JPS6177733A

JPS6177733A - 圧力測定器

Info

Publication number: JPS6177733A
Application number: JP20020284A
Authority: JP
Inventors: Isao Hino; 日野　功
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-09-25
Filing date: 1984-09-25
Publication date: 1986-04-21

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）本発明は半導体結晶気相成長装置などにおいて気体の圧
力を創る圧力測定器に関する。

（従来技術とその問題点）半導体結晶の成長法としての気相成長法は、気体状の原
料を結晶成長室に送りこんで、気相原料から半導体結晶
を成長せしめるものである。この送シこむ気体流中の気
相原料の量の制御、気体の流れ方の制御および結晶成長
室の圧力制御等のためにその気体圧力を測定する必要が
ある。

従来、このような圧力測定のために第４図（ａｌ或は第
４図（ｂｌに示す構造のものが用いられていた。

第４図（ａ）はブルドン管圧力計として知られているも
のの断面図である。この原理は古くより知られておシ、
例えば岩波書店発行理化学辞典第３版（１９７１年発行
）１１８３頁に説明がある。このブルドン管圧力計は、
弾力のある薄い全包板でつくられ、断面か扁平で片端部
３３が閉じてあシ、他の片端部３４が圧力を測定しよう
とする領域３２に接続されている円弧状又は渦巻状金属
管３１により構成されている。この渦巻状金属管の閉じ
られた端部３３は、金Ａ４棒３５によって他の金属板３
６に固定点１７で固定されている。

この被測定領域３２の圧力がおる圧力ｐ１の時、ブルド
ン管圧力計は、実線で示した金属管３１になっている。

この被測定領域３２の圧力が圧力ｐ１よ）高い圧力ｐ２
の時、プルド／管圧力計は、破線で示した金属管３１′
になる。りまシ、圧力がｐｌのときの渦巻状金属管３１
は、ｐ２のとき破線で示した渦巻状金属管３１′となり
、閉じられた端部３３は端部３３′の位Ｆｉ：、ｉｌＣ
移動して金属棒３５が引張られることによシ、金属板３
６が移動し、金属板３６′の位置にくる。ここで金属板
３６の変位量、つま９測定点３７と測定点３７′との距
離Δｘｔ−測定することによＦ）ｓｐｌを基準として圧
力ｐ２を測定することができる。

また、第４図（ｂ）は静電容量圧力計の断面図を示す。

これは圧力変化による金属板の変位を静電容量の変化を
用いて計測するものである。円柱空洞４１の一区画が金
属ダイヤフラム４２、池底面が開口４３により被圧力測
定領域４４と接続されている。気体を一定量封じ込んだ
気密室４５には、金属ダイヤフラム４２、と対向させた
電極４６を備える。この電極４６と金属ダイヤフラム４
２との間の静電容量は両金属板間の距離によシ変動する
。第４図（ｂ）の実線は被測定領域４４の圧力がある圧
力ｐ１のときの状態を示す。この被圧力測定領域４４の
圧力をｐｌからＩ）２（＋）２＞１）１）に変動させる
と、実線で示したダイヤフラム４２から破線で示したダ
イヤスラム４２′の位置に変動する。

その結果、ダイヤフラム４２と電極４６との距離が変動
して静電容量が変化する。このようにして静電容量の変
化を測定することによ’）ｓ９１を基準とした圧力ｐ２
を知ることができる。

この他にもいくつかの気体圧力計測の技術かめるが、い
ずれも圧力計測のために、被圧力測定域から気体を圧力
測定領域に導いて圧力計内部にある２〜３−の空洞にた
まっている気体を用いて圧力を測定する構造となってい
る。゛第５図は従来の圧力計をＶ機金属熱分解気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ）に用いた一つの構成図を示す。

石英製成長室２１に配したグラファイト製サセプタ２２
上にＧ　ａ　Ａ　Ｓ基板２３を保持し、ＲＦコイル２４
によシ基板２３を加熱して成長を行なうものである。矢
印Ｐ、　Ｃ，Ｄ、　Ｊはそれぞれｊ＠にトリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）、水素（Ｈ２）、ト’）メチルガリ
ウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）の流れの方向を
示し、また、１１〜１６はストップバルブを、１７はニ
ードルバルブを示す。このバルブ１１゜１２の開閉によ
、９ＴＭＡの流れを矢印ＥあるいはＦの向きに切シ換え
る。矢印Ｂへの流れは、ＴＭＡがバイパスラインに捨て
られる流れであシ、矢印Ｆへの流れはＴＭＡが成長室２
１に導入されて成長に供される流れでるる。また、同様
にＴ　Ｍ　Ｇはバルブ１３．１４によシ、バイパスライ
ンへの流れＨと成長室２１への流れＧとに切り換えられ
る。さらに、ＡｓＨ３はバルブ１５．１６により、バイ
パスラインへの流れＬと成長室２１への流れＫとに切り
換えられる。矢印Ｉは、キャリアガスＨ２と、有機金属
原料ＴＭＡ、ＴＭＧを含む流れで成長室２１に向かうも
ので、矢印Ｍはこの流れにＡ　ｓ　Ｈ３を加え成長室２
１に導入される流れである。また１反応終了−の廃ガメ
は矢印Ｎのように、成長室２１からと９除かれる。圧力
計２５．２６はそれぞれ、ＴＭＡ、ＴＭＧ、Ｈ２の混合
ガスの圧力、成長室２１の圧力を測定するものでアシ、
これらは従来の構造をもつものである。また、ニードル
バルブ１７は、圧力計２５の測定値より有機金属を含む
キャリアガスの圧力を調整するものでする。

このような成長装置を用いてＡλＸ　（）　ａ　１−　
Ｘ　Ａ　ｓ（０＜ｘ＜１）層、ＧａＡｓ層を順に成長し
たベテロ構造を形成する場合の例を説明する。まず、バ
ルブ１１閉、１２開、１３開、１４閉、１５開、１６閉
の状態で成長室２１にＴＭＡ、ＴＭＧ、ＡｓＨ３をキャ
リアガスＨ２とともに導き、ＡλｘＧａｌ　　ＸＡＳの
成長を行なう。このＡｉｘＧａｌ−ｘＡｓ層成長終了後
、バルブ１１を開きバルブ１２を閉じＴＭＡの流ｎを止
め、ＧａＡｓの成長に移る。このとき圧力計２５および
圧力計２６には、ＡλｘＧａＩ　ＸＡ！１成長時に流し
てい、％　Ｔ　Ｍ　Ａが圧力計内部によどんでおり、Ｔ
ＭＡの流れを止めた後も圧力計内部によどんでいたＴＭ
Ａがしばらく矢印１や矢印Ｍの流れに混りこみ反応管２
１に流れこむためＴＭＡの流れの停止が急峻に行なわれ
ない。

このようにして得られたへテロ構造界面の一例は、第６
図の組成分布図のようになる。すなわち、第６図は横軸
に厚さ方向の距離をλ単位で示し、縦軸にエピタキシャ
ル層のｌのモル組成、　Ｇａのモル組成をＡＪＩ　ｘ　
Ｇ　ａ　□−ＸＡ　ｓ層、ＧａＡｓ層に対しそれぞれ示
したものである。図から、遷移領域を行う幅が５００人
から７５０人の約２５０人と大きいことがわかる。

このように厚い遷移領域があることは、通常のへテロ構
造素子をつくる上で、特性上の欠陥をもたらすほか、量
子井戸や超格子構造などの超薄膜構造をつくる上での致
命的欠点となる。また、組成がずれると格子整合のずれ
る材料のへテロ構造では界面の異状の影響は大きい。さ
らに不純物ドーピングの界面でのプロファイル異状に素
子特性に大きな悪影響を及ぼす。また、成長系を大気に
さらし、圧力計２５．２６に大気を導入した場合、圧力
計にたまった大気は中々不活性ガスに置換されず、汚染
源となシ、装置が良質の結晶を得るに適する状態になる
までに長時間を要するという欠点もめる。

（発明の目的）本発明の目的は、このような従来の欠点を除去し、気相
結晶成長装置に適用して高品質の半導体エピタキシャル
層および良質の界面をもつ多層エピタキシャル層を成長
させるよつな場合に適し、センサ部分による成分の混濁
の少い圧力測定器を提供することにある。

（発明の構成）本発明の圧力測定器の構成は、流体の流れる筒状体の内
側面がその流体の圧力に従って凹凸する圧力センサとな
シ、前記筒状体の両底面がそれぞれ前記流体の入口及び
出口となってこれら入口及び出口とその筒状体との間が
流線形に形成され、前記筒状体の内部の圧力を測定する
ことを特徴とする。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の断面図で、円柱筒をの圧力
計を示している。この円柱状の筒の一底面を気体の入口
１、他底面を気体の出口２とする。

この円柱の側面は、２個所の輪状の固定部分９，１０で
固定された金属ダイヤフラム５となっている。

この金属ダイヤフラム５をとシ囲んで気密室８があシ、
その内部に金属ダイヤフラム５と対向して電極６が設け
てあり、圧力センナとなっている。

この金属ダイヤフラム５と金属電極６との間の静電容量
が両者の距離に依存する。圧力測定室７の圧力がｐｌの
とき金属ダイヤフラム５は実線の金属ダイヤフラム５の
状態にあるが、圧力測定室７の圧力が高い圧力ｐ２（ｐ
ｚ＞ｐｘ）となると、破線のような金属ダイヤフラム５
にな９、ダイヤ７２ムと電極６との距離が変って静電容
量の値が変わる。この静電容量の値を測定することによ
シ圧力測定室７の圧力を知ることができる。この実施例
においては、気体の矢印Ａからの入口及び矢印Ｂへの出
口が流れの乱れを生じない流線構造３，４となっている
。このような構造では気体のたまる部分がなく被圧力測
定気体が圧力計の内部によどむことがないので、圧力計
内部の気体の入れ換シがすみやかに出来る。つま）、圧
力計内部にある気体による流れが形成されてその圧力を
測定している状態から、圧力計内部を流れる気体の糧類
が変わったとき、次の気体が最初の気体を押し流す１ζ
めに、気体の入れ換シがすみやかである。

一方、金属ダイヤフラム５と電極６とで構成される圧力
センナは新しい流れの圧力を測定する。

この圧力測定室７は円柱でなく、多角柱であっても、そ
の効果には変シがない。このような構成をとれば、円柱
或いは多角柱の筒の内側面が圧力のセンサとなり、また
両底面がそれぞれ気体の人口及び出口となってこの筒の
内部が圧力測定器となるので、圧力測定室内部によどみ
がなくすみやかに気体全部が入れ換る構造の圧力測定器
が得られる。

第２図は本実施例の圧力計をＭＯＶＰＥに適用した場合
の構成図を示す。この図は、第５図に示した従来の構成
に対して用いている圧力計２５．２６の代シに圧力計１
８．１９を設けたものである。これら圧力計１８．１９
は、それぞれＴＭＡ−ＴＭＧ・Ｈ２の混合ガスの圧力、
成長室２１の圧力を測定するもので、第１図に示した実
施例の構造をもち、被測定気体が圧力計の内部を流れる
ことにより、破測定気体の圧力を測定している。第２図
の成長装置で、第５図と同様に、ＡＡｘＧａｘ−ｘＡａ
　（０（ｘ＜１）層、ＧａＡｓ層を順゛に成長したベテ
ロ構造を形成する場合、パルプを制御して成長室２１内
にＴＭＡの流入を開閉する。この場合、圧力計１８゜１
９は、従来の構造と異なシ、ともに気体のたまりの部分
がないので、ＴＭＡは速やかに流れ去シ、また、このＴ
ＭＡの流れは急峻に停止される。

このため得られたヘテロ構造界面は、第３図の分布図に
示したように急峻なものが得られる。第３図は横軸に厚
さ方向の距＊をに単位で示し、縦軸にエピタキシャル層
のＡｆＬのモル組成、Ｇａのモル組成をＡ　Ａ　ｘ　Ｇ
ａ　１−　ｚＡ　ａ層、ＧａＡｓｊｉｉＶｃ対しそれぞ
れ示している。この図のように、本実施例を用いた場合
、遷移領域の幅が、１０Å以下と小さい構成のものを得
られることがわかる。このためダブルへテロ構造レーザ
や高移′！ｌＪＪ度トランジスタなどへテロ構造素子で
良好な特性のものが得られるようになシ、また、良好な
特性の超薄膜構造が得られるようになる。

また、成長系を大気にさらし、圧力計１８．１９に大気
を導入しても、内部を不活性気体でパージすることによ
り、圧力計にたまった大気を速やかに追い出すことがで
き、成長系の汚染源を除くことができる。

なお、本実施例は気相成長によるＡＪ！ｘＧａ１−ＸＡ
Ｓ系のへテロ接合の形成を説明したが、ＡＪＧａＩｎＰ
系、　ＩｎＧａＡｓＰ系化合物の成長等の半導体の気相
成長に適用できる。また、本実施例は気体によシ説明し
たが、液体などの流体にも適用できることは明らかであ
る。

（発明の効果）本発明を適用することによシ、高品質の半導体エピタキ
シャル層および良質の界面をもつ多層エピタキシャル層
を成長させる気相成長装置などに適し、センナ部に流体
が残存せず混合成分の混濁の少い圧力測定器を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の部分断面図、第２図は第１図
の実施例の使用方法を示す構成図、第３図は本実施例を
用いて形成されたヘテロ構造界面の組成分布図、第４図
（ａ）、　（ｂ）は従来の圧力測定器の二側を示す断面
図、第５図は第４図の従来例の使用時の構成図、第６図
は第５図によって得られたへテロ構造界面の組成分布図
である。図において、１・・・・・・気体入口、２・・・・・・気体出口、３
，４・・・・・・流線構造、　　５．５’　、　　４２
．４２’・・・・・・金属ダイヤフラム、６．４６・・
・・・・電極、７・・・・・・圧力測定室、８．４５・
・・・・・気密室％　９，１０・・・・・・輪状固定部
、１１〜１６・・・・・・パル７’、１７・・・・・・
ニードルパルプ、　　１８．１９゜２５．２６・・・・
・・圧力計、２１・・・・・・成長室、２２・・・・・
・サセプタ、２３・・・・・・基板、２４・・・・・・
ＲＦコイル、３１．３１’・・・・・・渦巻状金属管、
３２，４４・・・・・・圧力測定領域、　　３３．３３
’・・・・・・金属管閉端部、３４・・・・・・金属管
接続端部、３５・・・・・・金属棒、　　３６．３６’
・・・・・・金属板、３７．３７’・・・・・・測定点
、４１・・・・・・円罵ｆ国策Ｚ図 −厚ご方向圧１屹（Ａ）馬３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

　流体の流れる筒状体の内側面がその流体の圧力に従っ
て凹凸する圧力センサとなり、前記筒状体の両底面がそ
れぞれ前記流体の入口および出口となってこれら入口お
よび出口とその筒状体との間が流線形に形成され、前記
筒状体の内部の圧力を測定することを特徴とする圧力測
定器。