JPH0573322B2 - - Google Patents

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JPH0573322B2
JPH0573322B2 JP10277087A JP10277087A JPH0573322B2 JP H0573322 B2 JPH0573322 B2 JP H0573322B2 JP 10277087 A JP10277087 A JP 10277087A JP 10277087 A JP10277087 A JP 10277087A JP H0573322 B2 JPH0573322 B2 JP H0573322B2
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gas
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Minoru Aragaki
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Hamamatsu Photonics KK
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体の有機金属気相成長装置
に係り、各々の希釈された原料ガスを混合し反応
炉へ流入させるに際し、該原料ガスの切り換え後
のバルブ内に原料ガスの滞留部分が存在しない構
造とすることにより、成長層の特性の再現性、組
成変化及び不純物濃度変化の急峻性を向上させる
ようにした有機金属気相成長装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、化合物半導体の有機金属化合物及び水素
化合物を原料とした気相成長装置(以下有機金属
気相成長装置という)は良く知られている。
第3図はこのような従来の有機金属気相成長装
置を示す図であり、ここでは最も一般的な水素
H2をキヤリアガスとしたGaAs、AlGaAsの有機
金属気相成長装置を例に従来技術を説明する。図
中、1は反応炉、2は高周波誘導加熱コイル、3
はサセプタ、4は基板、5aはトリメチルガリウ
ム(以下TMG)を飽和蒸気化する恒温槽、5b
はトリメチルアルミニウム(以下TMA)を飽和
蒸気化する恒温槽、6はアルシン(以下AsH3)
の容器、7a,7b,7c,7dは質量流量計、
8,9,10,11はバルブ、12はTMG蒸気
用のライン、13はTMA蒸気用のライン、14
は水素(H2)で希釈されたAsH3用のライン、1
5はベントライン、16a,16bは滞留領域で
ある。
図において、GaAsをエピタキシヤル成長させ
る場合には、まずバルブ8及び10を閉成し、バ
ルブ9及び11を開放しておき、容器6中の
AsH3を質量流量計7dを介して得られる所定流
量を、同様に質量流量計7cで軽量されたH2に
より希釈し、ライン14を通して反応路1へ流入
させ、所定の成長温度まで高周波誘導加熱コイル
2により昇温する。その後、バルブ9を閉成し、
バルブ8を開放することにより、Gaの原料であ
るTMG蒸気がライン12を通して反応炉1へ流
入し、熱分解反応によりサセプタ3上に置かれた
基板4の上にGaAsがエピタキシヤル成長する。
さらに、連続してAlGaAsをエピタキシヤル成長
させる場合には、バルブ11を閉成し、バルブ1
0を開放することによりTMA蒸気がライン13
を通して反応炉1へ流入し、熱分解反応によりエ
ピタキシヤル成長が行われる。
また、P型及びn型の不純物をドープする場合
も有機金属化合物であるいは水素化合物のドーピ
ング原料が同様の方法で反応炉へ流入することに
より行われていた。
〔発明が解決すべき問題点〕
しかしながら、この従来の有機金属気相成長装
置では、第3図中16a,16bの太線で示され
た部分に高濃度の原料ガスが滞留する有限の領域
が存在するために成長層の特性の再現性、組成変
化および不純物濃度変化の急峻性が得られにくい
等の点で問題があつた。また、、原料ガスの切り
換えに集合化した3方向バルブを使用することに
より原料ガスの滞留部分16a,16bを極めて
小さな容積にすることは可能であるが、バルブ切
り換え時に反応炉内の圧力、全ガス流量の変化が
生じ根本的に上記の問題を解決するには至つてい
ない。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、
原料ガスの切り換え時にバルブ内に原料ガスの滞
留部分が存在しない構造とすることにより、高品
質化合物半導体層を再現性良くエピタキシヤル成
長させ、かつ急峻な組成変化及び不純物分布を形
成させることを可能とする有機金属気相成長装置
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有機金属気相成長装置は、
希釈して流量調整した有機金属化合物を供給する
有機金属化合物供給手段と、希釈して流量調整し
た水素化合物を供給する水素化合物供給手段と、
流量調整したパージ用ガスを供給するパージ用ガ
ス供給手段と、有機金属化合物供給手段とパージ
用ガス供給手段にそれぞれ配管を通して接続され
た2つの入口ポート及び2つの出口ポートを有す
る四方弁と、四方弁の一方の出口ポート及び水素
化合物供給手段に配管を通して接続された反応炉
と、四方弁の他方の出口ポートに接続された排出
用配管とを備えた、前記四方弁の2つの入口ポー
トには、流量調整された同流量の有機金属化合物
及びパージ用ガスがそれぞれ供給され、四方弁の
切り替えにより、互いに同流量の有機金属化合物
またはパージ用ガスが前記一方の出口ポートより
反応炉へ、前記他方の出口ポートより排出用配管
へ流出するようにしたことを特徴とする。
〔作用〕
本発明の有機金属気相成長装置は、原料ガスの
切り換えに時に、切り換えバルブ内に原料ガスの
滞留部分を存在させず、かつ反応炉内の圧力、全
ガス量流を常に一定に保つことにより、高品質化
合物半導体層を再現性良くエピタキシヤル成長さ
せ、さらに急峻な組成変化及び不純物分布の形成
を遠成する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。
第1図は本発明による有機金属気相成長装置の
一実施例を示す図、第2図イ,ロは本発明の有機
金属気相成長装置に用いられる切り換えバルブの
切り換え動作を説明するための図で、第3図にお
ける番号と同一番号は同一内容を示している。
第1図において、第3図の装置に示した1〜
6,7c,7d及び14,15についてはここで
は詳細な説明は省略するが、新たに付加した手段
について説明する。
図中、7e,7f,7g,7h,7i,7jは
質量流量計、17は水素で希釈されたTMGガス
を供給するライン、18は水素で希釈された
TMAガスを供給するライン、19はパージ用水
素(H2)キヤリヤガスを供給するライン、20
はパージ用水素(H2)キヤリヤガスを供給する
ライン、21a,21bは切り換えバルブであ
る。
エピタキシヤル成長の開始前には、ステンレス
製容器に封入されたTMG及びTMAはそれぞれ
所定の温度に保たれた恒温層5a,5b中で、質
量流量計7f,7iにより制御されたH2を通す
ことにより、TMG+H2及びTMA+H2の飽和蒸
気として抽出される。抽出直後、さらに、質量流
量計7e,7hを介して希釈用H2により500c.c./
minの流量に制御された原料ガスTMG+H2及び
TMA+H2は、それぞれライン17、ライン19
から切り換えバルブ21a及び21bを経由して
ベントライン15へ流出されている。
一方、それぞれ質量流量計7g,7jにより
500c.c./minの流量に制御されたパージ用H2キヤ
リヤガスはライン18及びライン20を介して切
り換えバルブ21a及び21bを経由して反応炉
1へ流入している。また、質量流量計7cで計量
されたH2ガスにより、同様に質量流量計7dで
計算された容器6中のAsH3を希釈し、300c.c./
minに流量調整されたAsH3+H2ガスがライン1
4を介して反応炉1へ流入している。
そして、エピタキシヤル成長は、高周波誘導加
熱コイルによりサセプタ3が加熱され、基板4が
所定の成長温度に達した後、開始される。
GaAsのエピタキシヤル成長を行う場合には、
切り換えバルブ21aによりベントライン15へ
流出さけていたTMG+H2ガスを反応炉1へ流入
させ、同時に反応炉1へ流入させていたパージ用
H2キヤリヤガスをベントライン15へ流出させ
ることにより、GaAsのエピタキシヤル成長が達
成される。さらに、AlGaAsのエピタキシヤル成
長を行う場合には、切り換えバルブ21bにより
ベントライン15へ流出させていたTMA+H2を
反応炉1へ流入させ、同時に反応炉1へ流入させ
ていたパージ用H2キヤリヤガスをベントライン
15へ流出させることにより、AlGaAsのエピタ
キシヤル成長が達成される。こうして反応炉1に
供給された各原料ガスは、高周波誘導加熱コイル
2で加熱された基板4上あるいはその近傍で熱分
解し、エピタキシヤル層が堆積する。また、不純
物のドーピングにおいても同様に、希釈された原
料ガスが反応炉1に流入し、エピタキシヤル層に
取り込まれる。
ここで本発明の装置のガス切り換え動作を第2
図イ、及びロを参照して詳細に説明する。
第2図イは、原料ガス22が反応炉1へ流入
し、エピタキシヤル成長が行われている場合の切
り換えバルブ21a,21bの動作を示してお
り、矢印はガスの流れ方向を、斜線部分は原料ガ
ス22の流路を示している。この時、原料ガス2
2と同流量のH2キヤリアガス23がベントライ
ン15へ流出される。
第2図ロは、切り換えバルブ21a,21bに
よりガス流路を変更させる場合を示し、原料ガス
22は反応路1からベントライン15へ流路が変
わると同時にベントライン15へ流出されていた
H2キヤリヤガス23が反応炉1へ流入され、切
り換えバルブ内に残存している原料ガス22が完
全にパージされる。
このように原料ガス切り換え時に切り換えバル
ブ21a,21b内に原料ガスの滞留部分が存在
せず、かつ反応炉1内の圧力、全ガス流量が変化
しない原料ガスの切り換えが可能となる。
上記実施例で示し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
で残留キヤリヤ濃度1014〜1015cm-3のエピタキシ
ヤル層が再現性良く得られ、また、ジメチルジン
ク(DMZ)による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
いても残留キヤリヤ濃度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Al0.5Ga0.5Asのヘテロ構造をエ
ピタキシヤル成長させ組織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)と見積もられ、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
金属気相成長装置を例に説明したが、本発明は
GaAs、AlGaAsに限定されるものではなく、ま
た反応炉の形状、圧力等にも一切限定されず、全
ての化合物半導体の有機金属気相成長装置に適応
できることは勿論である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、有機金属気相成
長装置において、原料ガス切り換え時にバルブ内
に原料ガスと滞留部分を除去し、かつ反応炉内の
圧力、全ガス流量が変化しないように原料ガスの
切り換えを行うことにより高品質な化合物半導体
層を再現性良くエピタキシヤル成長させ、さらに
急峻な組成変化及び不純物濃度変化を形成させる
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による有機金属気相成長装置を
示す図、第2図イ、第2図ロは本発明装置に用い
られる切り換えバルブの動作説明図、第3図は従
来の有機金属気相成長装置を示す図である。 1……反応炉、2……高周波誘導加熱コイル、
3……サセプタ、4……基板、5a,5b……恒
温槽、6……アルシンの容器、7a〜7j……質
量流量計、8〜11……バルブ、12,13,1
4,17,18……原料ガス供給ライン、15…
…ベントライン、16a,16b……ガス滞留領
域、19,20……キヤリヤガスライン、21
a,21b……切り換えバルブ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 希釈して流量調整した有機金属化合物を供給
    する有機金属化合物供給手段と、希釈して流量調
    整した水素化合物を供給する水素化合物供給手段
    と、流量調整したパージ用ガスを供給するパージ
    用ガス供給手段と、有機金属化合物供給手段とパ
    ージ用ガス供給手段にそれぞれ配管を通して接続
    された2つの入口ポート及び2つの出口ポートを
    有する四方弁と、四方弁の一方の出口ポート及び
    水素化合物供給手段に配管を通して接続された反
    応炉と、四方弁の他方の出口ポートに接続された
    排出用配管とを備え、前記四方弁の2つの入口ポ
    ートには、流量調整された同流量の有機金属化合
    物及びパージ用ガスがそれぞれ供給され、四方弁
    の切り替えにより、互いに同流量の有機金属化合
    物またはパージ用ガスが前記一方の出口ポートよ
    り反応炉へ、前記他方の出口ポートより排出用配
    管へ流出するようにしたことを特徴とする有機金
    属気相成長装置。
JP10277087A 1987-04-25 1987-04-25 有機金属気相成長装置 Granted JPS63268244A (ja)

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US8728239B2 (en) * 2011-07-29 2014-05-20 Asm America, Inc. Methods and apparatus for a gas panel with constant gas flow

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