JPH01268A - Vapor phase growth valve - Google Patents

Vapor phase growth valve

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JPH01268A
JPH01268A JP62-156133A JP15613387A JPH01268A JP H01268 A JPH01268 A JP H01268A JP 15613387 A JP15613387 A JP 15613387A JP H01268 A JPH01268 A JP H01268A
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JP
Japan
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gas flow
flow path
gas
vapor phase
valve
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実 新垣
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体層を再現性よくエピタキシャル成長させ
、かつ急峻な組成変化、不純物分布を形成させることの
できる気相成長用バルブに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a vapor phase growth valve that can epitaxially grow a semiconductor layer with good reproducibility and can form a steep compositional change and impurity distribution.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、化合物半導体の気相成長、特に有機金属化合物お
よび水素化物を原料として用いる熱分解気相成長(以下
、有機金属気相成長)における原料ガスの切換えは、例
えば第2図に示すような3方向バルブを用いて行われる
ものが一般的である。
Conventionally, switching of source gas in vapor phase growth of compound semiconductors, particularly in pyrolytic vapor phase growth (hereinafter referred to as organometallic vapor phase epitaxy) using organometallic compounds and hydrides as raw materials, has been carried out using, for example, three steps as shown in Fig. 2. This is generally done using a directional valve.

以下、第2図を参照して従来技術を説明する。The prior art will be explained below with reference to FIG.

第2図は一般的に有機金属気相成長において用いられる
原料ガス切換えのための3方向バルブを示す図で、同図
(イ)は原料ガス供給状態を示す図、同図(ロ)は原料
ガス排出状態を示す図である0図中1は原料ガス導入口
、2は反応炉への供給ライン、3は排出ライン、4はガ
ス流路を切換えるためのシリンダ、5は原料ガス流路、
6はバルブ内の原料ガス滞留領域、7は駆動源を示して
いる。
Figure 2 is a diagram showing a three-way valve for switching the source gas that is generally used in organometallic vapor phase epitaxy. In the figure, 1 is a raw material gas inlet, 2 is a supply line to the reactor, 3 is an exhaust line, 4 is a cylinder for switching the gas flow path, 5 is a raw material gas flow path,
Reference numeral 6 indicates a raw material gas retention area within the valve, and reference numeral 7 indicates a driving source.

図において、原料ガスを切換える場合には、例えば空気
圧源、電磁石等の駆動源7により空気圧、あるいは電磁
的な操作によりシリンダ4を移動させ、原料ガス流路5
を供給ライン2から排出ライン3へあるいは排出ライン
3から供給ライン2へ 。
In the figure, when switching the raw material gas, the cylinder 4 is moved by pneumatic or electromagnetic operation using a drive source 7 such as a pneumatic pressure source or an electromagnet, and the raw material gas flow path 5 is moved.
from supply line 2 to discharge line 3 or from discharge line 3 to supply line 2.

切換えることにより行われる。この場合の原料ガス流路
は第2図(イ)の斜線部分5から第2図(ロ)の斜線部
分5のように変化する。
This is done by switching. In this case, the raw material gas flow path changes from the shaded area 5 in FIG. 2(a) to the shaded area 5 in FIG. 2(b).

(発明が解決すべき問題点〕 しかしながら、このような3方向パルプを用いた原料ガ
スの切換えにおいては、第2図(ロ)の原料ガス滞留領
域6の部分が必然的に存在し、この滞留した原料ガスの
拡散が原因となり、エピタキシャル層の特性の再現性お
よびヘテロ界面の急峻性などを著しく低下させていた。
(Problem to be solved by the invention) However, in switching the raw material gas using such three-way pulp, the raw material gas retention area 6 shown in FIG. 2(b) inevitably exists, and this retention This caused the diffusion of the raw material gas, which significantly reduced the reproducibility of the properties of the epitaxial layer and the steepness of the heterointerface.

さらに原料ガスの切換えにより供給ラインのガス流量が
変化するため成長条件が変化し、エピタキシャル層の特
性が変化するという問題も生じていた。
Furthermore, changing the raw material gas changes the gas flow rate in the supply line, resulting in changes in growth conditions and a problem in that the characteristics of the epitaxial layer change.

また、このような3方向バルブを集合化し、第2図(ロ
)の滞留領域を極めて小さな容積とする気相成長用マニ
ホールドが知られているが、原理的に原料ガスの滞留領
域はある有限の値を有し、また、供給ラインのガス流量
変化も存在するために上記の問題を根本的に解決するに
至っていない。
In addition, a manifold for vapor phase growth is known in which such three-way valves are aggregated to make the retention area of FIG. In addition, since there is also a change in the gas flow rate in the supply line, the above problem has not been fundamentally solved.

本発明は、上記の問題点を解決するために、切換えバル
ブ内に原料ガスの滞留領域が存在せず、かつ供給ライン
のガス流量が変化しない構造とすることにより高品質な
半導体層を再現性よくエピタキシャル成長させ、かつ急
峻な組成変化、不純分布を形成させることを可能とする
気相成長用バルブを提供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a structure in which there is no retention area of source gas in the switching valve and the gas flow rate in the supply line does not change, thereby producing high-quality semiconductor layers with high reproducibility. It is an object of the present invention to provide a valve for vapor phase growth that allows epitaxial growth to be performed well and to form a steep compositional change and impurity distribution.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そのために本発明の気相成長用バルブは、気相成長装置
に用いる原料ガス切換えバルブにおいて、複数のガス導
入口、及び反応炉へのガス供給口と排出口を有する環状
に配置されたガス流路と、該ガス流路内に配置され、ガ
ス流路を変更させ、急峻な原料ガスの切換えを行うガス
流路切換え手段とを備えたことを特徴とする。
To this end, the vapor phase growth valve of the present invention is a raw material gas switching valve used in a vapor phase growth apparatus, in which a gas flow is arranged in an annular manner and has a plurality of gas inlets and a gas supply port and a gas discharge port to the reactor. The gas flow path switching means is arranged in the gas flow path and changes the gas flow path to abruptly switch the raw material gas.

〔作用〕[Effect]

本発明の気相成長用バルブは、ガス流路を環状に配置し
て各ガス導入口より原料ガスとパージ用ガスとを流入さ
せてガス流路切り換え手段によりガス流路を切り損える
ことにより、ガス流路変更時にバルブ内の反応炉への供
給ラインに原料ガスの滞留領域が存在せず、かつ反応炉
への供給ラインの全ガス流量が変化しないようにして急
峻な原料ガスの切り換えを達成することができろ。
The vapor phase growth valve of the present invention arranges the gas passages in an annular shape, allows the raw material gas and the purge gas to flow in from each gas inlet, and fails to cut the gas passages by the gas passage switching means. When changing the gas flow path, there is no stagnation area of the raw material gas in the supply line to the reactor inside the valve, and the total gas flow rate in the supply line to the reactor does not change, so that the raw material gas can be abruptly switched. Be able to achieve it.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による気相成長用バルブの実施例を示す
図であり、同図(イ)は原料ガス供給状態を示す図、同
図(ロ)は原料ガス排出状態を示す図である1図中、第
1図で示したものと同一内容のものは同一番号で示して
いる。なお、4a、4bはシリンダ、?a、7bは駆動
源、8はパージ用キャリヤガスの導入口である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a valve for vapor phase growth according to the present invention, in which (a) is a diagram showing a raw material gas supply state, and (b) is a diagram showing a raw material gas discharge state. In FIG. 1, the same contents as those shown in FIG. 1 are indicated by the same numbers. In addition, 4a and 4b are cylinders, ? Reference numerals a and 7b represent driving sources, and reference numeral 8 represents an inlet for purge carrier gas.

図において、ガス流路は環状に配置され、各流路にシリ
ンダ4a、4’bが配置されてそれぞれ駆動源7a、7
bにより駆動されるように構成されている。
In the figure, the gas flow paths are arranged in an annular manner, and cylinders 4a and 4'b are arranged in each flow path, and drive sources 7a and 7 are respectively arranged.
b.

まず、原料ガスを供給する場合には、駆動源7a、7b
を動作させてシリンダ4a、4bを第1図(イ)に示す
位置に駆動し、原料ガス供給口1より流入した原料ガス
は供給ライン2を通って反応炉へ流入し、この時、原料
ガスと同流量のパージ用キャリヤガスが導入口8より流
入し、排出ライン3を遭って排出されている。
First, when supplying raw material gas, drive sources 7a and 7b
is operated to drive the cylinders 4a and 4b to the position shown in FIG. A purge carrier gas having the same flow rate flows in from the inlet 8, passes through the discharge line 3, and is discharged.

次に、原料ガス排出の場合には、駆動fi7a、7bに
よりシリンダ4a、4bを第1図(ロ)の位置に駆動す
る。この場合は、導入口1より流入した原料ガスが排出
ライン3を通って排出されている、この時、原料ガスと
同流量のパージ用キャリヤガスは導入ロアより流入し供
給ライン2を通づて反応炉へ流入する。
Next, in the case of discharging the raw material gas, the cylinders 4a, 4b are driven to the positions shown in FIG. 1(b) by the drives fi7a, 7b. In this case, the raw material gas that has flowed in from the inlet 1 is discharged through the discharge line 3. At this time, the purge carrier gas having the same flow rate as the raw material gas has flowed in from the lower introduction port and is discharged through the supply line 2. Flows into the reactor.

このようにガス流路を環状に配置し、2つのシリンダを
同時に駆動させ、パージ用キャリヤガスの流入によりバ
ルブ内に残存している原料ガスはすべてパージされるの
で、バルブ内の原料ガスの滞留領域は残存しない構造と
なる。また、原料ガスとパージ用キャリヤガスは同流量
に設定されているので、反応炉へ流入する全ガス流量は
原料ガスの切換えにより変化することはない、さらに、
各原料ガスについて切り換えバルブの供給ラインおよび
排出ラインをそれぞれ共通にすることができるので、集
合化し小型化することも可能である。
In this way, the gas flow path is arranged in an annular shape, the two cylinders are driven simultaneously, and all the raw material gas remaining in the valve is purged by the inflow of the purge carrier gas, so that the raw material gas remains in the valve. The area becomes a structure that does not remain. In addition, since the raw material gas and the purge carrier gas are set at the same flow rate, the total gas flow rate flowing into the reactor does not change due to switching of the raw material gas.
Since the supply line and the discharge line of the switching valve can be made common for each source gas, it is also possible to aggregate them and downsize them.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した本発明による気相成長用バルブを備えた有
機金属気相成長装置を用いてアンドープGaAsを成長
させたところ、n型で残存キャリヤ濃度1014〜10
”C11−’のエピタキシャル層が再現性良く得られ、
また、P型不純物ドーピングを行った直後のアンドープ
GaAsエピタキシャル層においても、残存キャリヤ濃
度1014〜10” 1m −’のn型を示し、高品質
なエピタキシャル層が再現性良く得られることが確認さ
れた。
When undoped GaAs was grown using the organometallic vapor phase growth apparatus equipped with the vapor phase growth valve according to the present invention as described above, it was n-type with a residual carrier concentration of 1014 to 10.
"C11-" epitaxial layer was obtained with good reproducibility,
In addition, the undoped GaAs epitaxial layer immediately after P-type impurity doping also showed n-type with a residual carrier concentration of 1014 to 10" 1 m-', confirming that a high-quality epitaxial layer could be obtained with good reproducibility. .

また、CaAsとAlo、s Caa、s ASのへテ
ロ構造をエピタキシャル成長させ、組成変化の急峻性を
測定した結果、両者の遷移領域は1〜2原子層(く5人
)と見積られ、非常に急峻な界面を形成することが確認
された。
In addition, as a result of epitaxially growing heterostructures of CaAs, Alo, sCaa, and s AS and measuring the steepness of compositional changes, the transition region of both was estimated to be 1 to 2 atomic layers (5 people), which is extremely It was confirmed that a steep interface was formed.

なお、上記実施例ではGaAs、AjGaAsの有機金
属気相成長を例に説明したが、本発明はGaAa、Af
fiGaAsに限定されるものでなく、また、反応炉の
形状、圧力等にも一切限定されず、全ての単結晶、多結
晶、非晶質、金属の気相成長に適用できることは勿論で
ある。
In the above embodiments, metal organic vapor phase growth of GaAs and AjGaAs was explained as an example, but the present invention is applicable to GaAa, Af
It goes without saying that the present invention is not limited to fiGaAs, and is not limited to the shape or pressure of the reactor at all, and can be applied to the vapor phase growth of all single crystals, polycrystals, amorphous materials, and metals.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による気相成長用バルブの実施例を示す
図、第2図は従来の有機金属気相成長に用いられる原料
ガス切換えのための3方向バルブを示す図である。 1・・・原料ガス導入口、2・・・供給ライン、3・・
・排出ライン、4.4a、4b・・・シリンダ、5・・
・原料ガス流路、6・・・原料ガス滞留領域、7.7a
17b・・・駆動源、8・・・パージ用キャリヤガス導
入口。 出  願  人  浜松ホトニクス株式会社代  理 
 人  弁理士 蛭 川 昌 信(イ)       
      (0)第2図
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a valve for vapor phase growth according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a three-way valve for switching source gases used in conventional metal organic vapor phase growth. 1... Raw material gas inlet, 2... Supply line, 3...
・Discharge line, 4.4a, 4b...Cylinder, 5...
- Raw material gas flow path, 6... Raw material gas retention area, 7.7a
17b... Drive source, 8... Carrier gas inlet for purge. Applicant Hamamatsu Photonics Co., Ltd. Representative
Person Patent Attorney Masanobu Hirukawa (I)
(0) Figure 2

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)気相成長装置に用いる原料ガス切換えバルブにお
いて、複数のガス導入口、及び反応炉へのガス供給口と
排出口を有する環状に配置されたガス流路と、該ガス流
路内に配置され、ガス流路を変更させ、急峻な原料ガス
の切換えを行うガス流路切換え手段とを備えた気相成長
用バルブ。
(1) In a source gas switching valve used in a vapor phase growth apparatus, a gas flow path arranged in an annular shape having a plurality of gas inlets, a gas supply port and an exhaust port to the reactor, and a gas flow path in the gas flow path. A valve for vapor phase growth comprising a gas flow path switching means arranged to change the gas flow path and abruptly switch source gases.
(2)ガス流路切換え手段は、駆動源により駆動される
複数のシリンダからなる特許請求の範囲第1項記載の気
相成長用バルブ。
(2) The vapor phase growth valve according to claim 1, wherein the gas flow path switching means comprises a plurality of cylinders driven by a drive source.
(3)複数の導入口の一つより原料ガスを流入させ、他
の一つより原料ガスと同流量のパージ用キャリヤガスを
流入させ、ガス流路変更時にバルブ内の反応炉への供給
ラインに原料ガスの滞留領域が存在せずかつ反応炉への
供給ラインの全ガス流量が変化しないようにした特許請
求の範囲第1項記載の気相成長用バルブ。
(3) Let the raw material gas flow in through one of the multiple inlets, and let the purge carrier gas flow in at the same flow rate as the raw material gas through the other one, and connect the supply line to the reactor inside the valve when changing the gas flow path. 2. The valve for vapor phase growth according to claim 1, wherein there is no retention region of raw material gas in the reactor, and the total gas flow rate in the supply line to the reactor does not change.
(4)複数のガス流路切り換え手段、及び環状のガス流
路を単一のブロックに組込み、供給ラインおよび排出ラ
インをそれぞれ共通とし、集合化することにより小型化
した特許請求の範囲第1項記載の気相成長用バルブ。
(4) A plurality of gas flow path switching means and an annular gas flow path are incorporated into a single block, and the supply line and the discharge line are common, respectively, and the size is reduced by aggregating them, Claim 1 Vapor phase growth valve described.
JP15613387A 1987-06-23 1987-06-23 Valve for vapor growth Granted JPS64268A (en)

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