JPH0712475U - 気相成長のための液体原料蒸発装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常温で液体である原料は、気相成長装置に気
体状態で供給するためにバブラにおいてキャリヤガスを
吹き込み蒸気にして輸送する。大きい泡が間欠的に潰れ
ると原料のキャリヤガスに含まれる濃度と圧力が変動す
る。原料濃度と圧力の変動の少ないバブラを提供するこ
とが目的である。 【構成】 原料液体４を収容するのに広い横断面積をも
つ容器２を用いる。キャリヤガス導入管５の先端は原料
液体４の中ではなく、上部の気相空間８に開口する。キ
ャリヤガスが液体の内部に吹き込まれないので泡が立た
ない。泡が立たないのでこれが潰れることもない。キャ
リヤガスは初めから終わりまで気相空間８を静かに進
む。流路が長いので十分に原料蒸気を吸収し飽和濃度に
なってからガス流出管６に到達する。泡の崩壊が間欠的
に起こることがないので、圧力や原料濃度の時間的な変
動がない。これを気相成長装置７に導き薄膜結晶を成長
させると、組成、膜厚変動の少ないエピタキシャル結晶
膜を得ることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は気相エピタキシャル成長装置において用いられる原料ガスのバブリ ング装置の改良に関する。気相エピタキシャル法は、加熱した基板の上に原料を 気体の状態で導き気相反応を起こし生成物を基板の上に成長させる方法である。 この気相エピタキシャル法には様々な形式があるが、ガスの流れによって装置の 形式を分類することができる。ガスが上から縦に向かう縦型の気相成長装置、或 いはガスが横から水平流になって基板を通過して行く横型の気相成長装置等があ る。

【０００２】 原料ガスの化合物の種類による分類もある。原料は気体にして与えなければな らない。単体で気体でない原料の場合、気体にするために化合物にする必要があ る。原料を塩化物などハロゲンにして供給するものは塩化物法、クロライド法等 という。又、原料を水素化物にして供給するものは水素化物法といい、原料を有 機金属化合物にするものは有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）という。

【０００３】

【従来の技術】

有機金属成長法の場合、Ｇａ、Ａｌ、Ｚｎなどの有機金属化合物を原料として 用いる。ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）な どである。これらの有機金属原料は常温で液体である。これらを気体にするため にはバブラを用いる。バブラ１は図２に示すように、原料を収容した容器２、こ れを被蓋する蓋３を持つ。これに原料液体４が収容してある。蓋３を上から下へ 貫いて、キャリヤガス導入管５とガス流出管６とを設ける。ガス流出管６は気相 成長装置７につながっている。

【０００４】 キャリヤガス導入管５は水素ガスボンベと連絡している。キャリヤガス導入管 ５のバブラ１中での終端部が原料液体４の中に漬かっている。容器２の上方の空 間は気相空間８になっている。これは原料液体の蒸気が存在する。ガス流出管６ の始端は容器２の気相空間８に挿入されている。ガス流出管６はキャリヤガスの 中に原料蒸気を含んだものを輸送する。単にキャリヤガスが静かに流れているだ けでは、気相空間８の蒸気圧が低い。するとガス流出管６を流れるキャリヤガス （水素）の原料濃度が低いままである。飽和に近い蒸気圧に保たなければならな い。

【０００５】 そこでキャリヤガス導入管５からキャリヤガスを勢い良く吹き出させて原料液 体を強く泡立たせる。大きい気泡９がキャリヤガス導入管５の下端からブクブク と吹き上げられる。このために原料液体が激しく攪拌される。上部の気相空間８ の蒸気圧が高まり飽和に近くなる。このような状態でガス流出管６から原料含有 キャリヤガスが気相成長装置７に送られる。原料液体を泡立たせてキャリヤガス と共に蒸気を輸送するのでバブラという。また蒸気圧が変動してはいけないので 、バブラは恒温槽に入れてあり温度が変化しないようになっている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

原料液体を泡立てるためにキャリヤガスが激しくバブラの中に送り込まれる。 キャリヤガス導入管５の直径は例えば３ｍｍ程度である。勢い良くガスを吹き込 むと泡の直径はこれの何倍にもなる。大きい泡が液中で割れて蒸気の発生を促す こともある。泡の発生と崩壊は間欠的である。大きい気泡９ができるとこれが液 面に達して潰れた時の圧力の変動が大きい。また変動により原料がさらにキャリ ヤガスの中に取り込まれて行く。これによりキャリヤガス中の原料濃度が変動す る。つまり大きな泡が潰れる時刻が間欠的であるために、ガス中の原料濃度の変 動、ガス圧力の変化を引き起こすことになる。従って、泡の潰れる時間が間欠的 であるがために、気相成長装置７に送り込まれる原料ガスの原料濃度と圧力が変 動する。

【０００７】 原料ガスの濃度と圧力が変化するので、気相成長装置７に於いて基板に堆積す る薄膜の組成が変動する。バブラ１でキャリヤガスにより蒸気にするのはＧａ、 Ｉｎ、Ｚｎなどの金属の有機化合物であるが、これの濃度が変動すると、基板の 上に成長する薄膜の組成が時間的に変動する。また不純物ド−プの為にバブラ１ を利用する場合は、薄膜中の不純物濃度が時間的に変動することになる。組成、 不純物濃度の揺らぎは均一な組成、電気特性を持つ薄膜の成長のためには有害で ある。さらに、原料液体の分量により、変動の大きさが違う。原料液体が多い場 合は、泡が大きく成長するので、圧力変化の幅は大きくなる。原料液体が減って くると、泡の発生から崩壊までの時間が短くなる。液量が少ないので泡の発生が 盛んでも蒸気を発生する能力は衰える。ために蒸気圧が下がる。

【０００８】 大きな泡の生成、崩壊が間欠的、突発的であることに起因する圧力、濃度の変 動を押さえるようにしたバブラの構造を提供することが本考案の第１の目的であ る。原料液体の液量の減少により、原料濃度の変化が少ないようにしたバブラの 構造を提供することが本考案の第２の目的である。原料ガスをキャリヤガスに飽 和濃度で含ませ、キャリヤガスの量が少なくても十分な量の原料を輸送できるよ うにしたバブラの構造を提供することが本考案の第３の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案においては、バブラ１の容器を十分に広くし、気相空間８を広げる。そ してキャリヤガス導入管５の下端は気相空間８に開口するようにする。キャリヤ ガスは原料液体４の中を通る事無く、気相空間８だけを通過して行く。 キャリヤガスが原料液体４の中に吹き込まれない。キャリヤガスが原料液体４ を泡立て無いので、原料液体４の中に気泡が形成されない。気泡が初めから存在 しないので気泡の崩壊に伴う圧力変動や原料濃度のムラが発生しない。

【００１０】 キャリヤガスは気相空間８の蒸気を集めこれを運ぶだけである。但し気相空間 ８が広くて、キャリヤガス導入管５からガス流出管６までの距離が長い。キャリ ヤガスは静かに気相空間８を進行する。この間に蒸気を徐々に高濃度で含むよう になる。つまり容器２が広く、原料液体４も多く、気相空間８も広大なのである 。キャリヤガスが原料蒸気をより多く含みつつ入口（キャリヤガス導入管５）か ら出口（ガス流出管６）に向けて静かに進行する。やがて原料ガス濃度が飽和濃 度に達する。飽和濃度に等しい原料蒸気を含むキャリヤガスが出口（ガス流出管 ）から出てゆく。気相空間８が長くてガスの流れも遅いのでこのようなことが可 能となる。容器が広いということが条件になる。そのために単に長方形の横断面 を持つ容器だけでなく、螺旋壁を持ち実効的に長いガス流路を持つ円形の容器を 用いることもできる。

【００１１】

【作用】

原料液体４の中にキャリヤガス導入管５の先端を差し込まないので、キャリヤ ガスの導入により原料液体４に泡が発生しない。泡ができないので、これが潰れ ることによる圧力変動、原料濃度の変動などが起こらない。キャリヤガスは初め から気相空間８を静かに流れる。泡による強制的な対流がないので原料液体４か らの蒸発は盛んでない。しかし気相空間８が広くてキャリヤガスの進行する空間 が長いので、原料蒸気をキャリヤガスが有効に収集し飽和濃度にまで到達するこ とができる。常に飽和濃度のガスができるので、原料供給量の制御はキャリヤガ スの流量制御によってなされる。

【００１２】

【実施例】

図１は本考案の実施例に係る液体原料蒸発装置の概略断面図である。図３はこ れの横断平面図である。液体原料蒸発装置１０は、広い矩形状の容器２とこれを 覆う広い蓋３があり、これらにより閉じた空間が形成される。容器２には原料液 体４が収容される。原料液体４の上部は気相空間８になっている。液体原料蒸発 装置の全体は恒温槽の内部に収容され一定の温度に保持される。この温度は常温 か常温以下の温度である。この温度が飽和蒸気圧を決定する。常温以上にすると これより後の配管で蒸気が冷却されて配管の内壁に原料が凝結することがある。 これを防ぐために常温以上にはしない。

【００１３】 キャリヤガスのボンベにつながるキャリヤガス導入管５の終端は、原料液体４ の中ではなく、気相空間８に開口している。したがってキャリヤガスの吹き込み により原料液体４中に泡が立つということがない。ために間欠的な圧力の変動や 、原料濃度の変動がない。キャリヤガスは静かに気相空間８を進む。この間に原 料の蒸気を含む。原料蒸気の濃度が増加する。やがて飽和蒸気圧に達する。これ が反対側にあるガス流出管６から外部へ出てゆく。これは液体原料を飽和濃度で 含むキャリヤガスである。これが配管を通り気相成長装置７に送給される。この 原料ガスは流量が一定し、圧力の揺らぎも少ない。原料濃度の時間的な安定性も 高い。気相成長装置７でエピタキシャル成長に利用すると、原料濃度の安定した 高品質の薄膜を成長させることができる。

【００１４】 図４、図５は他の実施例を示す。これは、渦巻き状の壁１１が内部に設けられ 、渦巻き状の流路を持つ。キャリヤガス導入管５の端部が、気相空間８の内部に ある。キャリヤガスは気相空間８に送給される。気相空間８にある蒸気を含みつ つ静かに進行する。原料液体４の中へ強制的に吹き込まれないので、泡が立たな い。泡ができないので泡が潰れることによる圧力変動などが起こらない。本考案 は容器２を広くしガスの流路を実効的に長くするので、キャリヤガスが気相空間 ８を進むだけで蒸気を十分に含むようになる。あまりスペースを取らずに流路を 長くするのにはこのように渦巻き状の容器が有効である。ここでは円形の渦巻き 状容器２を示すが、正方形に近い形状で渦巻き状とすることもできる。

【００１５】

【考案の効果】

従来のバブラのようにキャリヤガスを強制的に原料液体に吹き込まないので、 本考案の装置は、圧力や原料濃度の時間的な揺らぎが小さくなる。これを気相成 長装置に導くと、濃度圧力の一定した原料ガスを薄膜に供給できるので、組成や 膜厚の揺らぎのない一様な薄膜結晶を成長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係る液体原料蒸発装置の概略
断面図。

【図２】従来例に係る液体原料蒸発装置の概略断面図。

【図３】図１の装置の平面図。

【図４】本考案の他の実施例に係る液体原料蒸発装置の
概略縦断面図。

【図５】図４の液体原料蒸発装置の平面図。

【符号の説明】

１ バブラ ２ 容器 ３ 蓋 ４ 原料液体 ５ キャリヤガス導入管 ６ ガス流出管 ７ 気相成長装置 ８ 気相空間 ９ 泡 １０ 液体原料蒸発装置 １１ 渦巻き状の壁

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 常温で液体である原料液体４をキャリヤ
   ガスを吹き込むことにより蒸気としてキャリヤガスに含
   ませて輸送するための液体原料蒸発装置であって、原料
   液体を収容する広い横断面積を持つ容器２と、容器を被
   蓋し原料液体４との間に気相空間８を形成する蓋３と、
   気相空間８に開口しキャリヤガスを気相空間８へ送り込
   むキャリヤガス導入管５と、原料蒸気を含むキャリヤガ
   スを外部に運び出すガス流出管６とを含み、キャリヤガ
   スは液体原料蒸気を吸収しつつ水平方向に進行し、ガス
   流出管６から外部に出てゆくようにしたことを特徴とす
   る気相成長のための液体原料蒸発装置。
2. 【請求項２】 常温で液体である原料液体４をキャリヤ
   ガスを吹き込むことにより蒸気としてキャリヤガスに含
   ませて輸送するための液体原料蒸発装置であって、原料
   液体を収容する広い横断面積を持ち渦巻き状の流路を形
   成した容器２と、容器を被蓋し原料液体４との間に気相
   空間８を形成する蓋３と、気相空間８に開口しキャリヤ
   ガスを気相空間８へ送り込むキャリヤガス導入管５と、
   原料蒸気を含むキャリヤガスを外部に運び出すガス流出
   管６とを含み、キャリヤガスは液体原料蒸気を吸収しつ
   つ水平方向渦巻き状に進行し、ガス流出管６から外部に
   出てゆくようにしたことを特徴とする気相成長のための
   液体原料蒸発装置。