JPH0397692A - 有機金属化合物の気化供給装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、有機金属気相成長法（　Ｓ！ＯＣＶＤ法）に
より化合物半導体のエビタキシャル薄膜を製造づ−る場
合に，その原料として用いられる有機金属化合物の気化
供給装置に関するものである。

【従来の技術】

近年、化合物半導体の結晶成長法として、有機金属化合
物を用いたＭＯＣＶＤ法が注目を集め、盛んに研究され
ている。ＭＯＣＶＤ法とは、例えば（Ｃｌ３１．Ｇａ、
（ＣＨ３）３ＡＬなどの有機金属化合物を原料とし、そ
の熱分解反応を利用して薄膜の結晶成長を行なう方法で
ある。この方法は大面積な薄膜を均一に形成可能で、膜
厚や組成比などの制御性や量産性が優れている。 ＭＯＣＶＤ法において、例えばＩＩＩ　−　Ｖ族化合物
半導体薄膜を成長させる場合、ＩＩＩ族原料として（Ｃ
Ｈｓ）ｓＧａや（ＣＨｓ）ｓｌｎなどの有機金属化合物
を用い、Ｖ族原料としてＡｓＨａやＰＨ．等の水素化物
を用いる。 有機金属化合物を結晶成長炉内へ供給する方法としては
、有機金属化合物中にＨ２等のキャリアガスを導入して
発泡（パブリング）によって接触させ、所定の温度にお
ける有機金属化合物の飽和蒸気を結晶成長炉内に導入し
ている。 第４図に、この種のキャリアガスを用いた従来の気化供
給装置を示す。同図においてｌはキャリアガス（例えば
Ｈ２）の容器、２は減圧弁、３はキャリアガスの質量流
量を制御するマスフローコントローラ、４は有機金属化
合物、５はシリング容器で有機金属化合物４を充填して
ある。６は恒温槽、７は人口用バルブ、８は導入管（デ
ィップチューブ）であり、キャリアガスをシリンダ容器
３内の下方に導入する。９は出口用バルブ、１０は二一
ドルバルブで、結晶成長を減圧下で行なう場合に、シリ
ンダ容器５の入口及び出口付近における気体の圧力を１
気圧近傍に保つ。１ｌは結晶成長を行なう結晶成長炉で
、ｌ２はヒータ、１３は基板、１４は真空ボンブ．１５
は減圧度調整用バルブである。 この装置は以下のように使用する。先ず恒温槽６の温度
を正確に制御して有機金属化合物４の蒸気圧を決める。 次にマスフローコントローラ３で正確に制御したキャリ
アガスをバルブ７を開いてシリンダ容器４内に導入し、
バルブ９を開き所望の濃度の有機金属化合物を含むキャ
リアガスを結晶成長炉ｌｌ内に導入する。結晶成長炉１
１内は真空ボンブ１４で減圧され、その内部には導入管
ｌ６よりＶ族の水素化物が予め導入されているため、基
板ｌ３に化合物半導体のエビタキシャル薄膜が形成され
てゆく。

【発明が解決しようとする課題】

上記の装置を用いて化合物半導体のエビタキシャル成長
を行なうと、得られたエビタキシャル膜の組成比が設定
値から外れたり、膜の電気的性質が不均質になるという
問題があった。この場合，その結晶から得られた半導体
は特性がばらついてしまう。 これらの問題には下記の理由が考えられる。 ■エビタキシャル原料である有機金属化合物の供給量制
御をキャリアガス流量と温度という二次関数によりとり
行なっているため、高精度な流量！ＩＨ卸が難しい。 ■供給される有機金属化合物の流量を直接計測して制御
する手段がないため、供給量の変動を検知して制御する
ことができない。 ■供給量を設定するうえで重要な指針となる有機金属化
合物の蒸気圧曲線図が、同一物質に対して多数存在する
ことが多く、どれが正確な図であるかわからず，目的と
する供給量を得るのに必要な温度を正確に決めることが
できない。 また、目的とする膜厚や組成を得るためにはガスの供給
、停止を迅速に行なうことが必要である。しかし、この
装置ではそれらを迅速に行なうことができず、結晶界面
の急俊性が得られていない。仮にガスの供給や停止が迅
速に行なえた場合でも、配管の内部に有機金属化合物の
蒸気やそれを含むキャリアガスが滞留し、基板ｌ３上の
結晶がそれらの影響を受けることがある。特に、有機金
属化合物ガスの供給量が微量な場合は影響を受け易い。 さらに、キャリアガスの温度が低い場合，この装置では
混合ガスの温度が下がってしまい有機金属化合物が配管
内に凝縮して好適に輸送されないという問題も生じてい
る。 本発明は前記課題を解決するためになされたちので、有
機金属化合物ガスの流量が極く僅かな場合でち定量的な
供給ができる有機金属化合物の気化供給装置を提供する
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

前記の課題を解決するための本発明の有機金属化合物の
気化供給装置を、その実施例に対応する図面を用いて説
明する。 本発明の第１発明の有機金属化合物の気化供給装置は、
第１図に示すように有機金属化合物２６を充填した容器
２０からメインバルブ２１を経て原料ガス用マスフロー
コントローラ２２へ接続され、原料ガス用マスフローコ
ントローラ２２から原料ガス供給バルブ２３を経て加熱
減圧下の結晶成長炉１１に接続された有機金属化合物ガ
スの経路と、キャリアガス源からキャリアガス用マスフ
ローコントローラ２８および熱交換器２９を経て原料ガ
ス供給バルブ２３の排出側の接続部３２に接続するキャ
リアガス経路とを有し、容器２０、その容器２０から結
晶成長炉１１へ至る有機金属化合物ガスの経路，キャリ
アガス用マスフローコントローラ２８および熱交換器２
９が単一の恒温槽２４の内部に配置されている。 第２発明の有機金属化合物の気化供給装置は、第１発明
の原料ガス用マスフローコントローラ２２の排出側に位
置する原料ガス供給バルブ２３と、熱交換器２９の排出
側に位置するキャリアガスバルブ３ｌとが一体化された
ブロックバルブ３５であり、そのブロックバルブ３５が
原料ガス用マスフローコントローラ２２の排出側に直結
されている（第２図参照）。 第３発明の有機金属化合物の気化供給装置は、第３図に
示すように、第ｌ発明および第２発明の熱交換器２９に
加熱手段３７が付設してある。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。 第１図は本発明を適用する有機金属化合物の気化供給装
置の概略図である。同図に示すように，有機金属化合物
２６を入れたシリンダ容器２０は空気作動式バルブ２１
を介してマスフローコントローラ２２に接続される。マ
スフローコントローラ２２は、空気作動式の原料ガス供
給バルブ２３を介して結晶成長炉１ｌに接続される。結
晶成長炉１１には減圧度調整用バルブｌ５を介して真空
ボンブ１４が接続されている。結晶成長炉１．　１はヒ
ータ１２で加熱される構造であるとともに、Ｖ族ガスな
どを導入する導入管ｌ６が設けてある。 熱分解促進用のキャリアガス、例えば水素ガスは、バル
プ３０、キャリアガス用マスフローコントローラ２８、
熱交換器２９およびキャリアガスバルブ３ｌを順に経て
バルブ２３の排出側の接続部分３２において接続されて
いる。上記の各接続は導管によりなされ、密閉系を形成
している。 シリンダ容器２０をはじめ５マスフローコントローラ２
２・２８、熱交換器２９、バルブ２１・２３・３０・３
ｌおよび接続部分３２は空気恒温槽２４に収容してある
。マスフローコントローラ２２は、微小流量を検知して
流量調節用バルブの応答速度が速いもので、できるだけ
低差圧で作動するちのを使用する。 この装置は以下のように動作させる。 先ず、結晶成長炉ｌ１に基板１３を装着し、ヒータｌ２
により所定の温度に加熱するとともに真空ボンブｌ４で
系内を減圧する。バルブ３０および３ｌを開弁して所定
量のキャリアガスを流し、減圧度調整用バルブ１５を調
整して結晶成長炉ｌｌ内の減圧度を一定にしておく。キ
ャリアガスの流量は、配管内における有機金属化合物ガ
スの滞留時間を最少にするためにできるだけ大量に流す
べきであるが、一般的にはｌＯ〜３００ｍｇ／分程度で
ある。 空気恒温槽２４を一定温度に昇温するとシリンダ容器２
０内の有機金属化合物２６の蒸気圧が上界して気化をは
じめる。恒温槽２４の設定温度は、マスフローコントロ
ーラ２２・２８やバルプ類の耐熱性および有機金属化合
物の蒸気圧特性や熱分解特性等により一義的には決めら
れないが、蒸気圧を可能な限り高くすることができ、有
機金属化合物に十分な気化熱を絶えず供給できる温度で
ある５０〜８０℃に設定する。 ここで不図示の動作源から空気作動式のメインバルブ２
１および原料供給バルブ２３に送気して開弁ずる。する
と気体化した有機金属化合物２６は、バルブ２ｌを経て
マスフローコントローラ２２に導入され、質量流量が直
接計量されて一定値に調整された後、バルブ２３を経て
結晶成長炉ｌｌ内に供給される。一方、キャリアガスバ
ルブ３１からは、キャリアガス用マスフローコントロー
ラ２８により定量され、熱交換器２９によって十分加熱
されたキャリアガスが絶えず供給される。その量は有機
金属化合物２６のガス量に対して数百倍であるため、有
機金属化合物２６は遅延時間なく一定濃度のまま結晶成
長炉１ｌに供給される。キャリアガスは、キャリアガス
用マスフローコントローラ２８を含むガスの経路が空気
恒温槽２４に収容してあるため、極めて効率良く加熱さ
れている。 このようにして結晶成長炉ｌｌ内の基板ｌ３に化合物半
導体のエビタキシャル薄膜が形成されてゆく。所定の膜
厚が得られたら、空気作動式供給停止バルブ２３に送気
して閉弁し、有機金属化合物ガスの供給を停止する。 有機金属化合物２６の流量が極く微量の場合、マスフロ
ーコントローラ２２からバルブ２３を経て接続部３２に
至る配管の容積に比べ有機金属化合物ガスの量が少ない
ため、ガスが配管内に不均一に拡散すると結晶成長炉１
１への供給量が変動しやすくなる。その場合には、第２
図に示すようにバルブ２３と３１を一体化したブロック
パルブ４０を用い、かつそれをマスフローコントローラ
２２の出口側に直結すれば良い。配管の容積が小さくな
り、通過時間が短縮されて供給量が安定する。 熱交換器２９は、恒温槽２４内の空気を熱源とし、キャ
リアガスに対して十分な熱量を与えることができるが、
より高温に加熱する場合には、第３図に示すように電熱
ヒータ３７などを設けて個別に加熱しても良い。 なお、本発明の装置に用いるバルプ類は、耐熱性、耐高
真空性を備えた空気作動式あるいは手動式のものを使用
する。シリンダ容器２０および配管類の材質は、有機金
属化合物を安全に保存，輸送するという観点から全ステ
ンレス製のものが良い。接ガス面には電解研磨処理を施
してあることが望ましい。

【発明の作用、効果】

以上詳細に説明したように本発明の有機金属化合物の気
化供給装置は、マスフローコントローラを含む有機金属
化合物ガスの経路およびキャリアガス経路が単一の恒滝
槽に収容され、小型化されている。 配管の容積が小さく、有機金属化合物ガスやそれを含む
キャリアガスの滞留が少ないため、原料の供給、停止を
迅速に行なえ、得られる結晶界面の急峻性が高い。また
、ガスの温度制御が容易で、配管内における原料の凝縮
が皆無である。 そのため、有機金属化合物の供給量にかかわらず、常に
一定した有機金属化合物の蒸気量制御が可能になり、圧
膜から超薄膜まで、組成ばらつきが極めて小さい半導体
結晶の薄膜を製造することができる。 これらの結果、その成長結晶から得られるデバイスのコ
ストも大幅に低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する有機金属化合物の気化供給装
置の実施例を示す概略構成図５第２図および第３図は各
々本発明を適用する有機金属化合物の気化供給装置の実
施例の要部を示す概略構成図、第４図は従来の気化供給
装置の概略構成図である。 １・・・キャリアガス容器　２・・・減圧弁３・２２・
２８・・・マスフローコントローラ４・２６・・・有機
金属化合物 ５・２０・・・シリンダ容器　６・・・恒温槽７・９・
２ｌ・２３・３０・３ｌ・・・バルブ８・・・導入管　
　　　　　ｌＯ・・・二一ドルバルブ１１・・・結晶成
長炉　　　　ｌ２・・・ヒータ１３・・・基板　　　　
　　　ｌ４・・・真空ボンブｌ５・・・減圧度調整用バ
ルブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機金属化合物を充填した容器からメインバルブを
   経て原料ガス用マスフローコントローラへ接続され、前
   記原料ガス用マスフローコントローラから原料ガス供給
   バルブを経て加熱減圧下の結晶成長炉に接続された有機
   金属化合物ガスの経路と、キャリアガス源からキャリア
   ガス用マスフローコントローラおよび熱交換器を経て前
   記原料ガス供給バルブの排出側に接続するキャリアガス
   経路とを有し、 前記容器、その容器から結晶成長炉へ至る有機金属化合
   物ガスの経路、キャリアガス用マスフローコントローラ
   および熱交換器が恒温槽内に配置されていることを特徴
   とする有機金属化合物の気化供給装置。 ２、請求項第１項記載の原料ガス用マスフローコントロ
   ーラの排出側に位置する原料ガス供給バルブと、熱交換
   器の排出側に位置するキャリアガスバルブとが一体化さ
   れたブロックバルブであり、該ブロックバルブが前記原
   料ガス用マスフローコントローラの排出側に直結されて
   いることを特徴とする有機金属化合物の気化供給装置。 ３、請求項第１項または第２項記載の熱交換器に加熱手
   段が付設してあることを特徴とする有機金属化合物の気
   化供給装置。