JPH08288226A

JPH08288226A - 有機金属気相成長装置

Info

Publication number: JPH08288226A
Application number: JP9285895A
Authority: JP
Inventors: Masakiyo Ikeda; 正清池田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】界面の急峻性に優れたIII −Ｖ族化合物半導
体の積層構造を成長させる有機金属気相成長装置を提供
する。【構成】この装置はランラインＬ₁とベントラインＬ
₂とを備え、ランラインＬ₁とベントラインＬ₂の双方
の所定個所には、それぞれを流れるガスの圧力を調整す
るための圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂が配置され、圧力調
整バルブＶ₁，Ｖ ₂の配置個所の下流側には、Ｖ族元素
の原料ガスの供給機構Ａ₂’がランラインＬ₁とベント
ラインＬ₂とを結ぶ流路切換え機構Ｂを介して配置さ
れ、かつ、圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂の配置個所の上流
側には、III 族元素の原料ガスおよび／またはドーピン
グガスの供給機構Ａ₁’がランラインＬ₁とベントライ
ンＬ₂とを結ぶ流路切換え機構Ｂを介して配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は有機金属気相成長装置に
関し、更に詳しくは、III −Ｖ族化合物半導体の薄膜を
順次積層する際に、界面の急峻性を高めることができる
有機金属気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】III −Ｖ族化合物半導体は、電解効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）や高速電子移動度トランジスタ
（ＨＥＭＴ）のような高速電子デバイスや、レーザダイ
オード（ＬＰ）のような光デバイスに用いられている。
上記したようなデバイスを作成するためには、これら化
合物半導体の薄膜を成長させることが必要であり、その
ための手段として、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ
法）や分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）が通常
用いられている。

【０００３】このうち、ＭＯＶＰＥ法の場合、目的とす
るIII −Ｖ族化合物半導体におけるIII 族元素の供給源
としては有機金属から成る原料ガスが使用され、またＶ
族元素の供給源としては水素化物から成る原料ガスが一
般に使用されている。例えば、III 族元素の供給源の場
合、Ｇａ源としては、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ
₃）₃：ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ₂
Ｈ₅）₃：ＴＥＧａ）が、Ａｌ源としては、トリメチル
アルミニウム（Ａｌ（（ＣＨ₃）₃：ＴＭＡｌ）が、Ｉ
ｎ源としては、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃）
₃：ＴＭＩｎ）などが用いられ、またＶ族元素の供給源
の場合、Ａｓ源としてはアルシン（ＡｓＨ₃）、Ｐ源と
してはホスフィン（ＰＨ₃）などが用いられている。

【０００４】形成すべき薄膜の種類に対応して、上記し
た供給源から所定の原料ガスが選定され、それらの原料
ガスは、キャリアガスである例えばＨ₂と混合されて反
応炉内に供給され、そこで所定の気相反応が進行する。
そして、反応炉内にセットされているウエハの上に目的
とする化合物半導体がエピタキシャル成長して成る薄膜
が形成される。

【０００５】このとき、形成される薄膜におけるキャリ
ア濃度を所定値に設定するために、用いる原料ガスに、
更に、シラン（ＳｉＨ₄）、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、セレ
ン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）、ジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ₃）
₂：ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂：
ＤＥＺｎ）などのドーピングガスの所定量を混合して成
る原料ガスを反応炉に供給することがある。

【０００６】そして、ある薄膜の形成が終了すると、次
に、反応炉内へ供給する原料ガスやドーピングガス（以
下、ドーピングガスを含めて原料ガスという）の種類を
変えることにより、既に形成されている薄膜の上に別種
の化合物半導体またはキャリア濃度が異なる同種の化合
物半導体をエピタキシャル成長させる。このように、反
応炉へ供給する原料ガスの種類を切り換えることにより
別種の化合物半導体またはキャリア濃度が異なる同種の
化合物半導体の薄膜を積層して製造された積層構造にお
いて、それを構成する各薄膜の界面における急峻性を高
めるためには、既に形成されているある薄膜の上に別種
の薄膜を形成する際に、反応炉内に供給される別種の原
料ガスの切換えが急峻に行われることが必要である。

【０００７】すなわち、原料ガスの供給を切り換えた瞬
間に、前の原料ガスは速やかに排気されてその気相成長
反応はただちに終了し、新たに供給された別種の原料ガ
スに基づく気相成長反応だけがただちに進行し始めるこ
とが必要である。このためには、切換え操作によって原
料ガスの種類が変化した場合であっても、反応炉に供給
されるガスの総流量は変化せず、したがって、反応炉内
や配管におけるガスの圧力変動が起こらないようにガス
流量を制御することが必要になる。

【０００８】このことを実現するために、従来から各種
の装置や流量制御方法が試みられているが、その１例の
装置を図２に概念図として示す。この装置は、下流側の
終端部が反応炉１と接続し、上流側の終端部はマスフロ
ーコントローラＭ₁を介して図示しないキャリアガス供
給源Ｃに接続しているランラインＬ₁と、下流側の終端
部が排気ポンプ２に接続し、上流側の終端部はマスフロ
ーコントローラＭ₂を介して図示しないキャリアガス供
給源Ｃに接続しているベントラインＬ₂を備えている。

【０００９】これらのランラインＬ₁とベントラインＬ
₂には、後述する原料ガスの供給機構Ａが後述する流路
切換え機構Ｂを介して配置され、供給機構Ａからの原料
ガスはランラインＬ₁にもベントラインＬ₂にも供給で
きるようになっている。このことにより、ランラインＬ
₁は反応炉１への原料ガスの供給経路として機能し、ま
た、ベントラインＬ₂は原料ガスの排気経路として機能
する。

【００１０】この原料ガスの供給機構Ａの上流側に位置
し、かつマスフローコントローラＭ ₁，Ｍ₂の下流側に
位置するランラインＬ₁とベントラインＬ₂の所定個所
には、それぞれ、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂が配置されていて、
圧力計Ｐ₁はランラインＬ₁を流れるガスの圧力を計測
しかつそれを制御することができ、圧力計Ｐ₂はベント
ラインＬ₂を流れるガスの圧力を計測しかつそれを制御
することができるようになっている。

【００１１】また、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂の配置個所または
その近傍にはランラインＬ₁とベントラインＬ₂とを結
んで差圧計Ｐ₃が配置され、この差圧計Ｐ₃は、ランラ
インＬ₁を流れるガスとベントラインＬ₂を流れるガス
の圧力差を計測しそれを制御することができるようにな
っている。原料ガスの供給機構Ａの下流側に位置するラ
ンラインＬ₁とベントラインＬ₂の所定個所には、圧力
調整バルブＶ₁，Ｖ₂がそれぞれ配置され、各ラインを
流れるガスの圧力調整がなされる。

【００１２】反応炉１には圧力計Ｐ₄が配置されて炉内
の絶対圧が計測され、その計測値は、反応炉１と排気ポ
ンプ２を結ぶ経路に配置された圧力調整バルブＶ₃に入
力され、反応炉１の内圧調整が行なわれる。つぎに、原
料ガスの供給機構Ａ、流路切換え機構Ｂ、それらの関
係、更にはランラインＬ₁とベントラインＬ₂への配置
態様について説明する。

【００１３】図の供給機構Ａでは、２種類の供給機構Ａ
₁，Ａ₂が示されている。このうち、供給機構Ａ₁は、
反応に用いる原料ガスを液体または固体のガス源から得
るための機構であり、供給機構Ａ₂は反応に用いる原料
ガスを、直接、その原料ガスのボンベから得るための機
構である。供給機構Ａ₁の場合、まず容器３の中に所定
温度に保持された例えば有機金属から成る液体のガス源
４が収容されている。そして、このガス源４にはマスフ
ローコントローラＭ₃で流量調整されたキャリアガスＣ
₁がバルブ５₁を開にすることによりガスラインｐ₁か
ら導入され、ガス源４へのバブリングが行われる。バブ
リング後、有機金属の蒸気（原料ガス）は飽和状態でキ
ャリアガスＣ₁に担持されてバルブ５₂を開にしたガス
ラインｐ₂を流れていく。

【００１４】このとき、ガスラインｐ₂には、マスフロ
ーコントローラＭ₄で流量調整されたキャリアガスＣ₂
がガスラインｐ₃から導入され、ガスラインｐ₂で原料
ガスを担持するキャリアガスＣ₁と混合される。その
際、この混合ガスＣ_Aの流量は一定値となるように調整
される。混合ガスＣ_Aの流量調整は、ガスラインｐ₃と
の合流点ｑ₁の下流側に配置された圧力計Ｐ₅で計測さ
れたガス圧を、前記合流点ｑ₁の上流側に配置された圧
力調整バルブＶ₄にフィードバックし、そのバルブの開
度を調整することによって行われる。

【００１５】また、この供給機構Ａ₁には、マスフロー
コントローラＭ₅を有するガスラインｐ₄が配置されて
いて、このガスラインｐ₄には、前記したガスラインｐ
₂を流れる混合ガスＣ_Aと同じ流量のキャリアガスＣ₃
が流れるようになっている。ランラインＬ₁とベントラ
インＬ₂との間には、バルブ５₄およびバルブ５₅を有
するガスラインｐ₅と、バルブ５₆およびバルブ５₇を
有する別のガスラインｐ₆とが並列に配置されている。

【００１６】そして、ガスラインｐ₅におけるバルブ５
₄とバルブ５₅の中間点ｑ₂に供給機構Ａ₁のガスライ
ンｐ₂が接続され、またガスラインｐ₆におけるバルブ
５₆とバルブ５₇の中間点ｑ₃に供給機構Ａ₁のガスラ
インｐ₄が接続されることにより、流路切換え機構Ｂが
構成されている。この流路切換え機構Ｂにおいては、ガ
スラインｐ₂に混合ガスＣ_Aを流し、ガスラインｐ₄に
前記混合ガスＣ_Aと同じ流量のキャリアガスＣ₃を流し
ている状態で、例えばガスラインｐ₅のバルブ５₄を
開、バルブ５₅を閉にすると、それに連動して、ガスラ
インｐ₆のバルブ５₇は開、バルブ５₆は閉になるよう
に作動する。

【００１７】したがって、ガスラインｐ₂を流れてきた
混合ガスＣ_Aは開弁しているバルブ５₄を通ってガスラ
インｐ₅を流れてランラインＬ₁に流入する。このと
き、バルブ５₅は閉になっているので、混合ガスＣ_Aは
ベントラインＬ₂には流入しない。一方、ガスラインｐ
₄を流れてきたキャリアガスＣ₃は開弁しているバルブ
５ ₇を通ってガスラインｐ₆を流れてベントラインＬ₂
に流入する。このとき、バルブ５₆は閉になっているの
で、キャリアガスＣ₃はランラインＬ₁に流入しない。

【００１８】そして、混合ガスＣ_AとキャリアガスＣ₃
の流量は等量であるので、これら混合ガスＣ_Aとキャリ
アガスＣ₃をそれぞれランラインＬ₁とベントラインＬ
₂に切換えても、これら各ラインを流れるガスの圧力変
動は生じない。一方、供給機構Ａ₂の場合、ボンベ６内
の原料ガスは圧力調整器７で圧力調整され、マスフロー
コントローラＭ₆で一定流量に調整されてガスラインｐ
₇を流れていく。

【００１９】このとき、ガスラインｐ₇にはマスフロー
コントローラＭ₇で流量調整されたキャリアガスＣ₄が
ガスラインｐ₈から導入され、前記原料ガスと混合され
る。その際、原料ガスとキャリアガスＣ₄との混合ガス
Ｃ_Bの流量は一定値となるように調整される。また、こ
の供給機構Ａ₂にも、供給機構Ａ₁の場合と同じよう
に、マスフローコントローラＭ₈を有するガスラインｐ
₉が配置されていて、このガスラインｐ ₉には、前記し
たガスラインｐ₇を流れる混合ガスＣ_Bと同じ流量のキ
ャリアガスＣ₅が流れるようになっている。

【００２０】そして、ランラインＬ₁とベントラインＬ
₂との間には、バルブ５₈およびバルブ５₉を有するガ
スラインｐ₁₀と、バルブ５₁₀およびバルブ５₁₁を有する
ガスラインｐ₁₁とが並列に配置され、各バルブの中間点
ｑ₄，ｑ₅には前記したガスラインｐ₁₀、ガスラインｐ
₁₁がそれぞれ接続されることにより流路切換え機構Ｂが
構成されている。

【００２１】この流路切換え機構の場合も、供給機構Ａ
₁における切換え機構の場合と同じように、例えばガス
ラインｐ₁₀のバルブ５₈を開、バルブ５₉を閉にする
と、それに連動して、ガスラインｐ₁₁のバルブ５₁₁は
開、バルブ５₁₀は閉になるように作動する。したがっ
て、ガスラインｐ₇を流れてきた混合ガスＣ_Bは開弁し
ているバルブ５₈を通ってガスラインｐ₁₀を流れ、ラン
ラインＬ₁に流入する。このとき、バルブ５₉は閉にな
っているので、混合ガスＣ_BはベントラインＬ₂には流
入しない。

【００２２】一方、ガスラインｐ₉を流れてきたキャリ
アガスＣ₅は開弁しているバルブ５ ₁₁通ってガスライン
ｐ₁₁を流れ、ベントラインＬ₂に流入する。このとき、
バルブ５₁₀は閉になっているので、キャリアガスＣ₅は
ランラインＬ₁に流入しない。そして、混合ガスＣ_Bと
キャリアガスＣ₅の流量は等量であるので、これら混合
ガスＣ_BとキャリアガスＣ₅がランラインＬ₁とベント
ラインＬ₂に切り換えられてもこれら各ラインを流れる
ガスの流量が同じであるため、圧力変動は生じず反応炉
内の成膜状態に悪影響を与えることはない。

【００２３】図２では、原料ガスの供給機構Ａとして
は、供給機構Ａ₁と供給機構Ａ₂の２個だけを示してい
るにすぎないが、配置する供給機構の数は、使用する原
料ガスの種類の数だけ必要である。例えば、ＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ系のデバイスを製造する際に、Ｖ族元素の
原料ガスとしてＡｓＨ₃を用い、またIII 族元素の原料
ガスとしてＴＭＧａ，ＴＭＡｌを用いる場合には、図２
において、供給機構Ａ₁としては、ＴＭＧａ供給機構と
ＴＭＡｌ供給機構との２個が必要であり、供給機構Ａ₂
としてはＡｓＨ₃供給機構が必要になるため、合計で３
個の供給機構をもって構成される。更に、ドーピングガ
スを供給する場合には、そのための供給機構が付加され
ることになる。

【００２４】図２で例示した装置で気相成長反応を行う
場合には、概ね次のような操作が進められる。まず、マ
スフローコントローラＭ₁，Ｍ₂を調整して、ランライ
ンＬ₁とベントラインＬ₂を流れるガスの流量が、それ
ぞれ所定の流量Ｒ₁，Ｒ₂となるように設定し、ランラ
インＬ₁には流量Ｒ₁のキャリアガスＣ₀を、またベン
トラインＬ₂には流量Ｒ₂のキャリアガスＣ₀’を供給
しつづける。

【００２５】ついで、供給機構Ａ₁，Ａ₂および流路切
換え機構Ｂを作動して、ガスラインｐ₅から流量ｒ₁の
混合ガスＣ_Aを、またガスラインｐ₇から流量ｒ₂の混
合ガスＣ_BをランラインＬ₁に導入して、キャリアガス
Ｃ₀と混合ガスＣ_Aと混合ガスＣ_Bとから成る全体の流
量がマスフローコントローラＭ₁で設定した値Ｒ₁にな
っている原料ガスを反応炉１に供給する。

【００２６】このとき、ガスラインｐ₆からは流量ｒ₁
のキャリアガスＣ₃が、またガスラインｐ₈からは流量
ｒ₂のキャリアガスＣ₅がベントラインＬ₂に導入さ
れ、それらは排気ポンプ２を通って系外に排気される。
この定常状態においては、反応炉１に供給される原料ガ
スは流量Ｒ₁と一定であり、それに対応した気相成長反
応が進行し、反応炉１内では所定の薄膜が形成される。

【００２７】上記した定常状態から、次に別種の薄膜を
形成するために、図２で示した供給機構Ａ₁からの混合
ガスＣ_Aの供給を絶ち、図示していない別の原料ガスの
供給機構から所定の原料ガスをランラインＬ₁に供給す
る場合を考える。そのとき、まず、供給機構Ａ₁の流路
切換え機構Ｂにおいて、ガスラインｐ₅のバルブ５₄は
閉弁され、バルブ５₅は開弁される。同時に、ガスライ
ンｐ₆ではバルブ５₇は閉弁し、バルブ５₆が開弁す
る。

【００２８】しかしながら、このバルブ切換え時に、ラ
ンラインＬ₁を流れているガスとベントラインＬ₂を流
れているガスとの間に圧力差が発生すると、バルブ切換
え後にランラインＬ₁に新たに供給される原料ガスの流
量には過渡応答が生じ、両ライン間に差圧が発生する。
そのような事態が発生すると、既に形成されていた薄膜
と新たに供給された原料ガスで形成される薄膜とのヘテ
ロ界面における急峻性が低下する。

【００２９】このため、ランラインＬ₁とベントライン
Ｌ₂をそれぞれ流れているガス間の差圧をゼロにする操
作が行われている。まず、マスフローコントローラＭ₂
でベントラインＬ₂を流れるガスの流量を一定値に設定
し、差圧計Ｐ₃でランラインＬ₁とベントラインＬ₂を
流れるガスの差圧を計測し、その計測値を圧力調整バル
ブＶ₂にフィードバックして当該ベントラインＬ₂の配
管抵抗を制御することにより前記差圧をゼロにする操作
が行われる。

【００３０】また、圧力調整バルブＶ₂の開度を一定値
に設定しておき、差圧計Ｐ₃で計測した差圧計測値をマ
スフローコントローラＭ₂にフィードバックしてベント
ラインＬ₂を流れるガスの流量を制御することにより前
記差圧をゼロにする操作もある。なお、後者の差圧制御
においては、ランラインＬ₁を流れるガスの圧力を一定
に保持するために、圧力計Ｐ₁でランラインＬ₁を流れ
るガスの圧力を計測し、その計測値を圧力調整バルブＶ
₁にフィードバックして当該ランラインＬ₁の配管抵抗
を制御することにより、ランラインＬ₁を流れるガスの
圧力の一定化が行われる。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、III −Ｖ族
化合物半導体を気相成長させる場合、III 族元素の原料
ガスの使用流量とＶ族元素の原料ガスの使用流量とはか
なり異なっている。例えば、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓの
気相成長時には、Ｖ族元素の原料ガスとIII 族元素の原
料ガスの使用流量比は、２０〜２００：１であり、また
ＩｎＰ系の気相成長時には１００〜１０００：１であ
り、Ｖ族元素の原料ガスの流量はIII族元素の原料ガス
の流量に比べてかなり多くしなければならない。

【００３２】しかしながら、図２で示した装置の場合、
前記したような多量のＶ族元素の原料ガスの流路切換え
を行うと、前記した差圧制御を行ってもランラインＬ₁
とベントラインＬ₂の差圧をゼロに制御することは困難
である。例えば、図２で示した装置において、下記する
ような４種類の原料ガスの供給機構ａ₁，ａ₂，ａ₃，
ａ₄を、それぞれが有する流路切換え機構Ｂを介してラ
ンラインＬ₁とベントラインＬ₂に４個配置して、以下
のような操作を行なって流路切換えの影響を調査した。

【００３３】ａ₁：ガスラインｐ₂を流れる混合ガスＣ
_Aが、流量１ｍｌ／ｍｉｎのＴＭＧａと流量５００ｍｌ
／ｍｉｎのＨ₂とから成り、ガスラインｐ₄には流量５
０１ｍｌ／ｍｉｎのＨ₂が流れる原料ガスＧ₁の供給機
構。ａ₂：ガスラインｐ₂を流れる混合ガスＣ_Aが、流量0.
３ｍｌ／ｍｉｎのＴＭＡｌと流量５００ｍｌ／ｍｉｎの
Ｈ₂とから成り、ガスラインｐ₄には流量５０0.３ｍｌ
／ｍｉｎのＨ₂が流れる原料ガスＧ₂の供給機構。

【００３４】ａ₃：ガスラインｐ₇を流れる混合ガスＣ
_Bが、流量３０ｍｌ／ｍｉｎのＡｓＨ₃と流量４７０ｍ
ｌ／ｍｉｎのＨ₂とから成り、ガスラインｐ₉には流量
５０１ｍｌ／ｍｉｎのＨ₂が流れる原料ガスＧ₃の供給
機構。ａ₄：ガスラインｐ₇を流れる混合ガスＣ_Bが、流量１
００ｍｌ／ｍｉｎのＡｓＨ₃と流量４００ｍｌ／ｍｉｎ
のＨ₂とから成り、ガスラインｐ₉には流量５０１ｍｌ
／ｍｉｎのＨ₂が流れる原料ガスＧ₄の供給機構。

【００３５】まず、ランラインＬ₁を流れるガスの総量
が８ｌ／ｍｉｎ、ベントラインＬ₂を流れるガスの総量
が３ｌ／ｍｉｎとなるようにマスフローコントローラＭ
₁，Ｍ₂を調整した。ついで、原料ガスの供給機構を作
動させ、流路切換え機構Ｂにおけるバルブ５ ₅，５₆；
バルブ５₉，５₁₀をいずれも開弁した。ベントラインＬ
₂には、原料ガスＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄が合量で２０
０1.３ｍｌ／ｍｉｎの流量で流入し、同時に、ランライ
ンＬ₁にも合量で２００1.３ｍｌ／ｍｉｎの流量でＨ₂
が流入する。

【００３６】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂はいずれも３
００Ｔｏｒｒとなるように制御し、また反応炉１内の圧
力は圧力計Ｐ₄で２００Ｔｏｒｒとなるように制御し
た。この状態を維持したのち、以下の操作を順次行い、
そのときの各圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄における指示値の
変動を調べた。操作１：供給機構ａ₁，ａ₂については、バルブ５₄、
バルブ５₇を開にして流路切換えを行い、原料ガス
Ｇ₁，Ｇ₂をランラインＬ₁に流し、Ｈ₂をベントライ
ンＬ₂に流した。

【００３７】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示
値に変動は認められなかった。操作２：操作１を継続しながら、供給機構ａ₃，ａ₄を
作動し、バルブ５₈、バルブ５₁₁を開にして流路切換え
を行い、原料ガスＧ₃，Ｇ₄をランラインＬ₁に、Ｈ₂
をベントラインＬ₂に流した。このとき、圧力計Ｐ₁，
Ｐ₄の指示値に変動は認められなかったが、圧力調整バ
ルブＶ₂の制御範囲が逸脱したので、マスフローコント
ローラＭ₂の流量設定値を２ｌ／ｍｉｎにまで下げて圧
力計Ｐ₂の指示値を３００Ｔｏｒｒに制御した。

【００３８】操作３：各流路切換え機構Ｂのバルブ操作
を行い、原料ガスＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₄はベントラインＬ₂
に流入させ、原料ガスＧ₃のみはランラインＬ₁に流入
させた。このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示値に
変動は認められなかった。操作４：操作３を継続しながら、供給機構ａ₁の流路切
換え機構Ｂにおけるバルブ５₄を開（バルブ５₇も開）
にして、原料ガスＧ₁をランラインＬ₁に流入させた。

【００３９】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示
値に変動は認められなかった。操作５：操作４を継続しながら、供給機構ａ₂の流路切
換え機構Ｂにおけるバルブ５₄を開（バルブ５₇も開）
にして、原料ガスＧ₂をランラインＬ₁に流入させた。
このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示値に変動は認
められなかった。

【００４０】操作６：操作５を継続しながら、供給機構
ａ₃の流路切換え機構Ｂにおけるバルブ５₉を開（バル
ブ５₁₀も開）にし、また供給機構ａ₄の流路切換え機構
Ｂにおけるバルブ５₈を開（バルブ５₁₁も開）にして、
原料ガスＧ₃はベントラインＬ₂に、原料ガスＧ₄はラ
ンラインＬ₁に流した。

【００４１】このとき、圧力計Ｐ₄の指示値に変動しな
かったが、圧力計Ｐ₁の指示値は３００Ｔｏｒｒから３
０５Ｔｏｒｒに変動し、また圧力計Ｐ₂の指示値は３０
０Ｔｏｒｒから２９０Ｔｏｒｒに変動した。また、圧力
調整バルブＶ₂の開度は０％になった。このように、図
２で示した装置の場合であっても、原料ガスの流路切換
え時には、ランラインＬ₁とベントラインＬ₂の間に差
圧が発生し、それぞれを流れるガスの流量は変動するこ
とがある。

【００４２】本発明は、図２で示した従来の装置におけ
る上記したような問題を解決し、流量が多いＶ族元素の
原料ガスの流路切換えを行った場合であっても、ランラ
インＬ₁とベントラインＬ₂の間で差圧を発生すること
がなく、したがって使用する原料ガスの流量変動も起こ
らず、形成した薄膜間における界面の急峻性を高めるこ
とができる有機金属気相成長装置の提供を目的とする。

【００４３】

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ために、本発明においては、反応炉へのガスの供給経路
として機能するランラインと前記ガスの排気経路として
機能するベントラインとを備え、III −Ｖ族化合物半導
体から成る薄膜を形成する有機金属気相成長装置におい
て、前記ランラインと前記ベントラインの双方の所定個
所には、それぞれを流れるガスの圧力を調整するための
圧力調整バルブが配置され、前記圧力調整バルブの配置
個所の下流側には、Ｖ族元素の原料ガスの供給機構が前
記ランラインと前記ベントラインとを結ぶ流路切換え機
構を介して配置され、かつ、前記圧力調整バルブの配置
個所の上流側には、III 族元素の原料ガスおよび／また
はドーピングガスの供給機構が前記ランラインと前記ベ
ントラインとを結ぶ流路切換え機構を介して配置されて
いることを特徴とする有機金属気相成長装置が提供され
る。

【００４４】

【作用】まず、Ｖ族元素の原料ガスであるたとえばＡｓ
Ｈ₃のような水素化物はキャリアガスであるＨ₂に比べ
てその分子半径が大きい。そして、前記したように、II
I −Ｖ族化合物半導体を気相成長させるためには、Ｖ族
元素の原料ガスの使用流量はIII 族元素の原料ガスの使
用流量よりも多くすることが必要である。

【００４５】そのときのＶ族元素の原料ガスとＨ₂との
混合ガスではその平均分子半径が大きくなっているた
め、圧力調整バルブによる圧力制御の範囲から逸脱する
傾向が現れ、その圧力調整バルブでは、前記混合ガスの
圧力調整の制御幅が狭くなる。ところで、図２で示した
装置の場合、圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂は、いずれも、
原料ガスの供給機構Ａの下流側に配置されている。すな
わち、Ｖ族元素の原料ガスの供給機構Ａ₂の下流側に配
置されている。

【００４６】したがって、ランラインＬ₁やベントライ
ンＬ₂に所定の原料ガスが所定の流量で流れている状態
で、Ｖ族元素の原料ガスの流路切換えを行うと、原料ガ
スの供給機構Ａの下流側に配置されている圧力調整バル
ブＶ₁，Ｖ₂は新たな原料ガスの圧力調整を充分に制御
できなくなり、ランラインＬ₁やベントラインＬ₂での
圧力変動が発生するようになる。

【００４７】本発明の装置の場合、圧力調整バルブはＶ
族元素の原料ガスの供給機構の上流側に配置されてい
る。したがって、ランラインやベントラインに所定の原
料ガスが所定の流量で流れている状態でＶ族元素の原料
ガスの流路切換えを行っても、そのことによる圧力調整
バルブへの上記した悪影響は発生しない。そのため、ラ
ンラインやベントラインにおける圧力変動は起こらなく
なる。

【００４８】すなわち、ランラインとベントラインの間
で、Ｖ族元素の原料ガスの流路切換え操作を伴う状態で
両ライン間におけるIII 族元素の原料ガスやドーピング
ガスの流路切換え操作を行っても、ランラインやベント
ラインでの圧力変動は起こらない。ところで、III −Ｖ
族化合物半導体の薄膜を積層する際に、各薄膜間におけ
る界面の特性は、主として、III 族元素の原料ガスやド
ーピングガスの流路切換え時における圧力変動で規定さ
れる。このときの圧力変動が激しい場合は界面の急峻性
は低下する。

【００４９】本発明の装置の場合、原料ガスの流路切換
えを行っても、III 族元素の原料ガスやドーピングガス
の圧力変動は起こらずに気相成長反応が進行することに
なるので、形成された薄膜の界面の急峻性は優れたもの
になる。

【００５０】

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の装置を説明
する。図１は、本発明装置の基本構成を示す概略図であ
る。本発明装置の場合、図１で示したように、ランライ
ンＬ₁、ベントラインＬ₂のそれぞれに配置されている
圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂の配置個所を境にして、原料
ガスの供給機構が分割して配置される。

【００５１】すなわち、圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂の配
置個所の下流側のランラインＬ₁とベントラインＬ₂の
所定個所には、図２で示した流路切換え機構Ｂと同じ機
構で同じバルブ作動をする流路切換え機構Ｂを介して、
Ｖ族元素の原料ガスの供給機構Ａ₂’が必要個数だけ配
置されている。そして、圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂の配
置個所の上流側の所定個所には、同じく図２で示した流
路切換え機構Ｂを介して、III 族元素の原料ガスおよび
／またはドーピングガスの供給機構Ａ₁’が必要個数だ
け配置されている。

【００５２】この装置の場合、ランラインＬ₁とベント
ラインＬ₂に所定の原料ガスを所定の流量で流している
状態で、例えば、供給機構Ａ₂’から供給されていたＶ
族元素の原料ガスの流路を切り換えても、その操作は圧
力調整バルブＶ₁，Ｖ₂の下流側で行われているので、
圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂が行う圧力制御機能に対して
影響を与えることがなく、ランラインＬ₁とベントライ
ンＬ₂での流量変化は生じない。すなわち、両ライン間
で圧力変動は起こらない。

【００５３】そして、供給機構Ａ₁’から供給されてい
たIII 族元素の原料ガスやドーピングガスの流路切換え
を行っても、これらのガスは調整バルブＶ₁，Ｖ₂の圧
力調整の制御幅を狭めるようなガスではないため、切換
え後にランラインＬ₁とベントラインＬ₂を流れるガス
の流量は切換え前のガスの流量と同量であり、それは圧
力調整バルブＶ₁，Ｖ₂で正確に所定流量に制御され
る。したがって、ランラインＬ₁とベントラインＬ₂に
おいて圧力変動は起こらない。

【００５４】すなわち、本発明の装置においては、供給
機構Ａ₂’の流路切換え操作の有無に関係なく、供給機
構Ａ₁’の流路切換え操作を行っても両ラインを流れる
ガスに圧力変動は発生しない。図１で例示した装置にお
いて、圧力調整バルブＶ₁，Ｖ₂の配置個所より上流側
には、図２の装置で用いたIII 族元素の原料ガスの供給
機構ａ₁，ａ₂を２個配置し、また下流側には、同じく
図２の装置で用いたＶ族元素の原料ガスの供給機構
ａ₃，ａ₄を２個配置して、以下のような操作を行なっ
て流路切換えの影響を調べた。

【００５５】まず、ランラインＬ₁を流れるガスの総量
が８ｌ／ｍｉｎ、ベントラインＬ₂を流れるガスの総量
が３ｌ／ｍｉｎとなるように、マスフローコントローラ
Ｍ₁，Ｍ₂を調整した。ついで、原料ガスの供給機構を
作動させ、供給機構ａ₁，ａ₂では、バルブ５ ₅，５₆
を開、バルブ５₄，５₇を閉にし、また供給機構ａ₃，
ａ₄では、バルブ５₉，５₁₀を開、バルブ５₈，５₁₁を
閉にした。ベントラインＬ₂には原料ガスＧ₁，Ｇ₂，
Ｇ₃，Ｇ₄が合量で２００1.３ｍｌ／ｍｉｎの流量で流
入し、ランラインＬ₁には合量で同じく２００1.３ｍｌ
／ｍｉｎの流量でＨ₂が流入した。

【００５６】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂はいずれも３
００Ｔｏｒｒとなるように制御し、また反応炉１内の圧
力は圧力計Ｐ₄で２００Ｔｏｒｒとなるように制御し
た。この状態を維持したのち、以下の操作を順次行い、
そのときの各圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄における指示値の
変動を調べた。操作１：供給機構ａ₁，ａ₂については、バルブ５₄，
５₇を開、バルブ５₅，５₆を閉にして流路切換えを行
い、原料ガスＧ₁，Ｇ₂をランラインＬ₁に流し、Ｈ₂
をベントラインＬ₂に流した。

【００５７】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示
値に変動は認められなかった。操作２：操作１を継続しながら、供給機構ａ₃，ａ₄を
作動し、バルブ５₈，５₁₁を開、バルブ５₉，５₁₀を閉
にして流路切換えを行い、原料ガスＧ₃，Ｇ₄をランラ
インＬ₁に流し、Ｈ₂をベントラインＬ₂に流した。

【００５８】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示
値に変動は認められなかったが、圧力調整バルブＶ₂の
制御範囲が逸脱したので、マスフローコントローラＭ₂
の流量設定値を２ｌ／ｍｉｎにまで下げて圧力計Ｐ₂の
指示値を３００Ｔｏｒｒに制御した。操作３：供給機構ａ₄において、バルブ５₉，５₁₀を
開、バルブ５₈，５₁₁を閉にして、原料ガスＧ₄をベン
トラインＬ₂に流入させ、また、供給機構ａ₁，ａ₂に
おいて、バルブ５₅，５₆を開、バルブ５₄，５₇を閉
にして原料ガスＧ₁，Ｇ₂をベントラインＬ₂に流入さ
せ、ランラインＬ₁には原料ガスＧ₁のみを流入させ
た。

【００５９】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の指示
値に変動は認められなかった。操作４：操作３を継続しながら、供給機構ａ₁の流路切
換え機構Ｂにおけるバルブ５₄，５₇を開（バルブ
５₅，５₆を閉）にして、原料ガスＧ₁をランラインＬ
₁に流入させた。このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄の
指示値に変動は認められなかった。

【００６０】操作５：操作４を継続しながら、供給機構
ａ₂の流路切換え機構Ｂにおけるバルブ５₄，５₇を開
（バルブ５₅，５₆を閉）にして、原料ガスＧ₂をラン
ラインＬ₁に流入させた。このとき、圧力計Ｐ₁，
Ｐ₂，Ｐ₄の指示値に変動は認められなかった。操作６：操作５を継続しながら、供給機構ａ₃の流路切
換え機構Ｂにおけるバルブ５₉，５₁₀を開（バルブ
５₈，５₁₁を閉）にし、また供給機構ａ₄の流路切換え
機構Ｂにおけるバルブ５₈，５₁₁を開（バルブ５₉，５
₁₀を閉）にして、原料ガスＧ₃はベントラインＬ₂に、
原料ガスＧ₄はランラインＬ₁に流した。

【００６１】このとき、圧力計Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₄のいず
れの指示値にも変動は認められなかった。このように、
本発明の装置では、Ｖ族元素の原料ガスの流路切換えに
伴うランライン、ベントライン内の圧力変動は発生しな
い。

【００６２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
の有機金属気相成長装置は、ランラインとベントライン
を備えてIII −Ｖ族化合物半導体を気相成長させる装置
であって、両ラインの圧力調整バルブの配置個所よりも
下流側にＶ族元素の原料ガスの供給機構を配置し、上流
側にＶ族元素の原料ガス以外の原料ガスの供給機構を配
置しているので、Ｖ族元素の原料ガスの流路切換え操作
に伴う両ラインを流れるガスの圧力変動は発生せず、両
ラインにおける流量の変動は起こらない。したがって、
積層構造において界面の急峻性に優れたIII −Ｖ族化合
物半導体薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の基本構成を示す概略図である。

【図２】従来の装置の基本構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１反応炉２排気ポンプ３容器４原料ガスの供給源５₁，５₂，５₃，５₄，５₅，５₆，５₇，５₈，５
₉，５₁₀，５₁₁ バルブ６ボンベ７圧力調整器Ｌ₁ ランラインＬ₂ ベントラインＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄，Ｍ₅，Ｍ₆，Ｍ₇，Ｍ₈ マ
スフローコントローラｐ₁，ｐ₂，ｐ₃，ｐ₄，ｐ₅，ｐ₆，ｐ₇，ｐ₈，ｐ
₉，ｐ₁₀，ｐ₁₁ ガスラインＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₄，Ｐ₅ 圧力計Ｐ₃ 差圧計Ｃ_A，Ｃ_B 混合ガスＣ₀，Ｃ₀’，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄，Ｃ₅ キャリ
アガスＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄ 圧力調整バルブｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，ｑ₄，ｑ₅ ガスラインの接続点Ａ，Ａ₁，Ａ₂ 原料ガスの供給機構Ａ₁’ III 族元素の原料ガスまたはドーピングガスの
供給機構Ａ₂’ Ｖ族元素の原料ガスの供給機構Ｂ流路切換え機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応炉へのガスの供給経路として機能す
るランラインと前記ガスの排気経路として機能するベン
トラインとを備え、III −Ｖ族化合物半導体から成る薄
膜を形成する有機金属気相成長装置において、前記ラン
ラインと前記ベントラインの双方の所定個所には、それ
ぞれを流れるガスの圧力を調整するための圧力調整バル
ブが配置され、前記圧力調整バルブの配置個所の下流側
には、Ｖ族元素の原料ガスの供給機構が前記ランライン
と前記ベントラインとを結ぶ流路切換え機構を介して配
置され、かつ、前記圧力調整バルブの配置個所の上流側
には、III 族元素の原料ガスおよび／またはドーピング
ガスの供給機構が前記ランラインと前記ベントラインと
を結ぶ流路切換え機構を介して配置されていることを特
徴とする有機金属気相成長装置。