JPH10223539A - Organic metal vapor growth method and its vapor growth device - Google Patents

Organic metal vapor growth method and its vapor growth device

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JPH10223539A
JPH10223539A JP2056597A JP2056597A JPH10223539A JP H10223539 A JPH10223539 A JP H10223539A JP 2056597 A JP2056597 A JP 2056597A JP 2056597 A JP2056597 A JP 2056597A JP H10223539 A JPH10223539 A JP H10223539A
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JP
Japan
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organic metal
gas
raw material
reaction tube
carrier gas
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JP2056597A
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Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Imanishi
大介 今西
Sunao Yamamoto
直 山本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the structure of a device by connecting at least two organic metal feed gases in the same family to a reaction pipe where a substrate under processing of an organic metal vapor growth device is arranged, merging it to a reactor line where a carrier gas is supplied before starting to supply, and supplying it to the reaction pipe where the substrate is arranged. SOLUTION: An organic metal gas taken out of organic metal gas take-out pipes 141, 142, 143, and 144 merge at merging parts 301 and 302 before the gases reach a reactor line 22. The merged organic metal feed gases are guided to the reactor line 22 and are fed to a reaction pipe 13 for performing a final target vapor growth. Then, a first semiconductor film made of AlGaAs is formed by the feed gas of a first raw material system 1 and a second semiconductor made of AlGaAs with a different ratio of elements for constituting a semiconductor film by a second raw material system 2 is formed. A cost can be reduced by simplifying the structure of an organic metal vapor growth device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、有機金属気相成長
方法とその気相成長装置に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metalorganic vapor phase epitaxy method and a vapor phase epitaxy apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、LED(Light Emitting Diod
e)、HEMT(High Electron Mobility Transistor
)を始めとする種々の半導体デバイス装置における化
合物半導体の成膜、例えばエピタキシャル成長において
は、正確で、再現性のある原料の供給制御ができる有機
金属気相成長法(以下、MOCVD法という)や、分子
線エピタキシャル法(MBE)が適している。さらにこ
れらの方法は、非平衡状態での結晶成長を特徴としてお
り、液相成長では困難な多元系化合物半導体混晶を得る
ことができる。特に、MOCVD装置では、その規模を
大きくすることが容易で、化合物半導体の育成を効率良
く、容易に行うことができる。
2. Description of the Related Art For example, an LED (Light Emitting Diod)
e), HEMT (High Electron Mobility Transistor)
In various semiconductor device devices including compound semiconductors, for example, epitaxial growth, metal organic chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as MOCVD) which can control supply of raw materials accurately and reproducibly, Molecular beam epitaxy (MBE) is suitable. Further, these methods are characterized by crystal growth in a non-equilibrium state, and can obtain a multi-component compound semiconductor mixed crystal which is difficult by liquid phase growth. In particular, in the MOCVD apparatus, the scale can be easily increased, and the compound semiconductor can be efficiently and easily grown.

【0003】図2に、複数の有機金属原料ガス供給源を
有する従来のMOCVD装置の概略図を示す。例えばA
lGaAs化合物半導体層のMOCVD法によるエピタ
キシャル成長を行う場合は、III族原料としては、トリ
メチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム
(TMAl)の有機金属原料ガスを得る有機金属原料ガ
ス供給源61〜64が設けられ、V族原料供給源32と
しては、アルシン(AsH3 )が設けられる。この場
合、有機金属原料ガス供給源61〜64については、例
えば61および63をトリメチルガリウム(TMGa)
を、62および64をトリメチルアルミニウム(TMA
l)の供給源とすることができる。
FIG. 2 is a schematic view of a conventional MOCVD apparatus having a plurality of metal organic source gas supply sources. For example, A
When performing epitaxial growth of the lGaAs compound semiconductor layer by the MOCVD method, organic metal source gas supply sources 61 to 64 for obtaining an organic metal source gas of trimethylgallium (TMGa) and trimethylaluminum (TMAl) as the group III source are provided. , V source material supply source 32 is provided with arsine (AsH 3 ). In this case, for the organometallic raw material gas supply sources 61 to 64, for example, 61 and 63 are replaced by trimethylgallium (TMGa).
, 62 and 64 as trimethylaluminum (TMA
l) can be a source.

【0004】有機金属原料ガス供給源61〜64は、そ
れぞれ上述の液体有機金属原料(図示せず)が収容され
ており、これらに、純化装置(図示せず)により高純度
化された水素キャリアガス供給源12からのキャリアガ
スを、マスフローコントローラ(MFC)81〜84を
通じて流量制御して、それぞれキャリアガス供給管51
〜54から吹き込み、バブリングを行って、キャリアガ
スとともに有機金属原料ガスを、有機金属原料ガス取り
出し管41〜44から取り出し、これらを、有機金属気
相成長がなされる基板が配置された反応管につながり、
キャリアガスが供給されるリアクタライン22に導き、
最終的に目的とする気相成長を行う反応管13に導く。
The organic metal raw material gas supply sources 61 to 64 contain the above-mentioned liquid organic metal raw materials (not shown), respectively, and contain hydrogen carrier purified by a purifying device (not shown). The flow rate of the carrier gas from the gas supply source 12 is controlled through mass flow controllers (MFCs) 81 to 84 so that the carrier gas supply pipes 51 are respectively provided.
To 54, and bubbling is performed to take out the organometallic raw material gas together with the carrier gas from the organometallic raw material gas take-out tubes 41 to 44, and transfer them to a reaction tube on which a substrate on which metalorganic vapor phase epitaxy is performed is arranged. connection,
Leading to the reactor line 22 where the carrier gas is supplied,
Finally, it is led to a reaction tube 13 for performing a target vapor phase growth.

【0005】このようにして反応管13に送り込まれた
有機金属原料ガスは、高周波コイル等の加熱手段14に
よって、一定温度に保たれたサセプタ15上の基板16
に送り込まれ、そこで熱分解を起こして基板16上に目
的とする化合物半導体層のエピタキシャル成長を行う。
The organometallic raw material gas thus sent into the reaction tube 13 is heated by a heating means 14 such as a high-frequency coil or the like to a substrate 16 on a susceptor 15 maintained at a constant temperature.
Where thermal decomposition occurs to perform epitaxial growth of the target compound semiconductor layer on the substrate 16.

【0006】一方、エピタキシャル成長を停止する場合
には、有機金属原料ガス供給源61〜64に対するキャ
リアガスの供給、従って反応管13に対する有機金属原
料ガスの供給を停止すればよいのであるが、このとき、
反応管13内の圧力に変化が生じた場合、基板16上に
成長させた化合物半導体層の膜質の低下、組成の変動を
来す場合がある。
On the other hand, when the epitaxial growth is to be stopped, the supply of the carrier gas to the organic metal source gas supply sources 61 to 64, that is, the supply of the organic metal source gas to the reaction tube 13 may be stopped. ,
When the pressure in the reaction tube 13 changes, the quality of the compound semiconductor layer grown on the substrate 16 may be deteriorated and the composition may be changed.

【0007】そこで、反応管13内の圧力を一定に保つ
ため、図2に示すように、マスフローコントローラ97
を介して反応管13と排気路いわゆるベントライン(Ve
nt Line )21に、バルブ71a〜74aおよび71b
〜74bの切り換え手段71〜74によって切り換えら
れるキャリアガスのダミーライン20が設けられる。こ
のダミーのキャリアガスの流量は、化合物半導体層の成
膜に必要な有機金属原料ガスの流量に応じて設定させ
る。一方、有機金属原料ガス供給源61〜64からの有
機金属原料ガスについても、切り換え手段71〜74の
バルブ71a〜74aおよび71b〜74bによって反
応管13とベントライン21とに切り換えて送ることが
できるようにする。
Therefore, in order to keep the pressure inside the reaction tube 13 constant, as shown in FIG.
Through a reaction tube 13 and an exhaust passage, a so-called vent line (Ve
nt Line) 21, valves 71a-74a and 71b
A dummy line 20 of the carrier gas which is switched by the switching means 71 to 74 of the carrier gas is provided. The flow rate of the dummy carrier gas is set according to the flow rate of the organometallic source gas required for forming the compound semiconductor layer. On the other hand, the organometallic source gas from the organometallic source gas supply sources 61 to 64 can also be switched and sent to the reaction tube 13 and the vent line 21 by the valves 71a to 74a and 71b to 74b of the switching means 71 to 74. To do.

【0008】キャリアガスのダミーライン20は、バル
ブ71a〜74aおよび71b〜74bの操作によっ
て、エピタキシャル成長を実施しているときには、ベン
トライン21に流しておくが、エピタキシャル成長を停
止するときには、有機金属原料ガスは、バルブ71a〜
74aおよび71b〜74bの切り換えによって、ダミ
ーのキャリアガスと切り換えて、反応管13内には、ダ
ミーのキャリアガスを流し、有機金属原料ガスは、ベン
トライン21に流すようにし、有機金属原料ガスの供給
を止めた状態においても、反応管13内の圧力は変化し
ないようにしている。
The dummy line 20 of the carrier gas is supplied to the vent line 21 when the epitaxial growth is performed by operating the valves 71a to 74a and 71b to 74b. Are the valves 71a-
By switching between 74a and 71b to 74b, a dummy carrier gas is switched, and a dummy carrier gas is flown into the reaction tube 13, and the organometallic raw material gas is caused to flow to the vent line 21. Even when the supply is stopped, the pressure in the reaction tube 13 does not change.

【0009】なお、反応管13内の圧力を一定に保つ操
作を,より確実に行うことができるようにするため、図
2中の、キャリアガス供給源12からリアクタライン2
2につながるサブライン120にもキャリアガスを流し
ておく。そして、その流量をマスフローコントローラ1
07により制御してダミーライン20のキャリアガスと
併せて、反応管13内の圧力を一定に保つようになされ
ている。
In order to more reliably perform the operation for keeping the pressure in the reaction tube 13 constant, the carrier line 12 shown in FIG.
The carrier gas is also supplied to the sub-line 120 connected to the second line. Then, the mass flow controller 1
07, the pressure in the reaction tube 13 is kept constant together with the carrier gas in the dummy line 20.

【0010】また、有機金属原料ガス取り出し管41〜
44に、圧電素子を組み込んだピエゾバルブ501〜5
04を配置することにより、有機金属原料ガス量をより
精密に制御することができる。
[0010] Also, organometallic raw material gas extraction pipes 41-41
44, piezo valves 501 to 5 incorporating a piezoelectric element.
By arranging 04, the amount of the organic metal source gas can be controlled more precisely.

【0011】また、マスフローコントローラ(MFC)
81〜84を通じて流量制御して、それぞれキャリアガ
ス供給管51〜54から有機金属原料ガス供給源61〜
64に吹き込まれる水素は、比較的少量であることか
ら、これによるバブリングによって生じた有機金属原料
ガスのガス速度を上げてリアクタライン22に押し出す
ように、キャリアガスの押し出しライン131〜134
にキャリアガスをマスフローコントロール101〜10
4により制御して流す。
A mass flow controller (MFC)
The flow rates of the organic metal raw material gas supply sources 61 to 61 are controlled through carrier gas supply pipes 51 to 54, respectively.
Since a relatively small amount of hydrogen is blown into the chamber 64, the carrier gas push-out lines 131 to 134 increase the gas velocity of the organometallic raw material gas generated by the bubbling and push the gas into the reactor line 22.
Mass flow control 101 to 10
4. Controlled flow.

【0012】上述のようにして、反応管13内の圧力を
変化させることなく、エピタキシャル成長を、膜質の低
下および組成の変動を防止しながら行うことができる。
As described above, the epitaxial growth can be performed without changing the pressure in the reaction tube 13 while preventing the deterioration of the film quality and the fluctuation of the composition.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にMOCVD法においては、例えばAlGaAs上に、
これとは構成する元素の比率の異なるAlGaAs半導
体膜や、異なる種類の半導体膜を成長させる際に、反応
管13内に供給する有機金属原料ガスの変更や、それら
の供給量の変更を行う必要があり、その度に、原料ごと
に配管を設置し、キャリアガスと有機金属原料ガスとを
ベントライン21、リアクタライン22に切り換える切
り換え手段71〜74のバルブ71a〜74a、および
71b〜74bや、キャリアガス流量制御用のマスフロ
ーコントローラ(MFC)等を設置する必要があり、装
置全体として非常に複雑な構成となる。
However, in general, in MOCVD, for example, on AlGaAs,
When growing an AlGaAs semiconductor film having a different ratio of constituent elements or a different kind of semiconductor film, it is necessary to change the organometallic raw material gas supplied into the reaction tube 13 and change the supply amount thereof. Each time, a pipe is installed for each raw material, and valves 71a to 74a and 71b to 74b of switching means 71 to 74 for switching the carrier gas and the organometallic raw material gas to the vent line 21 and the reactor line 22; It is necessary to install a mass flow controller (MFC) for controlling the flow rate of the carrier gas and the like, so that the entire apparatus has a very complicated configuration.

【0014】一方、上述した図2における従来のMOC
VD装置においては、各有機金属原料ガスごとに、ベン
トライン21と、リアクタライン22とに分けて流れる
ようになされていたが、この場合、いずれかの有機金属
原料ガス供給源から、極めて少量の有機金属原料ガスを
リアクタライン22に送り出す必要がある場合に、この
有機金属原料ガスは、反応管13に到達するためのガス
の速度が充分でないため、反応管13への供給に遅延が
生じる場合がある。
On the other hand, the conventional MOC shown in FIG.
In the VD apparatus, each of the organometallic raw material gases is divided into a vent line 21 and a reactor line 22 so as to flow. In this case, an extremely small amount is supplied from any of the organometallic raw material gas supply sources. When the organometallic raw material gas needs to be sent out to the reactor line 22, the organometallic raw material gas is not supplied at a sufficient speed to reach the reaction tube 13. There is.

【0015】さらに、組成を異にする多層構造の半導体
膜を生成するためには、必要な有機金属原料ガスを、生
成する半導体膜の各層ごとに切り換え、供給する必要が
あるが、この有機金属原料ガスを各層ごとに切り換える
度に、反応管13から隔たった位置にある有機金属原料
供給源中の有機金属原料ガスほど反応管13に到達する
のが遅くなることから、供給ガスの実質的供給比が、所
定の供給比からずれるおそれがあり、結果的に半導体膜
の組成の変動や、膜質の低下を発生させるおそれがあ
る。
Further, in order to produce a semiconductor film having a multilayer structure having a different composition, it is necessary to switch and supply a necessary organometallic raw material gas for each layer of the produced semiconductor film. Each time the raw material gas is switched for each layer, the organic metal raw material gas in the organic metal raw material supply source located at a position separated from the reaction tube 13 is slower in reaching the reaction tube 13, so that the substantial supply of the supply gas is performed. The ratio may deviate from the predetermined supply ratio, and as a result, the composition of the semiconductor film may fluctuate or the film quality may deteriorate.

【0016】そこで、本発明においては、MOCVD装
置の構造の簡略化を図り、有機金属原料ガスとキャリア
ガスとの流量の制御を簡潔に行うことができるものと
し、また、多層構造の半導体膜を生成する場合、各半導
体層ごとに必要な有機金属原料ガスが同時に反応管13
に到達できるようにし、さらにこれらの有機金属原料ガ
スを充分反応管13に行き渡らせることができるように
し、結果として半導体膜の組成、膜質の向上を図ること
とした。
Therefore, in the present invention, the structure of the MOCVD apparatus is simplified, and the flow rates of the organometallic raw material gas and the carrier gas can be controlled simply. When it is generated, the organic metal source gas required for each semiconductor layer is simultaneously supplied to the reaction tube 13.
, And the organic metal source gas can be sufficiently distributed to the reaction tube 13. As a result, the composition and film quality of the semiconductor film are improved.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の有機金属気相成
長方法は、同族の2元以上の各有機金属原料ガスを、有
機金属気相成長がなされる基板が配置された反応管につ
ながり、キャリアガスが供給されるリアクタラインへの
供給前で合流させて、有機金属気相成長がなされる基板
が配置された反応管に供給するものである。
The metalorganic vapor phase epitaxy method of the present invention comprises connecting each of two or more homologous metalorganic source gases to a reaction tube in which a substrate on which metalorganic vapor phase epitaxy is performed is arranged. Are combined before supply to a reactor line to which a carrier gas is supplied, and supplied to a reaction tube in which a substrate on which metalorganic vapor phase epitaxy is performed is arranged.

【0018】また、本発明の有機金属気相成長装置にお
いては、同族の2元以上の各有機金属原料ガスの供給源
を設け、各有機金属原料ガスの供給源からの原料ガス
が、有機金属気相成長がなされる基板が配置された反応
管につながりキャリアガスが供給されるリアクタライン
への供給前において合流される合流部を設ける。
Further, in the metalorganic vapor phase epitaxy apparatus of the present invention, a supply source of at least two organic metal source gases of the same family is provided, and the source gas from each metal organic source gas is supplied from the organic metal source gas. A junction is provided, which is connected to a reaction tube in which a substrate on which vapor phase growth is to be performed is arranged and is joined before supply to a reactor line to which a carrier gas is supplied.

【0019】本発明によれば、同族の2元以上の各有機
金属原料ガスを、リアクタラインへの供給前で合流させ
ることにより、MOCVD装置の構造の簡略化を図るこ
とができる。
According to the present invention, the structure of the MOCVD apparatus can be simplified by merging two or more organic metal source gases of the same family before supplying them to the reactor line.

【0020】また、同族の2元以上の各有機金属原料ガ
スを、リアクタラインへの供給前で合流させることによ
り、大流量の有機金属原料ガスをリアクタラインへ送り
込むことができるため、有機金属原料ガスとキャリアガ
スとの流量の制御を簡潔に行うことができる。
[0020] Further, by combining two or more organic metal raw material gases of the same family before supply to the reactor line, a large flow rate of the organic metal raw material gas can be sent to the reactor line. The control of the flow rates of the gas and the carrier gas can be performed simply.

【0021】また、半導体膜を成膜するために必要な有
機金属原料ガスを、各半導体膜を構成するために必要な
有機金属原料ガスごとに、充分な量をもって反応管に行
き渡らせることができ、結果として各層間の界面におけ
る組成変化が急峻な多層構造の半導体膜を成膜すること
ができる。
Further, a sufficient amount of the organic metal source gas required for forming the semiconductor film can be distributed to the reaction tube for each of the organic metal source gases required for forming each semiconductor film. As a result, a semiconductor film having a multilayer structure in which the composition change at the interface between the layers is sharp can be formed.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の有機金属気相成
長方法とその有機金属気相成長装置の一実施の形態を説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the metal organic chemical vapor deposition method and the metal organic chemical vapor deposition apparatus of the present invention will be described.

【0023】図1に本発明の有機金属気相成長装置の概
略構成図を示す。この例においては、Alx Ga1-x
s/Aly Ga1-y As(x≠y)の構成の化合物半導
体層、すなわち、第1層と第2層とで、構成する元素の
比率が異なるものとした場合の、MOCVD法によるエ
ピタキシャル成長を行う場合について説明する。
FIG. 1 is a schematic structural view of a metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention. In this example, Al x Ga 1 -x A
compound semiconductor layer of the structure of s / Al y Ga 1-y As (x ≠ y), i.e., in the first layer and the second layer, when the proportion of elements constituting were different, epitaxial growth by MOCVD Will be described.

【0024】この場合、III族原料としては、トリメチ
ルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム(T
MAl)の有機金属原料ガスを得る有機金属原料ガス供
給源161および162が設けられ、これらを第1の原
料系1とする。
In this case, as the group III raw material, trimethyl gallium (TMGa), trimethyl aluminum (T
Metal organic source gas supply sources 161 and 162 for obtaining an organic metal source gas of MAl) are provided, and these are referred to as a first raw material system 1.

【0025】また、第1の原料系とは比率を変えて、ト
リメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウ
ム(TMAl)の有機金属原料ガスを得る有機金属原料
ガス供給源163および164が設けら、これらを第2
の原料系2とする。
Further, metal metal source gas supply sources 163 and 164 for obtaining an organic metal material gas of trimethylgallium (TMGa) and trimethylaluminum (TMAl) are provided while changing the ratio from the first material system. Second
Of raw material system 2.

【0026】また、この場合、V族の原料供給源32と
しては、アルシン(AsH3 )が設けられる。
In this case, arsine (AsH 3 ) is provided as the group V raw material supply source 32.

【0027】本発明におけるMOCVD装置において
は、第1の原料系1によって、AlGaAs半導体膜を
成膜するために必要なIII族有機金属原料、すなわちト
リメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウ
ム(TMAl)の有機金属原料ガスが、リアクタライン
22に到達する前において、合流するような、合流部3
01が設けられる。ここで、リアクタライン22とは、
有機金属気相成長がなされる基板が配置された反応管に
つながり、キャリアガスが供給されるラインであり、図
1においては、点線を付した領域で示すものとする。
In the MOCVD apparatus according to the present invention, the first raw material system 1 is used to form a group III organometallic raw material necessary for forming an AlGaAs semiconductor film, ie, trimethylgallium (TMGa) or trimethylaluminum (TMAl). Before the metal raw material gas reaches the reactor line 22, the merging section 3
01 is provided. Here, the reactor line 22 is
This is a line connected to a reaction tube on which a substrate on which metal organic chemical vapor deposition is to be performed is arranged and to which a carrier gas is supplied. In FIG. 1, the line is indicated by a dotted line.

【0028】また、第2の原料系2によって、AlGa
As半導体膜を成膜するために必要なIII族有機金属原
料、すなわちトリメチルガリウム(TMGa)、トリメ
チルアルミニウム(TMAl)の有機金属原料ガスが、
リアクタライン22に到達する前において、合流するよ
うな、合流部302が設けられる。
The second raw material system 2 allows AlGa
Group III organometallic raw materials necessary for forming an As semiconductor film, that is, trimethylgallium (TMGa) and trimethylaluminum (TMAl) organic metal source gases are
Before reaching the reactor line 22, a merging portion 302 is provided so as to merge.

【0029】図1に示した各有機金属原料ガス供給源1
61〜164は、純化装置(図示せず)により高純度化
された水素キャリアガス供給源12からのキャリアガス
を、マスフローコントローラ(MFC)181〜184
を通じて流量制御して、それぞれキャリアガス供給管1
51〜154から吹き込まれ、バブリングを行って、キ
ャリアガスとともに有機金属原料ガスを、有機金属原料
ガス取り出し管141〜144から取り出すようになさ
れている。
Each organic metal source gas supply source 1 shown in FIG.
Numerals 61 to 164 transfer mass-purified carrier gas from the hydrogen carrier gas supply source 12 by a purifying device (not shown) to mass flow controllers (MFC) 181 to 184.
Through the carrier gas supply pipe 1
The organic metal raw material gas is blown from 51 to 154 and bubbling is performed to take out the organic metal raw material gas together with the carrier gas from the organic metal raw material gas extraction pipes 141 to 144.

【0030】上述のように、有機金属原料ガス取り出し
管141および142から取り出された有機金属原料ガ
スは、これらのガスがリアクタライン22に到達する前
の、合流部301において合流する。
As described above, the organometallic raw material gases taken out of the organometallic raw material gas take-out pipes 141 and 142 join at the junction 301 before these gases reach the reactor line 22.

【0031】また、有機金属原料ガス取り出し管143
および144から取り出された有機金属原料ガスについ
ても、同様に、リアクタライン22に到達する前の、合
流部302において合流する。
Further, an organic metal raw material gas extraction pipe 143
Similarly, the organometallic raw material gases taken out of the reactor 144 also merge at the junction 302 before reaching the reactor line 22.

【0032】合流部301において合流した有機金属原
料ガス(第1の原料系1からの有機金属原料ガス)は、
リアクタライン22に導かれ、最終的に目的とする気相
成長を行う反応管13に送り込まれる。
The organometallic raw material gas (organometallic raw material gas from the first raw material system 1) merged at the junction 301 is
It is led to a reactor line 22 and finally sent to a reaction tube 13 for performing a target vapor phase growth.

【0033】また、合流部302において合流した有機
金属原料ガス(第2の原料系2からの有機金属原料ガ
ス)についても、リアクタライン22に導かれ、最終的
に目的とする気相成長を行う反応管13に送り込まれ
る。
Also, the organometallic source gas (organic metal source gas from the second source system 2) that has merged at the junction 302 is led to the reactor line 22 and finally undergoes the intended vapor phase growth. It is sent to the reaction tube 13.

【0034】反応管13に送り込まれた第1の原料系
1、および第2の原料系2の有機金属原料ガスは、それ
ぞれ高周波コイル等の加熱手段14によって、一定温度
に保たれたサセプタ15上の基板16に送り込まれ、そ
こで熱分解を起こして基板16上に目的とする化合物半
導体層のエピタキシャル成長が行われる。すなわち、こ
の例においては、第1の原料系1の有機金属原料ガスに
よって、AlGaAsによる第1の半導体膜を成膜し、
第2の原料系2によって、半導体膜を構成する元素の比
率の異なるAlGaAsによる第2の半導体膜を成膜す
る。
The organometallic raw material gases of the first raw material system 1 and the second raw material system 2 sent into the reaction tube 13 are respectively heated on a susceptor 15 maintained at a constant temperature by a heating means 14 such as a high-frequency coil. Is transferred to the substrate 16, where thermal decomposition is caused to cause epitaxial growth of the target compound semiconductor layer on the substrate 16. That is, in this example, the first semiconductor film of AlGaAs is formed by the organometallic raw material gas of the first raw material system 1,
Using the second raw material system 2, a second semiconductor film made of AlGaAs having different ratios of elements constituting the semiconductor film is formed.

【0035】一方、エピタキシャル成長を停止する場合
には、有機金属原料ガス供給源161〜164に対する
キャリアガスの供給、従って反応管13に対する有機金
属原料ガスの供給を停止すればよいのであるが、このと
き、反応管13内の圧力に変化が生じた場合、基板16
上に成長させた化合物半導体層の膜質の低下、組成の変
動を来す場合がある。
On the other hand, when the epitaxial growth is stopped, the supply of the carrier gas to the organic metal source gas supply sources 161 to 164, that is, the supply of the organic metal source gas to the reaction tube 13 may be stopped. When the pressure in the reaction tube 13 changes, the substrate 16
In some cases, the film quality of the compound semiconductor layer grown thereon may be degraded and the composition may be changed.

【0036】そこで、反応管13内の圧力を一定に保つ
ため、図1に示すように、マスフローコントローラ97
を介して反応管13と排気路いわゆるベントライン(V
ent Line)21にバルブ171a,172aお
よび171b,172bの切り換え手段171および1
72によって切り換えられるキャリアガスのダミーライ
ン20が設けられる。このダミーライン20のキャリア
ガスの流量は、化合物半導体層の成膜に必要な有機金属
原料ガスの流量に応じて設定させる。
In order to keep the pressure inside the reaction tube 13 constant, as shown in FIG.
Through a reaction tube 13 and an exhaust passage, a so-called vent line (V).
ent Line) 21 and switching means 171 and 1 for valves 171a, 172a and 171b, 172b.
A dummy line 20 of the carrier gas switched by 72 is provided. The flow rate of the carrier gas in the dummy line 20 is set according to the flow rate of the organic metal source gas required for forming the compound semiconductor layer.

【0037】一方、有機金属原料ガス供給源161〜1
64からの有機金属原料ガスについても、バルブ171
a,172a、および171b,172bの切り換え手
段171および172によって反応管13とベントライ
ン21とに切り換えて送ることができるようにする。
On the other hand, the organic metal raw material gas supply sources 161-1
For the organometallic raw material gas from No. 64, the valve 171 is also used.
a, 172a and 171b, 172b by means of switching means 171 and 172 so that they can be switched and sent to the reaction tube 13 and the vent line 21.

【0038】キャリアガスのダミーライン20は、バル
ブ171a,172aおよび171b,172bの操作
によって、エピタキシャル成長を実施しているときに
は、ベントライン21に流しておくが、エピタキシャル
成長を停止するときには、有機金属原料ガスは、バルブ
171a,172aおよび171b,172bの切り換
えによって、ダミーのキャリアガスと切り換えて、反応
管13内には、ダミーのキャリアガスを流し、有機金属
原料ガスは、ベントライン21に流すようにし、有機金
属原料ガスの供給を止めた状態においても、反応管13
内の圧力は変化しないようにしている。
The dummy line 20 for the carrier gas is supplied to the vent line 21 when the epitaxial growth is performed by operating the valves 171a and 172a and the valves 171b and 172b. Is switched to a dummy carrier gas by switching valves 171a, 172a and 171b, 172b so that a dummy carrier gas flows in the reaction tube 13 and an organometallic raw material gas flows to the vent line 21, Even when the supply of the organometallic raw material gas is stopped, the reaction tube 13
The pressure inside is kept unchanged.

【0039】なお、反応管13内の圧力を一定に保つ操
作を、より確実に行うことができるようにするため、図
1中のキャリアガス供給源12からリアクタライン22
につながるサブライン120にもキャリアガスを流して
おく。そして、その流量をマスフローコントローラ10
7により制御してダミーライン20のキャリアガスと併
せて、反応管13内の圧力を一定に保つようになされて
いる。
In order to more reliably perform the operation for maintaining the pressure in the reaction tube 13 constant, the carrier gas supply source 12 shown in FIG.
The carrier gas is also supplied to the sub-line 120 leading to. Then, the flow rate is determined by the mass flow controller 10
7, the pressure inside the reaction tube 13 is kept constant together with the carrier gas in the dummy line 20.

【0040】また、合流部301および302付近に、
圧電素子を組み込んだピエゾバルブ401および402
を配置することにより、有機金属原料ガス量をより精密
に制御することができる。
In the vicinity of the junctions 301 and 302,
Piezo valves 401 and 402 incorporating a piezoelectric element
Is arranged, the amount of the organic metal source gas can be controlled more precisely.

【0041】また、マスフローコントローラ(MFC)
181〜184を通じて流量制御して、それぞれキャリ
アガス供給管151〜154から有機金属原料ガス供給
源161〜164に吹き込まれる水素は、比較的少量で
あるため、これによるバブリングによって生じた有機金
属原料ガスのガス速度を上げて各合流部301および3
02に押し出すようにする必要があるため、キャリアガ
スの押し出しライン231及び232にキャリアガスを
マスフローコントローラ201および202により制御
して流すようにすることが望ましい。
A mass flow controller (MFC)
The amount of hydrogen blown into the organic metal source gas supply sources 161 to 164 from the carrier gas supply pipes 151 to 154 by controlling the flow rate through 181 to 184 is relatively small. To increase the gas velocity of each of the junctions 301 and 3
Since it is necessary to extrude the carrier gas into the carrier gas, the carrier gas is desirably controlled by the mass flow controllers 201 and 202 to flow through the carrier gas pushing lines 231 and 232.

【0042】上述した実施例によれば、III−V族化合
物半導体を成長させる場合に、有機金属原料として、II
I族およびV族の元素のものを用いたが、本発明はこの
例に限定されるものではなく、II−VI族化合物半導体を
成長させる場合の原料として、II族およびVI族の元素の
ものを用いた場合も、同様の効果を挙げることができ
る。
According to the above-described embodiment, when growing a group III-V compound semiconductor, II
Although elements of Group I and Group V elements were used, the present invention is not limited to this example, and materials of Group II and Group VI elements may be used as raw materials for growing II-VI group compound semiconductors. The same effect can be obtained also when using.

【0043】また、上述した実施例においては、3元混
晶の半導体膜を形成する場合について説明したが、本発
明は、この例に限定されるものではなく、2元以上の半
導体膜を形成する場合において、適用することができ
る。
Further, in the above-described embodiment, the case where a ternary mixed crystal semiconductor film is formed has been described. However, the present invention is not limited to this example. When applicable.

【0044】本発明の有機金属気相成長方法は、同族の
2元以上の各有機金属原料ガスを、リアクタラインへの
供給前で合流させて、有機金属気相成長がなされる基板
が配置された反応管に供給するものである。
In the metalorganic vapor phase epitaxy method of the present invention, a substrate on which metalorganic vapor phase epitaxy is performed by combining two or more homologous metalorganic source gases before supply to a reactor line is arranged. Is supplied to the reaction tube.

【0045】また、本発明の有機金属気相成長装置は、
同族の2元以上の各有機金属原料ガスの供給源を設け、
各有機金属原料ガスの供給源からの原料ガスが、有機金
属気相成長がなされる基板が配置された反応管につなが
りキャリアガスが供給されるリアクタラインへの供給前
において合流される合流部を設けるものである。
Further, the metal organic chemical vapor deposition apparatus of the present invention
Providing a supply source of at least two organic metal source gases of the same family,
The source gas from each metal organic source gas supply source is connected to the reaction tube where the substrate on which metal organic chemical vapor deposition is to be performed is connected to the reaction tube where the carrier gas is supplied. It is provided.

【0046】本発明によれば、同族の2元以上の各有機
金属原料ガスを、リアクタラインへの供給前で合流させ
ることにより、MOCVD装置の構造の簡略化を図るこ
とができ、部品、配管、圧力制御装置の数を減らすこと
ができ、コストの低減化を図ることができる。
According to the present invention, the structure of the MOCVD apparatus can be simplified by merging two or more organic metal raw material gases of the same family before supplying them to the reactor line. Thus, the number of pressure control devices can be reduced, and the cost can be reduced.

【0047】また、同族の2元以上の各有機金属原料ガ
スを、リアクタラインへの供給前で合流させることによ
り、従来よりも大流量の有機金属原料ガスをリアクタラ
インへ送り込むことができるため、有機金属原料ガスと
キャリアガスとの流量の制御を簡潔に行うことができ、
半導体膜の成膜する際の原料の切り換えを急峻に行うこ
とができる。
Further, by combining two or more organic metal raw material gases of the same family before supplying them to the reactor line, a larger flow rate of the organic metal raw material gas than before can be sent to the reactor line. The flow rate of the organic metal source gas and the carrier gas can be controlled simply,
The material can be rapidly switched when the semiconductor film is formed.

【0048】また、半導体膜を成膜するために必要な有
機金属原料ガスを、各半導体膜を構成する有機金属原料
ガスごとに、充分な量をもって反応管に同時に到達さ
せ、かつ行き渡らせることができ、結果として各層間の
界面における組成変化が急峻な多層構造の半導体膜を成
膜することができる。
Further, a sufficient amount of the organic metal source gas necessary for forming the semiconductor film can be simultaneously and simultaneously reach the reaction tube in a sufficient amount for each of the organic metal source gases constituting each semiconductor film. As a result, a semiconductor film having a multilayer structure in which the composition change at the interface between the layers is sharp can be formed.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によれば、同族の2元以上の各有
機金属原料ガスを、リアクタラインへの供給前で合流さ
せることにより、MOCVD装置の構造の簡略化を図る
ことができ、これにより部品、配管、圧力制御装置の数
を減らすことができ、コストの低減化を図ることができ
た。
According to the present invention, the structure of the MOCVD apparatus can be simplified by merging two or more organic metal source gases of the same family before supplying them to the reactor line. As a result, the number of parts, pipes, and pressure control devices can be reduced, and costs can be reduced.

【0050】また、同族の2元以上の各有機金属原料ガ
スを、リアクタラインへの供給前で合流させることによ
り、大流量の有機金属原料ガスをリアクタラインへ送り
込むことができるため、有機金属原料ガスとキャリアガ
スとの流量の制御を簡潔に行うことができた。
Further, by combining two or more organic metal raw material gases of the same family before supply to the reactor line, a large flow rate of the organic metal raw material gas can be sent to the reactor line. The flow rate of the gas and the carrier gas could be controlled simply.

【0051】また、半導体膜を成膜するために必要な有
機金属原料ガスを、各半導体膜を構成するための有機金
属原料ガスごとに、充分な量をもって反応管に同時に到
達させ、かつ行き渡らせることができ、結果として各層
間の界面における組成変化が急峻な多層構造の半導体膜
を成膜することができた。
In addition, a sufficient amount of the organic metal source gas required for forming the semiconductor film is simultaneously and simultaneously distributed to the reaction tube in a sufficient amount for each of the organic metal source gases for forming each semiconductor film. As a result, a semiconductor film having a multilayer structure in which the composition change at the interface between the layers was sharp was able to be formed.

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

【図1】本発明における複数の有機金属原料ガス供給源
を有するMOCVD装置の概略図を示す。
FIG. 1 is a schematic view of an MOCVD apparatus having a plurality of organic metal source gas supply sources according to the present invention.

【図2】従来における複数の有機金属原料ガス供給源を
有するMOCVD装置の概略図を示す。
FIG. 2 is a schematic view of a conventional MOCVD apparatus having a plurality of organic metal source gas supply sources.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の原料系、2 第2の原料系、12 キャリア
ガス供給源、13 反応管、14 加熱手段、15 サ
セプタ、16 基板、20 キャリアガスのダミーライ
ン、21 ベントライン、22 リアクタライン、32
原料ガス供給源、41〜44,141〜144 有機
金属原料ガス取り出し管、51〜54,151〜154
キャリアガス供給管、61〜64,161〜164
有機金属原料ガス供給源、71〜74,171,172
切り換え手段、71a〜74a,71b〜74b,1
71a,172a,171b,172b バルブ、81
〜84,97,101〜104,107,181〜18
4,201,202 マスフローコントローラ、120
キャリアガスのサブライン、131〜134,23
1,232 キャリアガスの押し出しライン、301
第1の合流部、302第2の合流部、401,402,
501〜504 ピエゾバルブ
REFERENCE SIGNS LIST 1 first raw material system, 2 second raw material system, 12 carrier gas supply source, 13 reaction tube, 14 heating means, 15 susceptor, 16 substrate, 20 carrier gas dummy line, 21 vent line, 22 reactor line, 32
Source gas supply source, 41-44, 141-144 Organometallic source gas outlet pipe, 51-54, 151-154
Carrier gas supply pipe, 61-64, 161-164
Organic metal raw material gas supply source, 71 to 74, 171, 172
Switching means, 71a to 74a, 71b to 74b, 1
71a, 172a, 171b, 172b Valve, 81
~ 84,97,101 ~ 104,107,181 ~ 18
4, 201, 202 Mass flow controller, 120
Sub-line of carrier gas, 131 to 134, 23
1,232 carrier gas extrusion line, 301
A first junction, 302 a second junction, 401, 402,
501-504 Piezo valve

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同族の2元以上の各有機金属原料ガス
を、有機金属気相成長がなされる基板が配置された反応
管につながり、キャリアガスが供給されるリアクタライ
ンへの供給前で合流させて、有機金属気相成長がなされ
る基板が配置された反応管に供給することを特徴とする
有機金属気相成長方法。
1. An organic metal raw material gas of two or more of the same family is connected to a reaction tube in which a substrate on which metal organic chemical vapor deposition is to be performed is arranged, and is joined before being supplied to a reactor line to which a carrier gas is supplied. A metalorganic vapor phase epitaxy method comprising supplying a reaction tube in which a substrate on which metalorganic vapor phase epitaxy is performed is disposed.
【請求項2】 上記2元以上の各有機金属原料ガスが、
III族元素の各有機金属原料ガスであることを特徴とす
る請求項1に記載の有機金属気相成長方法。
2. The method according to claim 1, wherein the two or more binary organic metal source gases are
2. The metalorganic vapor phase epitaxy method according to claim 1, wherein the organic metal source gas is a group III element.
【請求項3】 上記2元以上の各有機金属原料ガスが、
II族元素の各有機金属原料ガスであることを特徴とする
請求項1に記載の有機金属気相成長方法。
3. The method according to claim 1, wherein each of the two or more organometallic raw material gases comprises:
2. The metalorganic vapor phase epitaxy method according to claim 1, wherein the organic metal source gas is a group II element.
【請求項4】 同族の2元以上の各有機金属原料ガスの
供給源が設けられ、 該各有機金属原料ガスの供給源からの原料ガスが、有機
金属気相成長がなされる基板が配置された反応管につな
がりキャリアガスが供給されるリアクタラインへの供給
前において合流される合流部が設けられて成ることを特
徴とする有機金属気相成長装置。
4. A supply source of at least two organic metal source gases of the same family is provided, and a substrate on which the source gas from each of the organic metal source gases is subjected to metal organic chemical vapor deposition is arranged. A metal-organic vapor phase epitaxy apparatus, wherein a merging section is provided before the carrier gas is supplied to a reactor line connected to the reaction tube.
【請求項5】 上記同族の2元以上の各有機金属原料ガ
スが、III族元素の各有機金属原料ガスであることを特
徴とする請求項4に記載の有機金属気相成長装置。
5. The organometallic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 4, wherein each of said at least two organic metal source gases of the same family is an organic metal source gas of a group III element.
【請求項6】 上記同族の2元以上の各有機金属原料ガ
スが、II族元素の各有機金属原料ガスであることを特徴
とする請求項4に記載の有機金属気相成長装置。
6. The organometallic vapor phase epitaxy apparatus according to claim 4, wherein each of said at least two organic metal source gases of the same family is an organic metal source gas of a Group II element.
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