JPH08288226A - Metal organic vapor growth apparatus - Google Patents

Metal organic vapor growth apparatus

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JPH08288226A
JPH08288226A JP9285895A JP9285895A JPH08288226A JP H08288226 A JPH08288226 A JP H08288226A JP 9285895 A JP9285895 A JP 9285895A JP 9285895 A JP9285895 A JP 9285895A JP H08288226 A JPH08288226 A JP H08288226A
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JP
Japan
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gas
line
pressure
valve
run
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JP9285895A
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Japanese (ja)
Inventor
Masakiyo Ikeda
正清 池田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a metal organic vapor growth apparatus which grows the laminated structure of a III-V compound semiconductor which is excellent in the steepness of an interface. CONSTITUTION: An apparatus is provided with a run line L1 and with a vent line L2 , pressure regulating valves V1 , V2 which are used to regulate the pressure of gases flowing in them are arranged in prescribed places of both the run line L1 and the vent line L2 , and the supply mechanism A2 ' of a source gas by group V elements is arranged, via a flow passage changeover mechanism B connecting the run line L1 to the vent line L2 , on the downstream side of the arrangement places of the pressure regulating valves V1 , V2 . In addition, the supply mechanism A1 ' of a source gas by group III elements and/or a doping gas is arranged, via the flow passage changeover mechanism B connecting the run line L1 to the vent line L2 , on the upstream side of the arrangement places of the pressure regulating valves V1 , V2 .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は有機金属気相成長装置に
関し、更に詳しくは、III −V族化合物半導体の薄膜を
順次積層する際に、界面の急峻性を高めることができる
有機金属気相成長装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal-organic vapor phase epitaxy apparatus, and more particularly to a metal-organic vapor phase growth apparatus capable of enhancing the steepness of an interface when thin films of III-V group compound semiconductors are sequentially laminated. Regarding growth equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】III −V族化合物半導体は、電解効果ト
ランジスタ(FET)や高速電子移動度トランジスタ
(HEMT)のような高速電子デバイスや、レーザダイ
オード(LP)のような光デバイスに用いられている。
上記したようなデバイスを作成するためには、これら化
合物半導体の薄膜を成長させることが必要であり、その
ための手段として、有機金属気相成長法(MOVPE
法)や分子線エピタキシャル成長法(MBE法)が通常
用いられている。
2. Description of the Related Art III-V group compound semiconductors are used in high speed electronic devices such as field effect transistors (FETs) and high speed electron mobility transistors (HEMTs) and optical devices such as laser diodes (LPs). There is.
It is necessary to grow a thin film of these compound semiconductors in order to manufacture the above-mentioned device, and as a means therefor, a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method is used.
Method) and molecular beam epitaxial growth method (MBE method) are usually used.

【0003】このうち、MOVPE法の場合、目的とす
るIII −V族化合物半導体におけるIII 族元素の供給源
としては有機金属から成る原料ガスが使用され、またV
族元素の供給源としては水素化物から成る原料ガスが一
般に使用されている。例えば、III 族元素の供給源の場
合、Ga源としては、トリメチルガリウム(Ga(CH
3 3 :TMGa)やトリエチルガリウム(Ga(C2
5 3 :TEGa)が、Al源としては、トリメチル
アルミニウム(Al((CH3 3 :TMAl)が、I
n源としては、トリメチルインジウム(In(CH3
3 :TMIn)などが用いられ、またV族元素の供給源
の場合、As源としてはアルシン(AsH3 )、P源と
してはホスフィン(PH3 )などが用いられている。
Of these, in the case of the MOVPE method, a source gas made of an organic metal is used as a supply source of a group III element in a target group III-V compound semiconductor, and V
A source gas composed of hydride is generally used as a supply source of the group element. For example, in the case of a group III element supply source, trimethylgallium (Ga (CH
3 ) 3 : TMGa) and triethylgallium (Ga (C 2
H 5 ) 3 : TEGa) is an Al source, and trimethylaluminum (Al ((CH 3 ) 3 : TMAl) is
Trimethyl indium (In (CH 3 )) is used as the n source.
3 : TMIn) and the like, and in the case of a group V element source, arsine (AsH 3 ) is used as the As source and phosphine (PH 3 ) is used as the P source.

【0004】形成すべき薄膜の種類に対応して、上記し
た供給源から所定の原料ガスが選定され、それらの原料
ガスは、キャリアガスである例えばH2 と混合されて反
応炉内に供給され、そこで所定の気相反応が進行する。
そして、反応炉内にセットされているウエハの上に目的
とする化合物半導体がエピタキシャル成長して成る薄膜
が形成される。
Predetermined raw material gases are selected from the above-mentioned sources according to the type of thin film to be formed, and these raw material gases are mixed with a carrier gas such as H 2 and supplied into the reaction furnace. Then, a predetermined gas phase reaction proceeds there.
Then, a thin film formed by epitaxially growing the desired compound semiconductor is formed on the wafer set in the reaction furnace.

【0005】このとき、形成される薄膜におけるキャリ
ア濃度を所定値に設定するために、用いる原料ガスに、
更に、シラン(SiH4 )、硫化水素(H2 S)、セレ
ン化水素(H2 Se)、ジメチル亜鉛(Zn(CH3
2 :DMZn)、ジエチル亜鉛(Zn(C2 5 2
DEZn)などのドーピングガスの所定量を混合して成
る原料ガスを反応炉に供給することがある。
At this time, in order to set the carrier concentration in the formed thin film to a predetermined value, the raw material gas used is
Further, silane (SiH 4 ), hydrogen sulfide (H 2 S), hydrogen selenide (H 2 Se), dimethyl zinc (Zn (CH 3 ))
2 : DMZn), diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 :
A source gas formed by mixing a predetermined amount of a doping gas such as DEZn) may be supplied to the reaction furnace.

【0006】そして、ある薄膜の形成が終了すると、次
に、反応炉内へ供給する原料ガスやドーピングガス(以
下、ドーピングガスを含めて原料ガスという)の種類を
変えることにより、既に形成されている薄膜の上に別種
の化合物半導体またはキャリア濃度が異なる同種の化合
物半導体をエピタキシャル成長させる。このように、反
応炉へ供給する原料ガスの種類を切り換えることにより
別種の化合物半導体またはキャリア濃度が異なる同種の
化合物半導体の薄膜を積層して製造された積層構造にお
いて、それを構成する各薄膜の界面における急峻性を高
めるためには、既に形成されているある薄膜の上に別種
の薄膜を形成する際に、反応炉内に供給される別種の原
料ガスの切換えが急峻に行われることが必要である。
When the formation of a thin film is completed, the type of the source gas or the doping gas (hereinafter referred to as the source gas including the doping gas) supplied into the reaction furnace is changed to form the thin film. A compound semiconductor of another kind or a compound semiconductor of the same kind having a different carrier concentration is epitaxially grown on the thin film. In this way, in a laminated structure manufactured by laminating thin films of different types of compound semiconductors or the same type of compound semiconductors having different carrier concentrations by switching the type of raw material gas supplied to the reaction furnace, In order to increase the steepness at the interface, it is necessary to switch the source gas of another type supplied into the reactor rapidly when forming another type of thin film on an already formed thin film. Is.

【0007】すなわち、原料ガスの供給を切り換えた瞬
間に、前の原料ガスは速やかに排気されてその気相成長
反応はただちに終了し、新たに供給された別種の原料ガ
スに基づく気相成長反応だけがただちに進行し始めるこ
とが必要である。このためには、切換え操作によって原
料ガスの種類が変化した場合であっても、反応炉に供給
されるガスの総流量は変化せず、したがって、反応炉内
や配管におけるガスの圧力変動が起こらないようにガス
流量を制御することが必要になる。
That is, at the moment when the supply of the raw material gas is switched, the previous raw material gas is quickly exhausted and the vapor phase growth reaction immediately ends, and the vapor phase growth reaction based on the newly supplied different type raw material gas is completed. Only need to start progressing immediately. For this reason, the total flow rate of the gas supplied to the reaction furnace does not change even when the type of the raw material gas changes due to the switching operation, and therefore, the pressure fluctuation of the gas in the reaction furnace and the piping does not occur. It is necessary to control the gas flow rate so that it does not exist.

【0008】このことを実現するために、従来から各種
の装置や流量制御方法が試みられているが、その1例の
装置を図2に概念図として示す。この装置は、下流側の
終端部が反応炉1と接続し、上流側の終端部はマスフロ
ーコントローラM1 を介して図示しないキャリアガス供
給源Cに接続しているランラインL1 と、下流側の終端
部が排気ポンプ2に接続し、上流側の終端部はマスフロ
ーコントローラM2 を介して図示しないキャリアガス供
給源Cに接続しているベントラインL2 を備えている。
In order to realize this, various devices and flow rate control methods have been tried so far, and an example of the device is shown in FIG. 2 as a conceptual diagram. This device, termination of the downstream side is connected to the reactor 1, the terminal end of the upstream side of the run line L 1 connecting the carrier gas supply source C (not shown) via a mass flow controller M 1, downstream Has a vent line L 2 connected to the exhaust pump 2 and an upstream end connected to a carrier gas supply source C (not shown) via a mass flow controller M 2 .

【0009】これらのランラインL1 とベントラインL
2 には、後述する原料ガスの供給機構Aが後述する流路
切換え機構Bを介して配置され、供給機構Aからの原料
ガスはランラインL1 にもベントラインL2 にも供給で
きるようになっている。このことにより、ランラインL
1 は反応炉1への原料ガスの供給経路として機能し、ま
た、ベントラインL2 は原料ガスの排気経路として機能
する。
These run line L 1 and vent line L
2 , a raw material gas supply mechanism A described later is arranged via a flow path switching mechanism B described later so that the raw material gas from the supply mechanism A can be supplied to both the run line L 1 and the vent line L 2. Has become. As a result, run line L
1 functions as a supply path of the raw material gas to the reaction furnace 1, and the vent line L 2 functions as an exhaust path of the raw material gas.

【0010】この原料ガスの供給機構Aの上流側に位置
し、かつマスフローコントローラM 1 ,M2 の下流側に
位置するランラインL1 とベントラインL2 の所定個所
には、それぞれ、圧力計P1 ,P2 が配置されていて、
圧力計P1 はランラインL1を流れるガスの圧力を計測
しかつそれを制御することができ、圧力計P2 はベント
ラインL2 を流れるガスの圧力を計測しかつそれを制御
することができるようになっている。
Located on the upstream side of this source gas supply mechanism A
And mass flow controller M 1, M2Downstream of
Run line L located1And vent line L2Prescribed location
To the pressure gauge P1, P2Has been placed,
Pressure gauge P1Is run line L1The pressure of the gas flowing through
And can control it, pressure gauge P2Is bent
Line L2Measures and controls the pressure of the gas flowing through it
You can do it.

【0011】また、圧力計P1 ,P2 の配置個所または
その近傍にはランラインL1 とベントラインL2 とを結
んで差圧計P3 が配置され、この差圧計P3 は、ランラ
インL1 を流れるガスとベントラインL2 を流れるガス
の圧力差を計測しそれを制御することができるようにな
っている。原料ガスの供給機構Aの下流側に位置するラ
ンラインL1 とベントラインL2の所定個所には、圧力
調整バルブV1 ,V2 がそれぞれ配置され、各ラインを
流れるガスの圧力調整がなされる。
A differential pressure gauge P 3 is arranged by connecting the run line L 1 and the vent line L 2 at or near the location where the pressure gauges P 1 and P 2 are arranged. The differential pressure gauge P 3 is a run line. The pressure difference between the gas flowing through L 1 and the gas flowing through the vent line L 2 can be measured and controlled. Pressure control valves V 1 and V 2 are arranged at predetermined positions on the run line L 1 and the vent line L 2 located on the downstream side of the raw material gas supply mechanism A, and the pressure of the gas flowing through each line is adjusted. It

【0012】反応炉1には圧力計P4 が配置されて炉内
の絶対圧が計測され、その計測値は、反応炉1と排気ポ
ンプ2を結ぶ経路に配置された圧力調整バルブV3 に入
力され、反応炉1の内圧調整が行なわれる。つぎに、原
料ガスの供給機構A、流路切換え機構B、それらの関
係、更にはランラインL1 とベントラインL2 への配置
態様について説明する。
A pressure gauge P 4 is arranged in the reaction furnace 1 to measure the absolute pressure inside the furnace, and the measured value is measured by a pressure control valve V 3 arranged in a path connecting the reaction furnace 1 and the exhaust pump 2. It is input and the internal pressure of the reaction furnace 1 is adjusted. Next, the source gas supply mechanism A, the flow path switching mechanism B, their relations, and the manner of arrangement in the run line L 1 and the vent line L 2 will be described.

【0013】図の供給機構Aでは、2種類の供給機構A
1 ,A2 が示されている。このうち、供給機構A1 は、
反応に用いる原料ガスを液体または固体のガス源から得
るための機構であり、供給機構A2 は反応に用いる原料
ガスを、直接、その原料ガスのボンベから得るための機
構である。供給機構A1 の場合、まず容器3の中に所定
温度に保持された例えば有機金属から成る液体のガス源
4が収容されている。そして、このガス源4にはマスフ
ローコントローラM3 で流量調整されたキャリアガスC
1 がバルブ51 を開にすることによりガスラインp1
ら導入され、ガス源4へのバブリングが行われる。バブ
リング後、有機金属の蒸気(原料ガス)は飽和状態でキ
ャリアガスC1 に担持されてバルブ52 を開にしたガス
ラインp2 を流れていく。
In the supply mechanism A shown in the figure, two kinds of supply mechanisms A are used.
1 and A 2 are shown. Of these, the supply mechanism A 1
The source gas used for the reaction is a mechanism for obtaining it from a liquid or solid gas source, and the supply mechanism A 2 is a mechanism for obtaining the source gas used for the reaction directly from the cylinder of the source gas. In the case of the supply mechanism A 1, a liquid gas source 4 made of, for example, an organic metal, which is kept at a predetermined temperature, is first housed in a container 3. The gas source 4 has a carrier gas C whose flow rate is adjusted by a mass flow controller M 3.
1 is introduced from the gas line p 1 by opening the valve 5 1, and bubbling to the gas source 4 is performed. After bubbling, the organic metal vapor (raw material gas) is carried by the carrier gas C 1 in a saturated state and flows through the gas line p 2 with the valve 5 2 opened.

【0014】このとき、ガスラインp2 には、マスフロ
ーコントローラM4 で流量調整されたキャリアガスC2
がガスラインp3 から導入され、ガスラインp2 で原料
ガスを担持するキャリアガスC1 と混合される。その
際、この混合ガスCA の流量は一定値となるように調整
される。混合ガスCA の流量調整は、ガスラインp3
の合流点q1 の下流側に配置された圧力計P5 で計測さ
れたガス圧を、前記合流点q1 の上流側に配置された圧
力調整バルブV4 にフィードバックし、そのバルブの開
度を調整することによって行われる。
At this time, in the gas line p 2 , the carrier gas C 2 whose flow rate is adjusted by the mass flow controller M 4 is used.
Is introduced from the gas line p 3 and mixed with the carrier gas C 1 carrying the raw material gas in the gas line p 2 . At that time, the flow rate of the mixed gas C A is adjusted to be a constant value. For adjusting the flow rate of the mixed gas C A , the gas pressure measured by the pressure gauge P 5 arranged on the downstream side of the confluence point q 1 with the gas line p 3 was arranged on the upstream side of the confluence point q 1 . This is performed by feeding back to the pressure adjusting valve V 4 and adjusting the opening of the valve.

【0015】また、この供給機構A1 には、マスフロー
コントローラM5 を有するガスラインp4 が配置されて
いて、このガスラインp4 には、前記したガスラインp
2 を流れる混合ガスCA と同じ流量のキャリアガスC3
が流れるようになっている。ランラインL1 とベントラ
インL2 との間には、バルブ54 およびバルブ55を有
するガスラインp5 と、バルブ56 およびバルブ57
有する別のガスラインp6 とが並列に配置されている。
A gas line p 4 having a mass flow controller M 5 is arranged in the supply mechanism A 1 , and the gas line p 4 has the above-mentioned gas line p 4.
Carrier gas C 3 having the same flow rate as the mixed gas C A flowing through 2
Is flowing. A gas line p 5 having valves 5 4 and 5 5 and another gas line p 6 having valves 5 6 and 5 7 are arranged in parallel between the run line L 1 and the vent line L 2. Has been done.

【0016】そして、ガスラインp5 におけるバルブ5
4 とバルブ55 の中間点q2 に供給機構A1 のガスライ
ンp2 が接続され、またガスラインp6 におけるバルブ
6とバルブ57 の中間点q3 に供給機構A1 のガスラ
インp4 が接続されることにより、流路切換え機構Bが
構成されている。この流路切換え機構Bにおいては、ガ
スラインp2 に混合ガスCA を流し、ガスラインp4
前記混合ガスCA と同じ流量のキャリアガスC3 を流し
ている状態で、例えばガスラインp5 のバルブ54
開、バルブ55 を閉にすると、それに連動して、ガスラ
インp6 のバルブ57 は開、バルブ56 は閉になるよう
に作動する。
[0016] Then, the valve 5 in the gas line p 5
4 and the valve 5 5 gas line p 2 of the feed mechanism A 1 to an intermediate point q 2 is connected to, and gas lines supplying mechanism A 1 to an intermediate point q 3 of the valve 5 6 and the valve 5 7 in the gas line p 6 The flow path switching mechanism B is configured by connecting p 4 . In the flow path switching mechanism B, for example, the gas line p 2 is supplied with the mixed gas C A and the gas line p 4 is supplied with the carrier gas C 3 having the same flow rate as the mixed gas C A. When the valve 5 4 of 5 is opened and the valve 5 5 is closed, the valve 5 7 of the gas line p 6 operates so as to be open and the valve 5 6 is closed in conjunction with this.

【0017】したがって、ガスラインp2 を流れてきた
混合ガスCA は開弁しているバルブ54 を通ってガスラ
インp5 を流れてランラインL1 に流入する。このと
き、バルブ55 は閉になっているので、混合ガスCA
ベントラインL2 には流入しない。一方、ガスラインp
4 を流れてきたキャリアガスC3 は開弁しているバルブ
7 を通ってガスラインp6 を流れてベントラインL2
に流入する。このとき、バルブ56 は閉になっているの
で、キャリアガスC3 はランラインL1 に流入しない。
Therefore, the gas line p2Flowed through
Mixed gas CAIs the open valve 5FourGasra through
In pFiveRun line L1Flow into. This and
Valve 5FiveIs closed, so mixed gas CAIs
Bent line L2Does not flow into. On the other hand, gas line p
FourCarrier gas C flowing through3Is an open valve
5 7Through gas line p6Flow through the vent line L2
Flow into. At this time, valve 56Is closed
And carrier gas C3Is run line L1Does not flow into.

【0018】そして、混合ガスCA とキャリアガスC3
の流量は等量であるので、これら混合ガスCA とキャリ
アガスC3 をそれぞれランラインL1 とベントラインL
2 に切換えても、これら各ラインを流れるガスの圧力変
動は生じない。一方、供給機構A2 の場合、ボンベ6内
の原料ガスは圧力調整器7で圧力調整され、マスフロー
コントローラM6 で一定流量に調整されてガスラインp
7 を流れていく。
Then, the mixed gas C A and the carrier gas C 3
Of the mixed gas C A and the carrier gas C 3 are the run line L 1 and the vent line L, respectively.
Even if switched to 2 , the pressure fluctuation of the gas flowing through each of these lines does not occur. On the other hand, in the case of the supply mechanism A 2, the pressure of the raw material gas in the cylinder 6 is adjusted by the pressure adjuster 7, and the mass flow controller M 6 adjusts the flow rate to a constant flow rate.
Flowing through 7 .

【0019】このとき、ガスラインp7 にはマスフロー
コントローラM7 で流量調整されたキャリアガスC4
ガスラインp8 から導入され、前記原料ガスと混合され
る。その際、原料ガスとキャリアガスC4 との混合ガス
B の流量は一定値となるように調整される。また、こ
の供給機構A2 にも、供給機構A1 の場合と同じよう
に、マスフローコントローラM8 を有するガスラインp
9 が配置されていて、このガスラインp 9 には、前記し
たガスラインp7 を流れる混合ガスCB と同じ流量のキ
ャリアガスC5 が流れるようになっている。
At this time, the gas line p7Mass flow
Controller M7Carrier gas C whose flow rate is adjusted byFourBut
Gas line p8It is introduced from the
It At that time, the raw material gas and the carrier gas CFourMixed gas with
CBThe flow rate of is adjusted so as to be a constant value. Also, this
Supply mechanism A2Also, supply mechanism A1As in
A mass flow controller M8Gas line p with
9Is installed and this gas line p 9In the above
Gas line p7Gas mixture CBSame flow rate as
Carrier gas CFiveIs flowing.

【0020】そして、ランラインL1 とベントラインL
2 との間には、バルブ58 およびバルブ59 を有するガ
スラインp10と、バルブ510およびバルブ511を有する
ガスラインp11とが並列に配置され、各バルブの中間点
4 ,q5 には前記したガスラインp10、ガスラインp
11がそれぞれ接続されることにより流路切換え機構Bが
構成されている。
The run line L 1 and the vent line L
Between the 2, a gas line p 10 having a valve 5 8 and the valve 5 9, a gas line p 11 having a valve 5 10 and the valve 5 11 are arranged in parallel, the middle point q 4 of each valve, The gas line p 10 and the gas line p described above are used for q 5.
The flow path switching mechanism B is configured by connecting 11 to each other.

【0021】この流路切換え機構の場合も、供給機構A
1 における切換え機構の場合と同じように、例えばガス
ラインp10のバルブ58 を開、バルブ59 を閉にする
と、それに連動して、ガスラインp11のバルブ511
開、バルブ510は閉になるように作動する。したがっ
て、ガスラインp7 を流れてきた混合ガスCB は開弁し
ているバルブ58 を通ってガスラインp10を流れ、ラン
ラインL1 に流入する。このとき、バルブ59 は閉にな
っているので、混合ガスCB はベントラインL2 には流
入しない。
In the case of this flow path switching mechanism as well, the supply mechanism A
As with the switching mechanism in one, for example, the valve 5 8 of the gas line p 10 open, when the valve 5 9 closed, in conjunction therewith, the valve 5 11 gas lines p 11 is opened, valve 5 10 Operates to close. Therefore, the mixed gas C B flowing in the gas line p 7 flows in the gas line p 10 through the opened valve 5 8 and flows into the run line L 1 . At this time, the valve 5 9 is in the closed, gas mixture C B does not flow into the vent line L 2.

【0022】一方、ガスラインp9 を流れてきたキャリ
アガスC5 は開弁しているバルブ5 11通ってガスライン
11を流れ、ベントラインL2 に流入する。このとき、
バルブ510は閉になっているので、キャリアガスC5
ランラインL1 に流入しない。そして、混合ガスCB
キャリアガスC5 の流量は等量であるので、これら混合
ガスCB とキャリアガスC5 がランラインL1 とベント
ラインL2 に切り換えられてもこれら各ラインを流れる
ガスの流量が同じであるため、圧力変動は生じず反応炉
内の成膜状態に悪影響を与えることはない。
On the other hand, the gas line p9Carriage that flowed through
Agus CFiveIs the open valve 5 11Through gas line
p11Flow through the vent line L2Flow into. At this time,
Valve 5TenIs closed, so carrier gas CFiveIs
Run line L1Does not flow into. And mixed gas CBWhen
Carrier gas CFiveSince the flow rate of
Gas CBAnd carrier gas CFiveIs the run line L1And vent
Line L2Flow through each of these lines even when switched to
Since the gas flow rate is the same, there is no pressure fluctuation and the reactor
It does not adversely affect the film formation state inside.

【0023】図2では、原料ガスの供給機構Aとして
は、供給機構A1 と供給機構A2 の2個だけを示してい
るにすぎないが、配置する供給機構の数は、使用する原
料ガスの種類の数だけ必要である。例えば、GaAs/
AlGaAs系のデバイスを製造する際に、V族元素の
原料ガスとしてAsH3 を用い、またIII 族元素の原料
ガスとしてTMGa,TMAlを用いる場合には、図2
において、供給機構A1 としては、TMGa供給機構と
TMAl供給機構との2個が必要であり、供給機構A2
としてはAsH3 供給機構が必要になるため、合計で3
個の供給機構をもって構成される。更に、ドーピングガ
スを供給する場合には、そのための供給機構が付加され
ることになる。
In FIG. 2, only two supply mechanisms A 1 and A 2 are shown as the source gas supply mechanism A. However, the number of the supply mechanisms to be used depends on the source gas used. As many types as necessary. For example, GaAs /
When AsH 3 is used as the source gas of the group V element and TMGa or TMAl is used as the source gas of the group III element when manufacturing an AlGaAs-based device, the process shown in FIG.
In, the feed mechanism A 1, requires two and TMGa supply mechanism and TMAl supply mechanism, feed mechanism A 2
Requires an AsH 3 supply mechanism, so a total of 3
It is composed of individual supply mechanisms. Further, when supplying the doping gas, a supply mechanism for that purpose is added.

【0024】図2で例示した装置で気相成長反応を行う
場合には、概ね次のような操作が進められる。まず、マ
スフローコントローラM1 ,M2 を調整して、ランライ
ンL1 とベントラインL2 を流れるガスの流量が、それ
ぞれ所定の流量R1 ,R2 となるように設定し、ランラ
インL1 には流量R1 のキャリアガスC0 を、またベン
トラインL2 には流量R2 のキャリアガスC0 ’を供給
しつづける。
When the vapor phase growth reaction is performed by the apparatus illustrated in FIG. 2, the following operation is generally performed. First, by adjusting the mass flow controller M 1, M 2, the flow rate of gas flowing through the run line L 1 and the vent line L 2 are each set to a predetermined flow rate R 1, R 2, run the line L 1 The carrier gas C 0 having the flow rate R 1 is continuously supplied to the vent line L 2, and the carrier gas C 0 ′ having the flow rate R 2 is continuously supplied to the vent line L 2 .

【0025】ついで、供給機構A1 ,A2 および流路切
換え機構Bを作動して、ガスラインp5 から流量r1
混合ガスCA を、またガスラインp7 から流量r2 の混
合ガスCB をランラインL1 に導入して、キャリアガス
0 と混合ガスCA と混合ガスCB とから成る全体の流
量がマスフローコントローラM1 で設定した値R1 にな
っている原料ガスを反応炉1に供給する。
Then, the supply mechanisms A 1 and A 2 and the flow path switching mechanism B are operated to supply the mixed gas C A having a flow rate r 1 from the gas line p 5 and the mixed gas having a flow rate r 2 from the gas line p 7. C B is introduced into the run line L 1 , and the raw material gas in which the total flow rate of the carrier gas C 0 , the mixed gas C A, and the mixed gas C B is the value R 1 set by the mass flow controller M 1 is set. Supply to the reactor 1.

【0026】このとき、ガスラインp6 からは流量r1
のキャリアガスC3 が、またガスラインp8 からは流量
2 のキャリアガスC5 がベントラインL2 に導入さ
れ、それらは排気ポンプ2を通って系外に排気される。
この定常状態においては、反応炉1に供給される原料ガ
スは流量R1 と一定であり、それに対応した気相成長反
応が進行し、反応炉1内では所定の薄膜が形成される。
At this time, the flow rate r 1 from the gas line p 6
Carrier gas C 3 is introduced into the vent line L 2 from the gas line p 8 at a flow rate r 2 , and the carrier gas C 5 is exhausted to the outside of the system through the exhaust pump 2.
In this steady state, the raw material gas supplied to the reaction furnace 1 has a constant flow rate R 1 and the vapor phase growth reaction corresponding thereto proceeds to form a predetermined thin film in the reaction furnace 1.

【0027】上記した定常状態から、次に別種の薄膜を
形成するために、図2で示した供給機構A1 からの混合
ガスCA の供給を絶ち、図示していない別の原料ガスの
供給機構から所定の原料ガスをランラインL1 に供給す
る場合を考える。そのとき、まず、供給機構A1 の流路
切換え機構Bにおいて、ガスラインp5のバルブ54
閉弁され、バルブ55 は開弁される。同時に、ガスライ
ンp6 ではバルブ57 は閉弁し、バルブ56 が開弁す
る。
In order to form another kind of thin film from the above steady state, the supply of the mixed gas C A from the supply mechanism A 1 shown in FIG. 2 is stopped, and the supply of another source gas (not shown) is supplied. Consider a case where a predetermined source gas is supplied from the mechanism to the run line L 1 . At that time, first, in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism A 1 , the valve 5 4 of the gas line p 5 is closed and the valve 5 5 is opened. At the same time, the valve 5 7 is closed and the valve 5 6 is opened in the gas line p 6 .

【0028】しかしながら、このバルブ切換え時に、ラ
ンラインL1 を流れているガスとベントラインL2 を流
れているガスとの間に圧力差が発生すると、バルブ切換
え後にランラインL1 に新たに供給される原料ガスの流
量には過渡応答が生じ、両ライン間に差圧が発生する。
そのような事態が発生すると、既に形成されていた薄膜
と新たに供給された原料ガスで形成される薄膜とのヘテ
ロ界面における急峻性が低下する。
However, if a pressure difference occurs between the gas flowing through the run line L 1 and the gas flowing through the vent line L 2 at the time of this valve switching, a new supply is made to the run line L 1 after the valve switching. A transient response occurs in the flow rate of the raw material gas to be generated, and a differential pressure is generated between both lines.
When such a situation occurs, the steepness at the hetero interface between the thin film already formed and the thin film formed by the newly supplied source gas is lowered.

【0029】このため、ランラインL1 とベントライン
2 をそれぞれ流れているガス間の差圧をゼロにする操
作が行われている。まず、マスフローコントローラM2
でベントラインL2 を流れるガスの流量を一定値に設定
し、差圧計P3 でランラインL1 とベントラインL2
流れるガスの差圧を計測し、その計測値を圧力調整バル
ブV2 にフィードバックして当該ベントラインL2 の配
管抵抗を制御することにより前記差圧をゼロにする操作
が行われる。
Therefore, an operation is performed to make the differential pressure between the gases flowing through the run line L 1 and the vent line L 2 zero. First, the mass flow controller M 2
In setting the flow rate of the gas flowing in the vent line L 2 to a constant value, the differential pressure gauge P 3 in measuring the differential pressure of the gas flowing through the run line L 1 and the vent line L 2, the pressure regulating valve V 2 and the measured value Is fed back to the vent line L 2 to control the piping resistance of the vent line L 2 so that the differential pressure becomes zero.

【0030】また、圧力調整バルブV2 の開度を一定値
に設定しておき、差圧計P3 で計測した差圧計測値をマ
スフローコントローラM2 にフィードバックしてベント
ラインL2 を流れるガスの流量を制御することにより前
記差圧をゼロにする操作もある。なお、後者の差圧制御
においては、ランラインL1 を流れるガスの圧力を一定
に保持するために、圧力計P1 でランラインL1 を流れ
るガスの圧力を計測し、その計測値を圧力調整バルブV
1 にフィードバックして当該ランラインL1 の配管抵抗
を制御することにより、ランラインL1 を流れるガスの
圧力の一定化が行われる。
Further, the opening degree of the pressure adjusting valve V 2 is set to a constant value, and the differential pressure measurement value measured by the differential pressure gauge P 3 is fed back to the mass flow controller M 2 to detect the gas flowing through the vent line L 2 . There is also an operation in which the differential pressure is made zero by controlling the flow rate. In the latter differential pressure control, in order to keep the pressure of the gas flowing through the run line L 1 constant, the pressure of the gas flowing through the run line L 1 is measured by the pressure gauge P 1 and the measured value is used as the pressure. Adjustment valve V
By feeding back to 1 and controlling the piping resistance of the run line L 1 , the pressure of the gas flowing through the run line L 1 is made constant.

【0031】[0031]

【発明が解決しようとする課題】ところで、III −V族
化合物半導体を気相成長させる場合、III 族元素の原料
ガスの使用流量とV族元素の原料ガスの使用流量とはか
なり異なっている。例えば、GaAs,AlGaAsの
気相成長時には、V族元素の原料ガスとIII 族元素の原
料ガスの使用流量比は、20〜200:1であり、また
InP系の気相成長時には100〜1000:1であ
り、V族元素の原料ガスの流量はIII族元素の原料ガス
の流量に比べてかなり多くしなければならない。
By the way, when vapor-depositing a III-V group compound semiconductor, the flow rate of the raw material gas for the group III element and the flow rate of the raw material gas for the group V element are considerably different from each other. For example, the use flow rate ratio of the source gas of the group V element and the source gas of the group III element is 20 to 200: 1 during the vapor phase growth of GaAs or AlGaAs, and 100 to 1000: during the vapor phase growth of the InP system. The flow rate of the source gas of the group V element must be considerably higher than the flow rate of the source gas of the group III element.

【0032】しかしながら、図2で示した装置の場合、
前記したような多量のV族元素の原料ガスの流路切換え
を行うと、前記した差圧制御を行ってもランラインL1
とベントラインL2 の差圧をゼロに制御することは困難
である。例えば、図2で示した装置において、下記する
ような4種類の原料ガスの供給機構a1 ,a2 ,a3
4 を、それぞれが有する流路切換え機構Bを介してラ
ンラインL1 とベントラインL2 に4個配置して、以下
のような操作を行なって流路切換えの影響を調査した。
However, in the case of the device shown in FIG.
When the flow paths of the source gas for a large amount of Group V element are switched as described above, the run line L 1 is controlled even if the differential pressure control described above is performed.
It is difficult to control the differential pressure between the vent line L 2 and the vent line L 2 to zero. For example, in the apparatus shown in FIG. 2, the following four kinds of source gas supply mechanisms a 1 , a 2 , a 3 ,
Four a 4's were arranged in the run line L 1 and the vent line L 2 via the flow path switching mechanism B respectively, and the following operation was performed to investigate the effect of the flow path switching.

【0033】a1 :ガスラインp2 を流れる混合ガスC
A が、流量1ml/minのTMGaと流量500ml
/minのH2 とから成り、ガスラインp4 には流量5
01ml/minのH2 が流れる原料ガスG1 の供給機
構。 a2 :ガスラインp2 を流れる混合ガスCA が、流量0.
3ml/minのTMAlと流量500ml/minの
2 とから成り、ガスラインp4 には流量500.3ml
/minのH2 が流れる原料ガスG2 の供給機構。
A 1 : mixed gas C flowing in the gas line p 2
A is TMGa with a flow rate of 1 ml / min and a flow rate of 500 ml
/ Min H 2 and the gas line p 4 has a flow rate of 5
A supply mechanism of a source gas G 1 in which H 2 of 01 ml / min flows. a 2 : The mixed gas C A flowing through the gas line p 2 has a flow rate of 0.
Consists of TMAl at 3 ml / min and H 2 at a flow rate of 500 ml / min, and a flow rate of 500.3 ml in the gas line p 4.
A supply mechanism of a source gas G 2 in which H 2 of / min flows.

【0034】a3 :ガスラインp7 を流れる混合ガスC
B が、流量30ml/minのAsH3 と流量470m
l/minのH2 とから成り、ガスラインp9 には流量
501ml/minのH2 が流れる原料ガスG3 の供給
機構。 a4 :ガスラインp7 を流れる混合ガスCB が、流量1
00ml/minのAsH3 と流量400ml/min
のH2 とから成り、ガスラインp9 には流量501ml
/minのH2 が流れる原料ガスG4 の供給機構。
A 3 : mixed gas C flowing in the gas line p 7
B is AsH 3 with a flow rate of 30 ml / min and a flow rate of 470 m
A supply mechanism of the raw material gas G 3 which is composed of H 2 of 1 / min and in which a flow rate of H 2 of 501 ml / min flows in the gas line p 9 . a 4 : The mixed gas C B flowing through the gas line p 7 has a flow rate of 1
AsH 3 of 00 ml / min and flow rate of 400 ml / min
Of H 2 and the gas line p 9 has a flow rate of 501 ml.
A supply mechanism of a source gas G 4 in which H 2 of / min flows.

【0035】まず、ランラインL1 を流れるガスの総量
が8l/min、ベントラインL2を流れるガスの総量
が3l/minとなるようにマスフローコントローラM
1 ,M2 を調整した。ついで、原料ガスの供給機構を作
動させ、流路切換え機構Bにおけるバルブ5 5 ,56
バルブ59 ,510をいずれも開弁した。ベントラインL
2 には、原料ガスG1 ,G2 ,G3 ,G4 が合量で20
01.3ml/minの流量で流入し、同時に、ランライ
ンL1 にも合量で2001.3ml/minの流量でH2
が流入する。
First, the run line L1Total amount of gas flowing through
8 l / min, vent line L2Total amount of gas flowing through
So that the flow rate is 3 l / min.
1, M2Was adjusted. Next, a feed gas supply mechanism was created.
Valve 5 in the flow path switching mechanism B Five, 56;
Valve 59, 5TenBoth were opened. Bent line L
2Is the source gas G1, G2, G3, GFourIs 20 in total
It flows in at a flow rate of 0.
L1Also, the total volume is 200 H at a flow rate of 1.3 ml / min.2
Flows in.

【0036】このとき、圧力計P1 ,P2 はいずれも3
00Torrとなるように制御し、また反応炉1内の圧
力は圧力計P4 で200Torrとなるように制御し
た。この状態を維持したのち、以下の操作を順次行い、
そのときの各圧力計P1 ,P2 ,P4 における指示値の
変動を調べた。 操作1:供給機構a1 ,a2 については、バルブ54
バルブ57 を開にして流路切換えを行い、原料ガス
1 ,G2 をランラインL1 に流し、H2 をベントライ
ンL2 に流した。
At this time, the pressure gauges P 1 and P 2 are both 3
The pressure in the reactor 1 was controlled to be 00 Torr, and the pressure inside the reactor 1 was controlled to be 200 Torr by the pressure gauge P 4 . After maintaining this state, perform the following operations in sequence,
The fluctuation of the indicated value at each pressure gauge P 1 , P 2 , P 4 at that time was examined. Operation 1: For the supply mechanisms a 1 and a 2 , the valves 5 4 and
The valve 5 7 was opened to switch the flow paths, and the raw material gases G 1 and G 2 were flown into the run line L 1 and H 2 was flowed into the vent line L 2 .

【0037】このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示
値に変動は認められなかった。 操作2:操作1を継続しながら、供給機構a3 ,a4
作動し、バルブ58 、バルブ511を開にして流路切換え
を行い、原料ガスG3 ,G4 をランラインL1 に、H2
をベントラインL2 に流した。このとき、圧力計P1
4 の指示値に変動は認められなかったが、圧力調整バ
ルブV2 の制御範囲が逸脱したので、マスフローコント
ローラM2 の流量設定値を2l/minにまで下げて圧
力計P2 の指示値を300Torrに制御した。
At this time, no change was recognized in the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 , P 4 . Operation 2: While continuing the operation 1, the supply mechanisms a 3 and a 4 are operated, the valves 5 8 and 5 11 are opened to switch the flow paths, and the source gases G 3 and G 4 are supplied to the run line L 1. To H 2
Was flowed to the vent line L 2 . At this time, the pressure gauge P 1 ,
No change was found in the indicated value of P 4 , but since the control range of the pressure regulating valve V 2 deviated, the flow rate set value of the mass flow controller M 2 was lowered to 2 l / min and the indicated value of the pressure gauge P 2 was decreased. Was controlled to 300 Torr.

【0038】操作3:各流路切換え機構Bのバルブ操作
を行い、原料ガスG1 ,G2 ,G4はベントラインL2
に流入させ、原料ガスG3 のみはランラインL1に流入
させた。このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示値に
変動は認められなかった。 操作4:操作3を継続しながら、供給機構a1 の流路切
換え機構Bにおけるバルブ54 を開(バルブ57 も開)
にして、原料ガスG1 をランラインL1 に流入させた。
Operation 3: The valve of each flow path switching mechanism B is operated, and the raw material gases G 1 , G 2 and G 4 are vent line L 2.
And only the source gas G 3 was allowed to flow into the run line L 1 . At this time, the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 and P 4 were not changed. Operation 4: While continuing the operation 3, the valve 5 4 in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 1 is opened (the valve 5 7 is also opened).
Then, the raw material gas G 1 was caused to flow into the run line L 1 .

【0039】このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示
値に変動は認められなかった。 操作5:操作4を継続しながら、供給機構a2 の流路切
換え機構Bにおけるバルブ54 を開(バルブ57 も開)
にして、原料ガスG2 をランラインL1 に流入させた。
このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示値に変動は認
められなかった。
At this time, no change was recognized in the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 , P 4 . Operation 5: While continuing the operation 4, the valve 5 4 in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 2 is opened (the valve 5 7 is also opened).
Then, the source gas G 2 was caused to flow into the run line L 1 .
At this time, the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 and P 4 were not changed.

【0040】操作6:操作5を継続しながら、供給機構
3 の流路切換え機構Bにおけるバルブ59 を開(バル
ブ510も開)にし、また供給機構a4 の流路切換え機構
Bにおけるバルブ58 を開(バルブ511も開)にして、
原料ガスG3 はベントラインL2 に、原料ガスG4 はラ
ンラインL1 に流した。
Operation 6: While continuing the operation 5, the valve 5 9 in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 3 is opened (the valve 5 10 is also opened), and the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 4 is operated. Open valve 5 8 (also open valve 5 11 ),
The source gas G 3 was flown into the vent line L 2 and the source gas G 4 was flown into the run line L 1 .

【0041】このとき、圧力計P4 の指示値に変動しな
かったが、圧力計P1 の指示値は300Torrから3
05Torrに変動し、また圧力計P2 の指示値は30
0Torrから290Torrに変動した。また、圧力
調整バルブV2 の開度は0%になった。このように、図
2で示した装置の場合であっても、原料ガスの流路切換
え時には、ランラインL1 とベントラインL2 の間に差
圧が発生し、それぞれを流れるガスの流量は変動するこ
とがある。
At this time, the indication value of the pressure gauge P 4 did not fluctuate, but the indication value of the pressure gauge P 1 was 3 to 300 Torr.
Fluctuates to 05 Torr, and the indicated value of pressure gauge P 2 is 30
It varied from 0 Torr to 290 Torr. Further, the opening degree of the pressure adjusting valve V 2 became 0%. As described above, even in the case of the device shown in FIG. 2, when the flow path of the raw material gas is switched, a differential pressure is generated between the run line L 1 and the vent line L 2 , and the flow rate of the gas flowing through each is It may fluctuate.

【0042】本発明は、図2で示した従来の装置におけ
る上記したような問題を解決し、流量が多いV族元素の
原料ガスの流路切換えを行った場合であっても、ランラ
インL1 とベントラインL2 の間で差圧を発生すること
がなく、したがって使用する原料ガスの流量変動も起こ
らず、形成した薄膜間における界面の急峻性を高めるこ
とができる有機金属気相成長装置の提供を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems in the conventional apparatus shown in FIG. 2, and the run line L is used even when the flow path of the source gas of the group V element having a large flow rate is switched. A metal-organic vapor phase epitaxy apparatus capable of increasing the steepness of the interface between the formed thin films without generating a pressure difference between 1 and the vent line L 2 , and thus without causing fluctuations in the flow rate of the raw material gas used. For the purpose of providing.

【0043】[0043]

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ために、本発明においては、反応炉へのガスの供給経路
として機能するランラインと前記ガスの排気経路として
機能するベントラインとを備え、III −V族化合物半導
体から成る薄膜を形成する有機金属気相成長装置におい
て、前記ランラインと前記ベントラインの双方の所定個
所には、それぞれを流れるガスの圧力を調整するための
圧力調整バルブが配置され、前記圧力調整バルブの配置
個所の下流側には、V族元素の原料ガスの供給機構が前
記ランラインと前記ベントラインとを結ぶ流路切換え機
構を介して配置され、かつ、前記圧力調整バルブの配置
個所の上流側には、III 族元素の原料ガスおよび/また
はドーピングガスの供給機構が前記ランラインと前記ベ
ントラインとを結ぶ流路切換え機構を介して配置されて
いることを特徴とする有機金属気相成長装置が提供され
る。
In order to solve the above problems, the present invention comprises a run line functioning as a gas supply path to a reaction furnace and a vent line functioning as an exhaust path of the gas. , A metal-organic vapor phase epitaxy apparatus for forming a thin film made of a III-V group compound semiconductor, a pressure regulating valve for regulating the pressure of gas flowing through the run line and the vent line at predetermined positions. And a source gas supply mechanism for the group V element is disposed downstream of the pressure control valve at a location where the pressure control valve is disposed via a flow path switching mechanism that connects the run line and the vent line, and On the upstream side of the position where the pressure regulating valve is arranged, a supply gas of the group III element source gas and / or the doping gas connects the run line and the vent line. MOCVD apparatus characterized by being arranged through the road switching mechanism is provided.

【0044】[0044]

【作用】まず、V族元素の原料ガスであるたとえばAs
3 のような水素化物はキャリアガスであるH2 に比べ
てその分子半径が大きい。そして、前記したように、II
I −V族化合物半導体を気相成長させるためには、V族
元素の原料ガスの使用流量はIII 族元素の原料ガスの使
用流量よりも多くすることが必要である。
First, the source gas of the group V element, such as As, is used.
A hydride such as H 3 has a larger molecular radius than H 2 which is a carrier gas. And, as mentioned above, II
In order to vapor-deposit an I-V group compound semiconductor, the flow rate of the source gas of the group V element needs to be higher than the flow rate of the source gas of the group III element.

【0045】そのときのV族元素の原料ガスとH2 との
混合ガスではその平均分子半径が大きくなっているた
め、圧力調整バルブによる圧力制御の範囲から逸脱する
傾向が現れ、その圧力調整バルブでは、前記混合ガスの
圧力調整の制御幅が狭くなる。ところで、図2で示した
装置の場合、圧力調整バルブV1 ,V2 は、いずれも、
原料ガスの供給機構Aの下流側に配置されている。すな
わち、V族元素の原料ガスの供給機構A2 の下流側に配
置されている。
At this time, the mixed gas of the source gas of the group V element and H 2 has a large average molecular radius, so that the pressure control valve tends to deviate from the range of pressure control. Then, the control width of the pressure adjustment of the mixed gas becomes narrow. By the way, in the case of the device shown in FIG. 2, the pressure regulating valves V 1 and V 2 are
It is arranged on the downstream side of the source gas supply mechanism A. That is, it is arranged on the downstream side of the supply mechanism A 2 for the source gas of the group V element.

【0046】したがって、ランラインL1 やベントライ
ンL2 に所定の原料ガスが所定の流量で流れている状態
で、V族元素の原料ガスの流路切換えを行うと、原料ガ
スの供給機構Aの下流側に配置されている圧力調整バル
ブV1 ,V2 は新たな原料ガスの圧力調整を充分に制御
できなくなり、ランラインL1 やベントラインL2 での
圧力変動が発生するようになる。
Therefore, when the flow path of the raw material gas of the group V element is switched while the predetermined raw material gas is flowing at a predetermined flow rate in the run line L 1 and the vent line L 2 , the raw material gas supply mechanism A The pressure adjusting valves V 1 and V 2 arranged on the downstream side cannot fully control the pressure adjustment of new raw material gas, and pressure fluctuations occur in the run line L 1 and the vent line L 2. .

【0047】本発明の装置の場合、圧力調整バルブはV
族元素の原料ガスの供給機構の上流側に配置されてい
る。したがって、ランラインやベントラインに所定の原
料ガスが所定の流量で流れている状態でV族元素の原料
ガスの流路切換えを行っても、そのことによる圧力調整
バルブへの上記した悪影響は発生しない。そのため、ラ
ンラインやベントラインにおける圧力変動は起こらなく
なる。
In the case of the device of the present invention, the pressure regulating valve is V
It is arranged on the upstream side of the supply mechanism of the source gas of the group element. Therefore, even if the flow path of the source gas of the group V element is switched while the predetermined source gas is flowing at a predetermined flow rate in the run line or the vent line, the above-described adverse effect on the pressure control valve is caused. do not do. Therefore, pressure fluctuations in the run line and vent line do not occur.

【0048】すなわち、ランラインとベントラインの間
で、V族元素の原料ガスの流路切換え操作を伴う状態で
両ライン間におけるIII 族元素の原料ガスやドーピング
ガスの流路切換え操作を行っても、ランラインやベント
ラインでの圧力変動は起こらない。ところで、III −V
族化合物半導体の薄膜を積層する際に、各薄膜間におけ
る界面の特性は、主として、III 族元素の原料ガスやド
ーピングガスの流路切換え時における圧力変動で規定さ
れる。このときの圧力変動が激しい場合は界面の急峻性
は低下する。
That is, between the run line and the vent line, the flow passage switching operation for the group III element source gas and the doping gas is performed between the two lines while the flow passage switching operation for the group V element source gas is performed. However, there is no pressure fluctuation in the run line or vent line. By the way, III-V
When laminating a thin film of a group compound semiconductor, the characteristics of the interface between the thin films are mainly defined by the pressure fluctuation when switching the flow paths of the source gas of the group III element and the doping gas. If the pressure fluctuation at this time is severe, the steepness of the interface is lowered.

【0049】本発明の装置の場合、原料ガスの流路切換
えを行っても、III 族元素の原料ガスやドーピングガス
の圧力変動は起こらずに気相成長反応が進行することに
なるので、形成された薄膜の界面の急峻性は優れたもの
になる。
In the case of the apparatus of the present invention, even if the flow path of the source gas is switched, the vapor phase growth reaction proceeds without pressure fluctuations of the source gas of the group III element and the doping gas. The sharpness of the interface of the formed thin film becomes excellent.

【0050】[0050]

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の装置を説明
する。図1は、本発明装置の基本構成を示す概略図であ
る。本発明装置の場合、図1で示したように、ランライ
ンL1 、ベントラインL2のそれぞれに配置されている
圧力調整バルブV1 ,V2 の配置個所を境にして、原料
ガスの供給機構が分割して配置される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of the device of the present invention. In the case of the device of the present invention, as shown in FIG. 1, the raw material gas is supplied with the pressure regulating valves V 1 and V 2 arranged on the run line L 1 and the vent line L 2 as boundaries. The mechanism is divided and arranged.

【0051】すなわち、圧力調整バルブV1 ,V2 の配
置個所の下流側のランラインL1 とベントラインL2
所定個所には、図2で示した流路切換え機構Bと同じ機
構で同じバルブ作動をする流路切換え機構Bを介して、
V族元素の原料ガスの供給機構A2 ’が必要個数だけ配
置されている。そして、圧力調整バルブV1 ,V2 の配
置個所の上流側の所定個所には、同じく図2で示した流
路切換え機構Bを介して、III 族元素の原料ガスおよび
/またはドーピングガスの供給機構A1 ’が必要個数だ
け配置されている。
That is, at the predetermined positions of the run line L 1 and the vent line L 2 on the downstream side of the positions where the pressure regulating valves V 1 and V 2 are arranged, the same mechanism as the flow path switching mechanism B shown in FIG. 2 is used. Via the flow path switching mechanism B that operates the valve,
A required number of supply mechanisms A 2 'for group V element source gas are arranged. Then, the source gas of the group III element and / or the doping gas is supplied to a predetermined location upstream of the location of the pressure regulating valves V 1 and V 2 via the flow path switching mechanism B also shown in FIG. The required number of mechanisms A 1 'is arranged.

【0052】この装置の場合、ランラインL1 とベント
ラインL2 に所定の原料ガスを所定の流量で流している
状態で、例えば、供給機構A2 ’から供給されていたV
族元素の原料ガスの流路を切り換えても、その操作は圧
力調整バルブV1 ,V2 の下流側で行われているので、
圧力調整バルブV1 ,V2 が行う圧力制御機能に対して
影響を与えることがなく、ランラインL1 とベントライ
ンL2 での流量変化は生じない。すなわち、両ライン間
で圧力変動は起こらない。
In the case of this apparatus, for example, V supplied from the supply mechanism A 2 ′ in a state where a predetermined source gas is flown through the run line L 1 and the vent line L 2 at a predetermined flow rate.
Even if the flow path of the source gas of the group element is switched, the operation is performed on the downstream side of the pressure adjusting valves V 1 and V 2 , so that
There is no influence on the pressure control function performed by the pressure adjusting valves V 1 and V 2, and there is no change in the flow rate between the run line L 1 and the vent line L 2 . That is, pressure fluctuation does not occur between both lines.

【0053】そして、供給機構A1 ’から供給されてい
たIII 族元素の原料ガスやドーピングガスの流路切換え
を行っても、これらのガスは調整バルブV1 ,V2 の圧
力調整の制御幅を狭めるようなガスではないため、切換
え後にランラインL1 とベントラインL2 を流れるガス
の流量は切換え前のガスの流量と同量であり、それは圧
力調整バルブV1 ,V2 で正確に所定流量に制御され
る。したがって、ランラインL1 とベントラインL2
おいて圧力変動は起こらない。
Even if the source gas of the group III element and the doping gas supplied from the supply mechanism A 1 ′ are switched, these gases are controlled by the control valves V 1 and V 2 for controlling the pressure. Since it is not a gas that narrows the flow rate, the flow rate of the gas flowing through the run line L 1 and the vent line L 2 after the switching is the same as the flow rate of the gas before the switching, and it is accurately determined by the pressure adjusting valves V 1 and V 2. It is controlled to a predetermined flow rate. Therefore, pressure fluctuation does not occur in the run line L 1 and the vent line L 2 .

【0054】すなわち、本発明の装置においては、供給
機構A2 ’の流路切換え操作の有無に関係なく、供給機
構A1 ’の流路切換え操作を行っても両ラインを流れる
ガスに圧力変動は発生しない。図1で例示した装置にお
いて、圧力調整バルブV1 ,V2 の配置個所より上流側
には、図2の装置で用いたIII 族元素の原料ガスの供給
機構a1 ,a2 を2個配置し、また下流側には、同じく
図2の装置で用いたV族元素の原料ガスの供給機構
3 ,a4 を2個配置して、以下のような操作を行なっ
て流路切換えの影響を調べた。
That is, in the apparatus of the present invention, regardless of whether or not the flow passage switching operation of the supply mechanism A 2 ′ is performed, even if the flow passage switching operation of the supply mechanism A 1 ′ is performed, the pressure fluctuation in the gas flowing through both lines is changed. Does not occur. In the apparatus illustrated in FIG. 1, two source gas supply mechanisms a 1 and a 2 of the group III element source gas used in the apparatus of FIG. 2 are arranged upstream of the positions where the pressure control valves V 1 and V 2 are arranged. In addition, on the downstream side, two feed mechanisms a 3 and a 4 for supplying the source gas of the group V element, which were also used in the apparatus of FIG. 2, are arranged, and the following operation is performed to influence the passage switching. I checked.

【0055】まず、ランラインL1 を流れるガスの総量
が8l/min、ベントラインL2を流れるガスの総量
が3l/minとなるように、マスフローコントローラ
1,M2 を調整した。ついで、原料ガスの供給機構を
作動させ、供給機構a1 ,a2 では、バルブ5 5 ,56
を開、バルブ54 ,57 を閉にし、また供給機構a3
4 では、バルブ59 ,510を開、バルブ58 ,511
閉にした。ベントラインL2 には原料ガスG1 ,G2
3 ,G4 が合量で2001.3ml/minの流量で流
入し、ランラインL1 には合量で同じく2001.3ml
/minの流量でH2 が流入した。
First, the run line L1Total amount of gas flowing through
8 l / min, vent line L2Total amount of gas flowing through
So that the flow rate is 3 l / min, the mass flow controller
M1, M2Was adjusted. Then, the feed gas supply mechanism
Operate and supply mechanism a1, A2Then valve 5 Five, 56
Open, valve 5Four, 57Closed, and the supply mechanism a3,
aFourThen valve 59, 5TenOpen, valve 58, 511To
I closed it. Bent line L2Is the source gas G1, G2,
G3, GFourFlow at a total volume of 2001.3 ml / min
Enter and run line L1The total amount is the same as 2001.
H at a flow rate of / min2Has flowed in.

【0056】このとき、圧力計P1 ,P2 はいずれも3
00Torrとなるように制御し、また反応炉1内の圧
力は圧力計P4 で200Torrとなるように制御し
た。この状態を維持したのち、以下の操作を順次行い、
そのときの各圧力計P1 ,P2 ,P4 における指示値の
変動を調べた。 操作1:供給機構a1 ,a2 については、バルブ54
7 を開、バルブ55,56 を閉にして流路切換えを行
い、原料ガスG1 ,G2 をランラインL1 に流し、H2
をベントラインL2 に流した。
At this time, the pressure gauges P 1 and P 2 are both 3
The pressure in the reactor 1 was controlled to be 00 Torr, and the pressure inside the reactor 1 was controlled to be 200 Torr by the pressure gauge P 4 . After maintaining this state, perform the following operations in sequence,
The fluctuation of the indicated value at each pressure gauge P 1 , P 2 , P 4 at that time was examined. Operation 1: For the supply mechanisms a 1 and a 2 , the valves 5 4 and
5 7 is opened and valves 5 5 and 5 6 are closed to switch the flow paths, and the source gases G 1 and G 2 are flown to the run line L 1 and H 2 is supplied.
Was flowed to the vent line L 2 .

【0057】このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示
値に変動は認められなかった。 操作2:操作1を継続しながら、供給機構a3 ,a4
作動し、バルブ58 ,511を開、バルブ59 ,510を閉
にして流路切換えを行い、原料ガスG3 ,G4 をランラ
インL1 に流し、H2 をベントラインL2 に流した。
At this time, no change was recognized in the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 , P 4 . Operation 2: While continuing the operation 1, the supply mechanisms a 3 and a 4 are operated, the valves 5 8 and 5 11 are opened, the valves 5 9 and 5 10 are closed, and the flow passage is switched to change the source gas G 3 , G 4 was flown through the run line L 1 and H 2 was flowed through the vent line L 2 .

【0058】このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示
値に変動は認められなかったが、圧力調整バルブV2
制御範囲が逸脱したので、マスフローコントローラM2
の流量設定値を2l/minにまで下げて圧力計P2
指示値を300Torrに制御した。 操作3:供給機構a4 において、バルブ59 ,510
開、バルブ58 ,511を閉にして、原料ガスG4 をベン
トラインL2 に流入させ、また、供給機構a1 ,a2
おいて、バルブ55 ,56 を開、バルブ54 ,57を閉
にして原料ガスG1 ,G2 をベントラインL2 に流入さ
せ、ランラインL1 には原料ガスG1 のみを流入させ
た。
At this time, no change was found in the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 , P 4 , but the control range of the pressure adjusting valve V 2 deviated, so that the mass flow controller M 2
The flow rate setting value of was reduced to 2 l / min, and the indicated value of the pressure gauge P 2 was controlled to 300 Torr. Operation 3: In the supply mechanism a 4 , the valves 5 9 and 5 10 are opened and the valves 5 8 and 5 11 are closed to allow the raw material gas G 4 to flow into the vent line L 2 , and the supply mechanisms a 1 and a 2 , the valves 5 5 and 5 6 are opened and the valves 5 4 and 5 7 are closed to allow the raw material gases G 1 and G 2 to flow into the vent line L 2 and only the raw material gas G 1 is supplied to the run line L 1. Let it flow.

【0059】このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 の指示
値に変動は認められなかった。 操作4:操作3を継続しながら、供給機構a1 の流路切
換え機構Bにおけるバルブ54 ,57 を開(バルブ
5 ,56 を閉)にして、原料ガスG1をランラインL
1 に流入させた。このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4
指示値に変動は認められなかった。
At this time, no change was recognized in the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 , P 4 . Operation 4: While continuing the operation 3, the valves 5 4 and 5 7 in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 1 are opened (the valves 5 5 and 5 6 are closed), and the source gas G 1 is supplied to the run line L.
Flowed into 1 . At this time, the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 and P 4 were not changed.

【0060】操作5:操作4を継続しながら、供給機構
2 の流路切換え機構Bにおけるバルブ54 ,57 を開
(バルブ55 ,56 を閉)にして、原料ガスG2をラン
ラインL1 に流入させた。このとき、圧力計P1
2 ,P4 の指示値に変動は認められなかった。 操作6:操作5を継続しながら、供給機構a3 の流路切
換え機構Bにおけるバルブ59 ,510を開(バルブ
8 ,511を閉)にし、また供給機構a4 の流路切換え
機構Bにおけるバルブ58 ,511を開(バルブ59 ,5
10を閉)にして、原料ガスG3 はベントラインL2 に、
原料ガスG4 はランラインL1 に流した。
Operation 5: While continuing Operation 4, the valves 5 4 and 5 7 in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 2 are opened (the valves 5 5 and 5 6 are closed), and the source gas G 2 is supplied. It was made to flow into the run line L 1 . At this time, the pressure gauge P 1 ,
No change was observed in the indicated values of P 2 and P 4 . Operation 6: While continuing operation 5, the valves 5 9 and 5 10 in the flow path switching mechanism B of the supply mechanism a 3 are opened (valves 5 8 and 5 11 are closed), and the flow path switching of the supply mechanism a 4 is performed. Open valves 5 8 and 5 11 in mechanism B (valves 5 9 and 5 11
(10 is closed), and the source gas G 3 enters the vent line L 2 ,
The raw material gas G 4 was flown to the run line L 1 .

【0061】このとき、圧力計P1 ,P2 ,P4 のいず
れの指示値にも変動は認められなかった。このように、
本発明の装置では、V族元素の原料ガスの流路切換えに
伴うランライン、ベントライン内の圧力変動は発生しな
い。
At this time, no change was observed in any of the indicated values of the pressure gauges P 1 , P 2 and P 4 . in this way,
In the apparatus of the present invention, the pressure fluctuations in the run line and the vent line due to the switching of the flow paths of the source gas of the group V element do not occur.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1
の有機金属気相成長装置は、ランラインとベントライン
を備えてIII −V族化合物半導体を気相成長させる装置
であって、両ラインの圧力調整バルブの配置個所よりも
下流側にV族元素の原料ガスの供給機構を配置し、上流
側にV族元素の原料ガス以外の原料ガスの供給機構を配
置しているので、V族元素の原料ガスの流路切換え操作
に伴う両ラインを流れるガスの圧力変動は発生せず、両
ラインにおける流量の変動は起こらない。したがって、
積層構造において界面の急峻性に優れたIII −V族化合
物半導体薄膜を形成することができる。
As is apparent from the above description, claim 1
The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus of the present invention is an apparatus for vapor phase growth of a III-V group compound semiconductor provided with a run line and a vent line, and is a group V element downstream of the location of the pressure control valve of both lines. Since the source gas supply mechanism for the group V element is arranged and the source gas supply mechanism for the source gas other than the group V element source gas is arranged on the upstream side, it flows through both lines accompanying the flow path switching operation of the group V element source gas. The gas pressure does not fluctuate, and the flow rate in both lines does not fluctuate. Therefore,
It is possible to form a III-V group compound semiconductor thin film having excellent interface steepness in a laminated structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の装置の基本構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an apparatus of the present invention.

【図2】従来の装置の基本構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応炉 2 排気ポンプ 3 容器 4 原料ガスの供給源 51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 ,57 ,58 ,5
9 ,510,511 バルブ 6 ボンベ 7 圧力調整器 L1 ランライン L2 ベントライン M1 ,M2 ,M3 ,M4 ,M5 ,M6 ,M7 ,M8
スフローコントローラ p1 ,p2 ,p3 ,p4 ,p5 ,p6 ,p7 ,p8 ,p
9 ,p10,p11 ガスライン P1 ,P2 ,P4 ,P5 圧力計 P3 差圧計 CA ,CB 混合ガス C0 ,C0 ’,C1 ,C2 ,C3 ,C4 ,C5 キャリ
アガス V1 ,V2 ,V3 ,V4 圧力調整バルブ q1 ,q2 ,q3 ,q4 ,q5 ガスラインの接続点 A,A1 ,A2 原料ガスの供給機構 A1 ’ III 族元素の原料ガスまたはドーピングガスの
供給機構 A2 ’ V族元素の原料ガスの供給機構 B 流路切換え機構
1 Reactor 2 Exhaust Pump 3 Container 4 Source of Source Gas 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 , 5 6 , 5 7 , 5 8 , 5
9 , 5 10 , 5 11 valve 6 cylinder 7 pressure regulator L 1 run line L 2 vent line M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , M 5 , M 6 , M 7 , M 8 mass flow controller p 1 , p 2 , p 3 , p 4 , p 5 , p 6 , p 7 , p 8 , p
9, p 10, p 11 gas line P 1, P 2, P 4 , P 5 pressure gauge P 3 a differential pressure gauge C A, C B mixed gas C 0, C 0 ', C 1, C 2, C 3, C 4 , C 5 Carrier gas V 1 , V 2 , V 3 , V 4 Pressure control valve q 1 , q 2 , q 3 , q 4 , q 5 Gas line connection point A, A 1 , A 2 Raw material gas supply mechanism a 1 supply the raw material gas of group V element 'feed mechanism a 2 of the raw material gas or a doping gas of a group III element' mechanism B flow path switching mechanism

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応炉へのガスの供給経路として機能す
るランラインと前記ガスの排気経路として機能するベン
トラインとを備え、III −V族化合物半導体から成る薄
膜を形成する有機金属気相成長装置において、前記ラン
ラインと前記ベントラインの双方の所定個所には、それ
ぞれを流れるガスの圧力を調整するための圧力調整バル
ブが配置され、前記圧力調整バルブの配置個所の下流側
には、V族元素の原料ガスの供給機構が前記ランライン
と前記ベントラインとを結ぶ流路切換え機構を介して配
置され、かつ、前記圧力調整バルブの配置個所の上流側
には、III 族元素の原料ガスおよび/またはドーピング
ガスの供給機構が前記ランラインと前記ベントラインと
を結ぶ流路切換え機構を介して配置されていることを特
徴とする有機金属気相成長装置。
1. A metal organic chemical vapor deposition method comprising a run line functioning as a gas supply path to a reaction furnace and a vent line functioning as an exhaust path for the gas and forming a thin film made of a III-V group compound semiconductor. In the apparatus, a pressure adjusting valve for adjusting the pressure of gas flowing through each of the run line and the vent line is arranged, and V is arranged on the downstream side of the arrangement position of the pressure adjusting valve. The source gas of the group III element is arranged via a flow path switching mechanism connecting the run line and the vent line, and the group III element source gas is provided upstream of the pressure regulating valve. And / or a doping gas supply mechanism is arranged via a flow path switching mechanism that connects the run line and the vent line. Length devices.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8601976B2 (en) 2007-09-25 2013-12-10 Fujikin Incorporated Gas supply system for semiconductor manufacturing facilities

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