JPH0471993B2 - - Google Patents

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ヤル
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。

〔従来の技術〕

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。以下、第２図を参照して従来技術を説明す
る。

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。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。

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。

〔発明が解決すべき問題点〕

しかしながら、このような３方向バルブを用い
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
ヤ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。

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
キシヤル層の特性が変化するという問題も生じて
いた。

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つていない。

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
タキシヤル成長させ、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。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の気相成長バルブは、気相成
長装置に用いる原料ガス切換えバルブにおいて、
原料ガス導入口、パージ用ガス導入口、反応炉ガ
ス供給口、およびガス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、原
料ガス導入口から反応炉ガス供給口への第１のガ
ス流路と、パージ用ガス導入口から反応炉ガス供
給口への第２のガス流路とを切り換える第１のガ
ス流路切り換え手段と、原料ガス導入口からガス
排出口への第３のガス流路と、パージ用ガス導入
口からガス排出口への第４のガス流路とを切り換
える第２のガス流路切り換え手段と、第１のガス
流路と第４のガス流路、第２のガス流路と第３の
ガス流路がそれぞれ同時に開閉するように第１，
第２のガス流路切り換え手段を駆動する駆動手段
とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

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
ガス流路を切り換えることにより、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る。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

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。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、７ａ，７ｂは駆動源、８はパージ用キヤ
リヤガスの導入口である。

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，４ｂが配置されてそれぞれ駆
動源７ａ，７ｂにより駆動されるように構成され
ている。

まず、原料ガスを供給する場合には、駆動源７
ａ，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を通つて反応炉
へ流入し、この時、原料ガスと同流量のパージ用
キヤリヤガスが導入口８より流入し、排出ライン
３を通つて排出されている。

次に、原料ガス排出の場合には、駆動源７ａ，
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を通つて排出されてい
る。この時、原料ガスと同流量のパージ用キヤリ
ヤガスは導入口７より流入し供給ライン２を通つ
て反応炉へ流入する。

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、パージ用キヤリヤガス
の流入によりバルブ内に存在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
スとパージ用キヤ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。

〔発明の効果〕

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型で残存キヤリヤ
濃度10¹⁴〜10¹⁵cm^-3のエピタキシヤル層が再現性
良く得られ、また、Ｐ型不純物ドーピングを行つ
た直後のアンドープGaAsエピタキシヤル層にお
いても、残存キヤリヤ濃度10¹⁴〜10¹⁵cm^-3のｎ型
を示し、高品質なエピタキシヤル層が再現性良く
得られることが確認された。

また、GaAsとAl_0.5Ga_0.5Asのヘテロ構造をエ
ピタキシヤル成長させ、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（＜５
Å）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。

なお、上記実施例ではGaAs，AlGaAsの有機
金属気相成長を例に説明したが、本発明は
GaAs，AlGaAs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。

【図面の簡単な説明】

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，７
ｂ…駆動源、８…パージ用キヤリヤガス導入口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、原料ガス導入口、パージ用ガス導入
   口、反応炉ガス供給口、およびガス排出口を有す
   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、原料ガス導入口から反応炉ガス供給口
   への第１のガス流路と、パージ用ガス導入口から
   反応炉ガス供給口への第２のガス流路とを切り換
   える第１のガス流路切換え手段と、原料ガス導入
   口からガス排出口への第３のガス流路と、パージ
   用ガス導入口からガス排出口への第４のガス流路
   とを切り換える第２のガス流路切り換え手段と、
   第１のガス流路と第４のガス流路、第２のガス流
   路と第３のガス流路がそれぞれ同時に開閉するよ
   うに第１，第２のガス流路切り換え手段を駆動す
   る駆動手段とを備えた気相成長バルブ。 ２ 第１，第２のガス流路切り換え手段はシリン
   ダからなる特許請求の範囲第１項記載の気相成長
   バルブ。 ３ 前記パージ用キヤリアガスは、原料ガスと同
   流量流入させ、ガス流路変更時に反応炉への供給
   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。 ４ 前記ガス流路切換え手段、及び環状のガス流
   路を単一のブロツクに組み込み、ガス供給ライ
   ン、及び排出ラインをそれぞれ共通とし、集合化
   した特許請求の範囲第１項記載の気相成長用バル
   ブ。