＰ用有機金属シリンダ６の中のＴＢＰを３
０℃に保ち、一旦気化したＴＢＰが再び凝集するのを防
ぐために、絞り弁８、ＴＢＰ用マスフローコントローラ
１０を含む流量制御部１１をこれより２０℃高い５０℃
に昇温した。
【００３２】ここで、第１実施例の薄膜成長法装置の操
作を説明する。 １．希釈水素供給管１から希釈用水素を導入し、希釈水
素用マスフローコントローラ２によって流量制御して反
応炉に供給する。
作を説明する。 １．希釈水素供給管１から希釈用水素を導入し、希釈水
素用マスフローコントローラ２によって流量制御して反
応炉に供給する。
【００３３】２．加熱装置７によって加熱されるＴＢＰ
用マスフローコントローラ１０にチャージされたＴＢＰ
を、その蒸気圧によって絞り弁８を経て、圧力計９によ
って圧力を監視しながら、ＴＢＰ用マスフローコントロ
ーラ１０によって流量制御して反応炉に供給する。
用マスフローコントローラ１０にチャージされたＴＢＰ
を、その蒸気圧によって絞り弁８を経て、圧力計９によ
って圧力を監視しながら、ＴＢＰ用マスフローコントロ
ーラ１０によって流量制御して反応炉に供給する。
【００３４】この際、ＴＢＰ用マスフローコントローラ
１０の一次側に設けた圧力計９の指示値は原料ガスの温
度を鋭敏に反映するから、その指示値によって原料ガス
の微小な温度の変動をモニターすることができる。
１０の一次側に設けた圧力計９の指示値は原料ガスの温
度を鋭敏に反映するから、その指示値によって原料ガス
の微小な温度の変動をモニターすることができる。
【００３５】他方、薄膜の成長の終了時あるいはＴＢＰ
等を交換する際等に、パージ水素をパージ水素供給管３
から供給し、絞り弁５、ＴＢＰ用マスフローコントロー
ラ１０を水素によってパージすることによって、人体に
有害な有機金属原料を排除して取扱者の安全を確保する
ことができる。
等を交換する際等に、パージ水素をパージ水素供給管３
から供給し、絞り弁５、ＴＢＰ用マスフローコントロー
ラ１０を水素によってパージすることによって、人体に
有害な有機金属原料を排除して取扱者の安全を確保する
ことができる。
【００３６】なお、この実施例の薄膜成長装置において
は、図示されていないが、主水素供給管から水素を反応
炉に供給するようになっており、前記のＴＢＰ供給系統
の他に、バブリング法によるＴＭＩｎ供給系統とＴＥＧ
ａ供給系統が並列して設けられ、反応炉内の成長基板の
上にＩｎＧａＰ薄膜を成長した後のガス、または、この
反応炉をバイパスするガスは排気ポンプによって吸引さ
れ、除害装置によって無害化された後に外部に排出され
る。
は、図示されていないが、主水素供給管から水素を反応
炉に供給するようになっており、前記のＴＢＰ供給系統
の他に、バブリング法によるＴＭＩｎ供給系統とＴＥＧ
ａ供給系統が並列して設けられ、反応炉内の成長基板の
上にＩｎＧａＰ薄膜を成長した後のガス、または、この
反応炉をバイパスするガスは排気ポンプによって吸引さ
れ、除害装置によって無害化された後に外部に排出され
る。
【００３７】この実施例によると、１本の有機金属シリ
ンダによるＴＢＰの取り出し流量を６００ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｖ／ＩＩＩ比を１３０にすることができ、成長層の
表面は鏡面であって短時間の成長によって薄膜を成長す
る場合には本発明の目的とする効果を達成することがで
きる。
ンダによるＴＢＰの取り出し流量を６００ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｖ／ＩＩＩ比を１３０にすることができ、成長層の
表面は鏡面であって短時間の成長によって薄膜を成長す
る場合には本発明の目的とする効果を達成することがで
きる。
【００３８】しかしながら、この実施例の薄膜成長装置
によって原料ガスの流量を大きくした場合には、ＴＢＰ
の取り出し流量が不安定になることがわかった。
によって原料ガスの流量を大きくした場合には、ＴＢＰ
の取り出し流量が不安定になることがわかった。
【００３９】図２は、第１実施例の薄膜成長装置によっ
て大流量で薄膜を成長する場合のＴＢＰの実流量の不安
定性を示す図である。この図において、横軸は薄膜成長
開始後の経過時間を示し、縦軸はＴＢＰの実流量を示し
ている。この図にみられるように、薄膜成長開始後の６
分３５秒まではＴＢＰの実流量はきわめて安定である。
しかし、薄膜成長開始から６分３５秒後に突然ＴＢＰの
実流量の不安定状態が発生した。この不安定状態が発生
した原因は、次のとおりであることが確認された。
て大流量で薄膜を成長する場合のＴＢＰの実流量の不安
定性を示す図である。この図において、横軸は薄膜成長
開始後の経過時間を示し、縦軸はＴＢＰの実流量を示し
ている。この図にみられるように、薄膜成長開始後の６
分３５秒まではＴＢＰの実流量はきわめて安定である。
しかし、薄膜成長開始から６分３５秒後に突然ＴＢＰの
実流量の不安定状態が発生した。この不安定状態が発生
した原因は、次のとおりであることが確認された。
【００４０】図３は、ＭＦＣの一次側の圧力の時間的経
過を示す図である。この図において、横軸は薄膜成長開
始後の経過時間を示し、縦軸はＭＦＣの一次側の圧力を
示している。この図にみられるように、ＴＢＰの実流量
が低流量（２００ｃｃ／ｍｉｎ）である場合（ａ）は、
ＭＦＣの一次側の圧力は変動することなく一定値（３４
６Ｔｏｒｒ）を維持している。
過を示す図である。この図において、横軸は薄膜成長開
始後の経過時間を示し、縦軸はＭＦＣの一次側の圧力を
示している。この図にみられるように、ＴＢＰの実流量
が低流量（２００ｃｃ／ｍｉｎ）である場合（ａ）は、
ＭＦＣの一次側の圧力は変動することなく一定値（３４
６Ｔｏｒｒ）を維持している。
【００４１】ところが、ＴＢＰの実流量が大流量（６０
０ｃｃ／ｍｉｎ）である場合（ｂ）は、ＭＦＣの一次側
の圧力は、当初の圧力（２４３Ｔｏｒｒ）から時間の経
過とともに６分３５秒後まで低下しつづけ（１１０Ｔｏ
ｒｒ）、その点でＭＦＣの制御可能差圧以下となるため
である。
０ｃｃ／ｍｉｎ）である場合（ｂ）は、ＭＦＣの一次側
の圧力は、当初の圧力（２４３Ｔｏｒｒ）から時間の経
過とともに６分３５秒後まで低下しつづけ（１１０Ｔｏ
ｒｒ）、その点でＭＦＣの制御可能差圧以下となるため
である。
【００４２】このＭＦＣの一次側の圧力の低下の原因
は、ＴＢＰが液体から気体へと相変化した時に吸収され
る気化潜熱を外の恒温槽から十分に補充できないため、
液体であるＴＢＰの温度が下がり続けることである。こ
の温度の低下は外の恒温槽の温度低下にまでは至らない
ため、外部から検知することは不可能である。
は、ＴＢＰが液体から気体へと相変化した時に吸収され
る気化潜熱を外の恒温槽から十分に補充できないため、
液体であるＴＢＰの温度が下がり続けることである。こ
の温度の低下は外の恒温槽の温度低下にまでは至らない
ため、外部から検知することは不可能である。
【００４３】この実施例においても、ＴＢＰや有機金属
シリンダの熱容量の関係で完全に圧力は安定せず、周期
的な変動がみられるが、この影響は、低差圧で動作する
仕様のＭＦＣを使用することにより解決された。このＭ
ＦＣの流量センサ部の太さは従来品よりも太く（内径４
ｍｍ以上）、高温で使用できるものである。
シリンダの熱容量の関係で完全に圧力は安定せず、周期
的な変動がみられるが、この影響は、低差圧で動作する
仕様のＭＦＣを使用することにより解決された。このＭ
ＦＣの流量センサ部の太さは従来品よりも太く（内径４
ｍｍ以上）、高温で使用できるものである。
【００４４】この実施例においては、前記のように、配
管を５０℃に昇温する際に、その温度で安定したかどう
かを圧力計の指示値の変動によって初めて判断できた。
また、ＴＢＰの有機金属シリンダを室温に維持する場合
であっても、液体原料の気化潜熱を外部から補充しない
と必要な流量を維持できないため、ＴＢＰ用有機金属シ
リンダの加熱装置は必要であった。
管を５０℃に昇温する際に、その温度で安定したかどう
かを圧力計の指示値の変動によって初めて判断できた。
また、ＴＢＰの有機金属シリンダを室温に維持する場合
であっても、液体原料の気化潜熱を外部から補充しない
と必要な流量を維持できないため、ＴＢＰ用有機金属シ
リンダの加熱装置は必要であった。
【００４５】（第２実施例）図４は、第２実施例の薄膜
成長装置の要部構成説明図である。この説明図における
符号は、１２がフィードバック回路であるほかは、図１
において同符号を付して説明したものと同様である。
成長装置の要部構成説明図である。この説明図における
符号は、１２がフィードバック回路であるほかは、図１
において同符号を付して説明したものと同様である。
【００４６】この第２実施例においても、成長方法とし
て有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用い、成長炉と
して多数枚同時成長が可能で再現性が優れた減圧バレル
型ＭＯＣＶＤ炉を用いて、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ
薄膜を成長した。そして、有機リン（Ｐ）の原料とし
て、ＴＢＰを用い、成長基板の温度を５５０℃とし、成
長速度を２．６Å／ｓとした。
て有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用い、成長炉と
して多数枚同時成長が可能で再現性が優れた減圧バレル
型ＭＯＣＶＤ炉を用いて、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ
薄膜を成長した。そして、有機リン（Ｐ）の原料とし
て、ＴＢＰを用い、成長基板の温度を５５０℃とし、成
長速度を２．６Å／ｓとした。
【００４７】この実施例の薄膜成長装置の操作方法は第
１実施例の薄膜成長装置の操作方法と概ね同様であるか
ら、説明を省略するが、この実施例においては、ＴＢＰ
を収容しているＴＢＰ用有機金属シリンダ６から気化し
たＴＢＰを流量調節して反応炉に供給するＴＢＰ用マス
フローコントローラ１０の一次側の圧力を圧力計９の指
示値によって検知して、この圧力変動をＴＢＰ用有機金
属シリンダ６の加熱装置７にフィードバック回路１２に
よってフィードバックして、圧力計９の指示を一定に保
つように制御する点が第１実施例の薄膜成長装置とは異
なっている。
１実施例の薄膜成長装置の操作方法と概ね同様であるか
ら、説明を省略するが、この実施例においては、ＴＢＰ
を収容しているＴＢＰ用有機金属シリンダ６から気化し
たＴＢＰを流量調節して反応炉に供給するＴＢＰ用マス
フローコントローラ１０の一次側の圧力を圧力計９の指
示値によって検知して、この圧力変動をＴＢＰ用有機金
属シリンダ６の加熱装置７にフィードバック回路１２に
よってフィードバックして、圧力計９の指示を一定に保
つように制御する点が第１実施例の薄膜成長装置とは異
なっている。
【００４８】図５は、第２実施例の薄膜成長装置の実流
量の安定性を示す図である。この図の横軸は薄膜成長開
始後の経過時間を示し、縦軸はＭＦＣの一次側の圧力と
実流量を示している。この図にみられるように、ＭＦＣ
の一次側の圧力はＴＢＰの温度変化を敏感に反映してお
り、このＭＦＣの一次側の圧力変動を検知し、圧力計の
指示が一定になるようにＴＢＰを収容している有機金属
シリンダの加熱装置の加熱量をコントロールするように
フィードバックしているため、ＴＢＰの実流量は一定に
保たれている。なお、成長する薄膜の組成等によって
は、圧力計の指示が所定の値になるようにＴＢＰを収容
している有機金属シリンダの加熱装置の加熱量をコント
ロールすることもできる。
量の安定性を示す図である。この図の横軸は薄膜成長開
始後の経過時間を示し、縦軸はＭＦＣの一次側の圧力と
実流量を示している。この図にみられるように、ＭＦＣ
の一次側の圧力はＴＢＰの温度変化を敏感に反映してお
り、このＭＦＣの一次側の圧力変動を検知し、圧力計の
指示が一定になるようにＴＢＰを収容している有機金属
シリンダの加熱装置の加熱量をコントロールするように
フィードバックしているため、ＴＢＰの実流量は一定に
保たれている。なお、成長する薄膜の組成等によって
は、圧力計の指示が所定の値になるようにＴＢＰを収容
している有機金属シリンダの加熱装置の加熱量をコント
ロールすることもできる。
【００４９】前記の各実施例においては、有機金属シリ
ンダに収容されたＴＢＰの蒸気圧を高めるために加熱装
置によってＴＢＰを加熱する方法を採用した。しかし、
本発明者は有機金属シリンダに収容されたＴＢＰの蒸気
圧を高める他の手段として超音波振動を与えることを試
みた。
ンダに収容されたＴＢＰの蒸気圧を高めるために加熱装
置によってＴＢＰを加熱する方法を採用した。しかし、
本発明者は有機金属シリンダに収容されたＴＢＰの蒸気
圧を高める他の手段として超音波振動を与えることを試
みた。
【００５０】（第３実施例）この実施例においては、成
長方法として有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用
い、成長炉として、３インチＧａＡｓ基板を６枚セット
でき、再現性が優れた減圧バレル型ＭＯＣＶＤ炉を用い
て、このＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ薄膜を成長した。
長方法として有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用
い、成長炉として、３インチＧａＡｓ基板を６枚セット
でき、再現性が優れた減圧バレル型ＭＯＣＶＤ炉を用い
て、このＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ薄膜を成長した。
【００５１】先ず、この実施例に対応する従来の薄膜成
長装置を用いた薄膜の成長条件を説明する。この薄膜成
長装置自体は、この明細書の冒頭で図１０を用いて説明
したものと同様である。
長装置を用いた薄膜の成長条件を説明する。この薄膜成
長装置自体は、この明細書の冒頭で図１０を用いて説明
したものと同様である。
【００５２】この場合、Ｇａの原料であるＴＥＧとＩｎ
の原料であるＴＭＩｎを２０℃に保ち、リン（Ｐ）原料
であるＴＢＰを１０℃に保った。そのときのそれぞれの
原料の飽和蒸気圧は４．４Ｔｏｒｒ（ＴＥＧ）、１．７
３Ｔｏｒｒ（ＴＭＩｎ）、１４２Ｔｏｒｒ（ＴＢＰ）で
ある。
の原料であるＴＭＩｎを２０℃に保ち、リン（Ｐ）原料
であるＴＢＰを１０℃に保った。そのときのそれぞれの
原料の飽和蒸気圧は４．４Ｔｏｒｒ（ＴＥＧ）、１．７
３Ｔｏｒｒ（ＴＭＩｎ）、１４２Ｔｏｒｒ（ＴＢＰ）で
ある。
【００５３】ＴＥＧのバブリング量を３５０ｃｃ／ｍｉ
ｎ、２本のＴＭＩｎシリンダのバブリング量を５００ｃ
ｃ／ｍｉｎずつとして成長を行うと、ＧａＡｓに格子整
合したＩｎＧａＰが成長速度２．６Å／ｍｉｎで成長す
る。
ｎ、２本のＴＭＩｎシリンダのバブリング量を５００ｃ
ｃ／ｍｉｎずつとして成長を行うと、ＧａＡｓに格子整
合したＩｎＧａＰが成長速度２．６Å／ｍｉｎで成長す
る。
【００５４】このとき、ＴＢＰのバブリング量を５００
ｃｃ／ｍｉｎにしてもＶ／ＩＩＩ比（Ｖ族供給量とＩＩ
Ｉ族供給量の比）で２０程度にしかならず、Ｐ原料の供
給不足のため、成長薄膜の表面が白濁した。
ｃｃ／ｍｉｎにしてもＶ／ＩＩＩ比（Ｖ族供給量とＩＩ
Ｉ族供給量の比）で２０程度にしかならず、Ｐ原料の供
給不足のため、成長薄膜の表面が白濁した。
【００５５】表面が鏡面になる成長薄膜を得るために
は、もっとＶ／ＩＩＩ比を大きくする必要があり、ＴＢ
Ｐのシリンダを５本並列に並べて供給するとＶ／ＩＩＩ
比を１００程度に大きくすることができるが、このよう
にするとコストアップの原因になる。
は、もっとＶ／ＩＩＩ比を大きくする必要があり、ＴＢ
Ｐのシリンダを５本並列に並べて供給するとＶ／ＩＩＩ
比を１００程度に大きくすることができるが、このよう
にするとコストアップの原因になる。
【００５６】図６は、第３実施例の薄膜成長装置の要部
構成説明図である。この説明図において、２１は希釈水
素供給管、２２は希釈水素用マスフローコントローラ、
２３はパージ水素供給管、２４はパージ水素用マスフロ
ーコントローラ、２５，３０，３１は絞り弁、２６は恒
温槽、２７は加熱装置、２８は超音波振動子、２９はＴ
ＢＰ用有機金属シリンダ、３２は圧力計、３３はＴＢＰ
用マスフローコントローラ、３４は流量制御部、３５は
フィードバック回路、３６は超音波振動子駆動電源であ
る。
構成説明図である。この説明図において、２１は希釈水
素供給管、２２は希釈水素用マスフローコントローラ、
２３はパージ水素供給管、２４はパージ水素用マスフロ
ーコントローラ、２５，３０，３１は絞り弁、２６は恒
温槽、２７は加熱装置、２８は超音波振動子、２９はＴ
ＢＰ用有機金属シリンダ、３２は圧力計、３３はＴＢＰ
用マスフローコントローラ、３４は流量制御部、３５は
フィードバック回路、３６は超音波振動子駆動電源であ
る。
【００５７】この図によって、第３実施例の薄膜成長装
置の構成を説明する。この実施例の薄膜成長装置は、希
釈水素供給管２１と希釈水素用マスフローコントローラ
２２からなる反応炉への希釈水素供給系統と、恒温槽２
６中に収容され、加熱装置２７と超音波振動子２８を有
するＴＢＰ用有機金属シリンダ２９と絞り弁３０，３１
とＴＢＰ用マスフローコントローラ３３と圧力計３２か
らなるＴＢＰ供給系統と、パージ水素供給管２３とパー
ジ水素用マスフローコントローラ２４と絞り弁２５から
なるパージ水素供給系統とから構成されている。
置の構成を説明する。この実施例の薄膜成長装置は、希
釈水素供給管２１と希釈水素用マスフローコントローラ
２２からなる反応炉への希釈水素供給系統と、恒温槽２
６中に収容され、加熱装置２７と超音波振動子２８を有
するＴＢＰ用有機金属シリンダ２９と絞り弁３０，３１
とＴＢＰ用マスフローコントローラ３３と圧力計３２か
らなるＴＢＰ供給系統と、パージ水素供給管２３とパー
ジ水素用マスフローコントローラ２４と絞り弁２５から
なるパージ水素供給系統とから構成されている。
【００５８】そして、恒温槽２６と加熱装置２７の間
に、恒温槽２６の温度を加熱装置２７の加熱電力にフィ
ードバックするフィードバック回路３５と、圧力計３２
と超音波振動子２８の間に、圧力計３２の指示値を超音
波振動子２８の振動強度にフィードバックする超音波振
動子駆動電源３６が接続されている。
に、恒温槽２６の温度を加熱装置２７の加熱電力にフィ
ードバックするフィードバック回路３５と、圧力計３２
と超音波振動子２８の間に、圧力計３２の指示値を超音
波振動子２８の振動強度にフィードバックする超音波振
動子駆動電源３６が接続されている。
【００５９】また、この図面には示されていないが、水
素を反応炉に供給する主水素供給系統と、バブリング法
によるＴＭＩｎ供給系統とＴＥＧａ供給系統が並列して
設けられ、反応後のガスまたは反応炉をバイパスするガ
スを吸引する排気ポンプと排気ガスを無害化するための
除害装置が設けられている。
素を反応炉に供給する主水素供給系統と、バブリング法
によるＴＭＩｎ供給系統とＴＥＧａ供給系統が並列して
設けられ、反応後のガスまたは反応炉をバイパスするガ
スを吸引する排気ポンプと排気ガスを無害化するための
除害装置が設けられている。
【００６０】この実施例の薄膜成長装置を用いてＧａＡ
ｓ基板上にＩｎＧａＰ薄膜を成長した例を説明する。
ｓ基板上にＩｎＧａＰ薄膜を成長した例を説明する。
【００６１】まず、前に説明した、圧力計３２、超音波
振動子駆動電源３６、超音波振動子２８の間のフィード
バック系を不動作状態にして実験した。
振動子駆動電源３６、超音波振動子２８の間のフィード
バック系を不動作状態にして実験した。
【００６２】リン（Ｐ）の原料として、ターシャリブチ
ルホスフィン（ＴＢＰ）を用い、恒温槽２６の加熱装置
２７によって３０℃に維持し、気化したＴＢＰが途中で
凝集するのを防ぐために流量制御部３４を加熱装置（図
示されていない）によって５０℃に加熱してその温度に
維持した。
ルホスフィン（ＴＢＰ）を用い、恒温槽２６の加熱装置
２７によって３０℃に維持し、気化したＴＢＰが途中で
凝集するのを防ぐために流量制御部３４を加熱装置（図
示されていない）によって５０℃に加熱してその温度に
維持した。
【００６３】この場合、１本のＴＢＰ用有機金属シリン
ダ２９から得られるＴＢＰの取り出し流量は６００ｃｃ
／ｍｉｎ、Ｖ／ＩＩＩ比は１３０であったが、この状態
で成長された薄膜の表面は鏡面であった。
ダ２９から得られるＴＢＰの取り出し流量は６００ｃｃ
／ｍｉｎ、Ｖ／ＩＩＩ比は１３０であったが、この状態
で成長された薄膜の表面は鏡面であった。
【００６４】しかし、成長開始時には３２３Ｔｏｒｒで
あった圧力計の指示値は成長とともに下がり続け、途中
で流量制御が不安定になった。液体原料が気化する際の
気化潜熱によって液体原料表面の温度が下がり、得られ
る蒸気圧が低下したためであるが、この液体原料表面の
温度の低下はＴＢＰ用有機金属シリンダ２９が入ってい
る恒温槽２６の温度低下にまではいたらず、圧力を初期
の値に保つことは不可能であった。
あった圧力計の指示値は成長とともに下がり続け、途中
で流量制御が不安定になった。液体原料が気化する際の
気化潜熱によって液体原料表面の温度が下がり、得られ
る蒸気圧が低下したためであるが、この液体原料表面の
温度の低下はＴＢＰ用有機金属シリンダ２９が入ってい
る恒温槽２６の温度低下にまではいたらず、圧力を初期
の値に保つことは不可能であった。
【００６５】そこで、圧力計３２、超音波振動子駆動電
源３６、超音波振動子２８の間のフィードバック系を動
作状態にして、圧力計３２の指示値が一定になるように
超音波振動子駆動電源３６を制御すると、長時間安定に
薄膜を成長することが可能となった。
源３６、超音波振動子２８の間のフィードバック系を動
作状態にして、圧力計３２の指示値が一定になるように
超音波振動子駆動電源３６を制御すると、長時間安定に
薄膜を成長することが可能となった。
【００６６】図７は、第３実施例の有機金属シリンダの
構成説明図である。この図において、４１はステンレス
製シリンダ、４２はステンレス製隔壁、４３は超音波発
振子、４４は有機金属液体原料である。
構成説明図である。この図において、４１はステンレス
製シリンダ、４２はステンレス製隔壁、４３は超音波発
振子、４４は有機金属液体原料である。
【００６７】この実施例の有機金属シリンダは、厚肉の
ステンレス製シリンダ４１の底面に薄膜のステンレス製
隔壁４２からなる部分を形成し、このステンレス製隔壁
４２に超音波発振子４３を当接して形成されている。そ
して、この超音波発振子４３によってステンレス製隔壁
４２を介して収容された有機金属液体原料４４に振動を
与えるようになっている。
ステンレス製シリンダ４１の底面に薄膜のステンレス製
隔壁４２からなる部分を形成し、このステンレス製隔壁
４２に超音波発振子４３を当接して形成されている。そ
して、この超音波発振子４３によってステンレス製隔壁
４２を介して収容された有機金属液体原料４４に振動を
与えるようになっている。
【００６８】この超音波振動子の周波数を１００ｋＨｚ
としたが、ＩｎＧａＰ薄膜の成長中に超音波振動子の超
音波出力はゼロから徐々に上昇した。
としたが、ＩｎＧａＰ薄膜の成長中に超音波振動子の超
音波出力はゼロから徐々に上昇した。
【００６９】図８は、超音波振動子の出力の経時変化を
示す図である。この図にみられるように、超音波振動子
の超音波出力は成長過程のゼロから徐々に上昇して５分
後には１Ｗにまで達した。
示す図である。この図にみられるように、超音波振動子
の超音波出力は成長過程のゼロから徐々に上昇して５分
後には１Ｗにまで達した。
【００７０】成長開始当初は設定された初期条件である
ため、超音波振動子の超音波出力はゼロであったが、圧
力計の指示値が一定になるようにフィードバックされる
ために、有機金属原料の表面温度の低下に伴う蒸気圧の
低下を超音波振動によって有機金属原料を霧状に気化さ
せることによって補ったわけである。
ため、超音波振動子の超音波出力はゼロであったが、圧
力計の指示値が一定になるようにフィードバックされる
ために、有機金属原料の表面温度の低下に伴う蒸気圧の
低下を超音波振動によって有機金属原料を霧状に気化さ
せることによって補ったわけである。
【００７１】従来のバブリング法では５本必要であった
ＴＢＰシリンダと同量の供給量を１本で賄えるようにな
ったため、装置の簡易化を実現することができた。ま
た、マスフローコントローラの一次側に設けたパージラ
インを使うことにより、成長終了後やＴＢＰ交換時の安
全なパージが可能になった。
ＴＢＰシリンダと同量の供給量を１本で賄えるようにな
ったため、装置の簡易化を実現することができた。ま
た、マスフローコントローラの一次側に設けたパージラ
インを使うことにより、成長終了後やＴＢＰ交換時の安
全なパージが可能になった。
【００７２】（第４実施例）図９は、第４実施例の薄膜
成長装置の要部構成説明図である。この図における符号
は、図１において同符号を付して説明したものと同様で
あり、その構成は図示のとおりである。
成長装置の要部構成説明図である。この図における符号
は、図１において同符号を付して説明したものと同様で
あり、その構成は図示のとおりである。
【００７３】ＩｎＧａＰ単層でなく、レーザ装置に不可
欠なＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰのヘテロ構造を形成す
る場合には、ＴＢＰの流量を急激に変化して、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比を大きく変える必要がある。例えば、ＡｌＧａＩｎ
ＰのＶ／ＩＩＩ比を２５０、ＩｎＧａＰのＶ／ＩＩＩ比
を１００とする場合がある。
欠なＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰのヘテロ構造を形成す
る場合には、ＴＢＰの流量を急激に変化して、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比を大きく変える必要がある。例えば、ＡｌＧａＩｎ
ＰのＶ／ＩＩＩ比を２５０、ＩｎＧａＰのＶ／ＩＩＩ比
を１００とする場合がある。
【００７４】この場合、１原子層のオーダでの切替えが
必要であるが、界面のゆらぎを引き起こす成長中断を行
うことは不利である。したがって、従来は、異なるマス
フローコントローラからそれぞれのＶ／ＩＩＩ比に見合
った流量を供給していた。しかし、この場合１つのマス
フローコントローラには１つの有機金属バブラをつける
のが普通であり、成長層の複雑化に伴いバブラの数の際
限ない増加とコストアップを引き起こしていた。
必要であるが、界面のゆらぎを引き起こす成長中断を行
うことは不利である。したがって、従来は、異なるマス
フローコントローラからそれぞれのＶ／ＩＩＩ比に見合
った流量を供給していた。しかし、この場合１つのマス
フローコントローラには１つの有機金属バブラをつける
のが普通であり、成長層の複雑化に伴いバブラの数の際
限ない増加とコストアップを引き起こしていた。
【００７５】ところが、この実施例によると、バブラ１
つに対してマスフローコントローラを２つ以上設置する
ことが可能になる。しかも、図５に示したように６００
ｃｃ／ｍｉｎの量は１つのバブラから充分に供給できる
ため、例えば、図９の１つのマスフローコントローラの
流量を５０ｃｃ／ｍｉｎ、もう１つのマスフローコント
ローラの流量を３００ｃｃ／ｍｉｎ、最後のマスフロー
コントローラの流量を１００ｃｃ／ｍｉｎとすることが
可能であり、バブラ数の削減とコストダウンが可能とな
る。また、急激な流量変更でも圧力一定下では安定に行
うことができる。
つに対してマスフローコントローラを２つ以上設置する
ことが可能になる。しかも、図５に示したように６００
ｃｃ／ｍｉｎの量は１つのバブラから充分に供給できる
ため、例えば、図９の１つのマスフローコントローラの
流量を５０ｃｃ／ｍｉｎ、もう１つのマスフローコント
ローラの流量を３００ｃｃ／ｍｉｎ、最後のマスフロー
コントローラの流量を１００ｃｃ／ｍｉｎとすることが
可能であり、バブラ数の削減とコストダウンが可能とな
る。また、急激な流量変更でも圧力一定下では安定に行
うことができる。
【００７６】前記の各実施例においては、液体の有機金
属原料を用いた例であったが、固体の有機金属原料を用
いることもできる。また、前記の各実施例においては、
ＩＩＩ族混晶系の成長について述べたが、本発明はＶ族
混晶系の成長にも適用できる。
属原料を用いた例であったが、固体の有機金属原料を用
いることもできる。また、前記の各実施例においては、
ＩＩＩ族混晶系の成長について述べたが、本発明はＶ族
混晶系の成長にも適用できる。
【００７７】また、本発明は前記の各実施例が対象とし
た三元系化合物のほか、二元もしくは四元、五元系化合
物の成長に適用することもできる。また、ＭＯＣＶＤ炉
だけでなく、クロライド炉、ガスソースＭＢＥ炉、Ｓｉ
成長のドーピング等にも適用できることはいうまでもな
い。
た三元系化合物のほか、二元もしくは四元、五元系化合
物の成長に適用することもできる。また、ＭＯＣＶＤ炉
だけでなく、クロライド炉、ガスソースＭＢＥ炉、Ｓｉ
成長のドーピング等にも適用できることはいうまでもな
い。
【００７８】また、マスフローコントローラの一次側に
設けられた圧力計によって測定される圧力が所期値にな
るように有機金属原料を加熱する加熱装置と、有機金属
原料に超音波振動を与える超音波発振装置を併設するこ
ともできる。
設けられた圧力計によって測定される圧力が所期値にな
るように有機金属原料を加熱する加熱装置と、有機金属
原料に超音波振動を与える超音波発振装置を併設するこ
ともできる。
【００７９】そして、有機金属原料として、一般式Ｒn
Ｍ，Ｒn-m ＭＨm またはＲn-m ＭＸ（式中Ｒはフェニル
基、または炭素数１〜６のアルキル基、有機アミノ基、
Ｍは周期律表で、ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ族の金属元
素、Ｘはハロゲン元素、ｍは１または２、ｎは１〜３の
整数）で表される置換有機金属、例えば、ターシャリブ
チルアルシン、エチルアルシン、フェニルアルシン、ト
リメチルアルシン、トリエチルアルシン、ジエチルアル
シン、テトラエチルバイアルシン、トリジメチルアミノ
アルシン、ターシャリブチルホスフィン、イソブチルホ
スフィン、トリメチルホスフィン、ビスホスフィノエタ
ン、テトラエトキシシランを用いることができる。
Ｍ，Ｒn-m ＭＨm またはＲn-m ＭＸ（式中Ｒはフェニル
基、または炭素数１〜６のアルキル基、有機アミノ基、
Ｍは周期律表で、ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ族の金属元
素、Ｘはハロゲン元素、ｍは１または２、ｎは１〜３の
整数）で表される置換有機金属、例えば、ターシャリブ
チルアルシン、エチルアルシン、フェニルアルシン、ト
リメチルアルシン、トリエチルアルシン、ジエチルアル
シン、テトラエチルバイアルシン、トリジメチルアミノ
アルシン、ターシャリブチルホスフィン、イソブチルホ
スフィン、トリメチルホスフィン、ビスホスフィノエタ
ン、テトラエトキシシランを用いることができる。
【００８０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、長時間
にわたって安定に大流量の有機金属原料の供給が可能と
なり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶等の薄膜を品質の
向上、製造プロセスの簡易化、あるいは、作業の安全性
の向上に寄与するところが大きい。
にわたって安定に大流量の有機金属原料の供給が可能と
なり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶等の薄膜を品質の
向上、製造プロセスの簡易化、あるいは、作業の安全性
の向上に寄与するところが大きい。
【図１】第１実施例の薄膜成長装置の要部構成説明図で
ある。
ある。
【図２】第１実施例の薄膜成長装置によって大流量で薄
膜を成長する場合のＴＢＰの実流量の不安定性を示す図
である。
膜を成長する場合のＴＢＰの実流量の不安定性を示す図
である。
【図３】ＭＦＣの一次側の圧力の時間的経過を示す図で
ある。
ある。
【図４】第２実施例の薄膜成長装置の要部構成説明図で
ある。
ある。
【図５】第２実施例の薄膜成長装置の実流量の安定性を
示す図である。
示す図である。
【図６】第３実施例の薄膜成長装置の要部構成説明図で
ある。
ある。
【図７】第３実施例の有機金属シリンダの構成説明図で
ある。
ある。
【図８】超音波振動子の出力の経時変化を示す図であ
る。
る。
【図９】第４実施例の薄膜成長装置の要部構成説明図で
ある。
ある。
【図１０】従来の化合物半導体層成長装置の構成説明図
である。
である。
【図１１】バブリングによる取り出し量の不安定性を示
す図である。
す図である。
【図１２】バブリングによる取り出し量の飽和性を示す
図である。
図である。
１ 希釈水素供給管 ２ 希釈水素用マスフローコントローラ ３ パージ水素供給管 ４ パージ水素用マスフローコントローラ ５，８ 絞り弁 ６ ＴＢＰ用有機金属シリンダ ７ 加熱装置 ９ 圧力計 １０ ＴＢＰ用マスフローコントローラ １１ 流量制御部 １２ フィードバック回路 ２１ 希釈水素供給管 ２２ 希釈水素用マスフローコントローラ ２３ パージ水素供給管 ２４ パージ水素用マスフローコントローラ ２５，３０，３１ 絞り弁 ２６ 恒温槽 ２７ 加熱装置 ２８ 超音波振動子 ２９ ＴＢＰ用有機金属シリンダ ３２ 圧力計 ３３ ＴＢＰ用マスフローコントローラ ３４ 流量制御部 ３５ フィードバック回路 ３６ 超音波振動子駆動電源 ４１ ステンレス製シリンダ ４２ ステンレス製隔壁 ４３ 超音波発振子 ４４ 有機金属液体原料
Claims (9)
- 【請求項１】 液体または固体である有機金属原料を収
容する有機金属シリンダと、該有機金属原料を所定の温
度に保つための加熱装置と、該有機金属シリンダから該
有機金属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手
段と、該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコ
ントローラと、該マスフローコントローラの一次側に設
けられた圧力計とを具えることを特徴とする薄膜成長装
置。 - 【請求項２】 液体または固体である有機金属原料を収
容する有機金属シリンダと、該有機金属原料を所定の温
度に保つための加熱装置と、該有機金属シリンダから該
有機金属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手
段と、該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコ
ントローラと、該マスフローコントローラの一次側に設
けられた圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が
所定値以上になるように該加熱装置を制御するための制
御手段とを具えることを特徴とする薄膜成長装置。 - 【請求項３】 液体または固体である有機金属原料を収
容する有機金属シリンダと、該有機金属原料を所定の温
度に保つための加熱装置と、該有機金属シリンダから該
有機金属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手
段と、該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコ
ントローラと、該マスフローコントローラの一次側に設
けられた圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が
所定値以上になるように該有機金属原料に超音波振動を
与える超音波発振装置とを具えることを特徴とする薄膜
成長装置。 - 【請求項４】 液体または固体である有機金属原料を収
容する有機金属シリンダと、該有機金属原料を所定の温
度に保つための加熱装置と、該有機金属シリンダから該
有機金属原料をその蒸気圧によって反応炉に供給する手
段と、該有機金属原料の供給量を制御するマスフローコ
ントローラと、該マスフローコントローラの一次側に設
けられた圧力計と、該圧力計によって測定される圧力が
所定値以上になるように該加熱装置を制御するための制
御手段と、該有機金属原料に超音波振動を与える超音波
発振装置とを具えることを特徴とする薄膜成長装置。 - 【請求項５】 マスフローコントローラの一次側に水素
パージラインを具えることを特徴とする請求項１ないし
請求項４のいずれか１項に記載された薄膜成長装置。 - 【請求項６】 マスフローコントローラを、有機金属原
料以上の温度に加熱することを特徴とする請求項１ない
し請求項４のいずれか１項に記載された薄膜成長装置。 - 【請求項７】 有機金属原料として、一般式Ｒn Ｍ，Ｒ
n-m ＭＨm またはＲ n-m ＭＸ（式中Ｒはフェニル基、ま
たは炭素数１〜６のアルキル基、有機アミノ基、Ｍは周
期律表で、ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ族の金属元素、Ｘは
ハロゲン元素、ｍは１または２、ｎは１〜３の整数）で
表される置換有機金属が用いられることを特徴とする請
求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載された薄膜
成長装置。 - 【請求項８】 有機金属原料として、ターシャリブチル
アルシン、エチルアルシン、フェニルアルシン、トリメ
チルアルシン、トリエチルアルシン、ジエチルアルシ
ン、テトラエチルバイアルシン、トリジメチルアミノア
ルシン、ターシャリブチルホスフィン、イソブチルホス
フィン、トリメチルホスフィン、ビスホスフィノエタ
ン、テトラエトキシシランが用いられることを特徴とす
る請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載された
薄膜成長装置。 - 【請求項９】 液体または固体である有機金属原料を収
容する有機金属シリンダからの配管が分岐して複数のマ
スフローコントローラにつながり、それぞれのマスフロ
ーコントローラは独立に反応炉へ原料を供給できること
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に
記載された薄膜成長装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4174001A JP2797233B2 (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 薄膜成長装置 |
| US08/084,020 US5460654A (en) | 1992-07-01 | 1993-06-30 | Apparatus for generating raw material gas used in apparatus for growing thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4174001A JP2797233B2 (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 薄膜成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620964A true JPH0620964A (ja) | 1994-01-28 |
| JP2797233B2 JP2797233B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=15970917
Family Applications (1)
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