JPH0594956A

JPH0594956A - 気相成長装置とそれを用いた気相成長方法

Info

Publication number: JPH0594956A
Application number: JP4076480A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Otsuka; 信之大塚; Yasushi Matsui; 康松井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-04-16
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP2646931B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ダミーラインの数を減少して界面急峻性の良
い薄膜成長が可能で、ブロックバルブのライン数を少な
くすることを実現した気相成長装置を提供する。【構成】ガス供給ラインＡ７０，Ｂ７１，Ｃ７２はそ
れぞれＡｓＨ３プロセスラインＡ６２，Ｂ６５，Ｃ６８
とバランスラインＡ６１，Ｂ６４，Ｃ６７とで構成され
る。バランスラインＡ６１，Ｂ６４，Ｃ６７によってガ
ス供給ラインＡ７０，Ｂ７１，Ｃ７２，ダミーライン６
２の粘度流量積は等しくなる。成膜時において、ＡｓＨ
3（Ａ），ＡｓＨ3（Ｂ），ＡｓＨ3（Ｃ）のガスを使用
しない場合にのみ、ダミーライン６２をメインラインに
接続すればよく、１本のダミーラインでメインライン１
のガスの圧力変動を生じない気相結晶成長装置の構成を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のプロセスガスライ
ンに対して１本のダミーラインで対応するために、異な
る組成の材料を積層する場合に開閉するバルブ数を半減
し、バルブの切り替えに伴うメインラインの圧力変動を
抑制することで界面急峻性に優れた超薄膜の形成を可能
としたと共に、高価なブロックバルブの数を著しく減少
させたことで安価で機器構成がシンプルでありながら、
極めて安定した結晶性を有し界面急峻性に優れた超薄膜
の形成を実現した気相成長装置およびそれを用いた気相
成長方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の結晶成長装置の構成を図５に示す
(末松他、シ゛ャーナルオフ゛クリスタルク゛ロース J.Cryst. Growth,9
3,353(1988))。１は原料ガスを結晶成長室に供給するメ
インライン、２は結晶成長に必要ないガスを排出するた
めのベントライン、４，６，８，１０，１２，１４はガ
スのメインライン１への流れを制御するエアバルブ、
５，７，９，１１，１３，１５はガスのベントライン２
への流れを制御するエアバルブ、２０，２２，２３，２
５，２６，２８はガス流量を１００，１００，１８０，
１８０，９０，９０ｃｃｍに制御するマスフローコント
ローラ、６２はＡのガスを供給するプロセスガスライン
であるガスラインＡ、６０は、ガスラインＡと流量の等
しい水素を供給するダミーラインＡ、６５はＢのガスを
供給するプロセスガスラインであるガスラインＢ、６３
はガスラインＢと流量の等しい水素を供給するダミーラ
インＢ、６８はＣのガスを供給するプロセスガスライン
であるガスラインＣ、６６はガスラインＣと流量の等し
い水素を供給するダミーラインＣである。

【０００３】図５に示すようにガスラインＡ,Ｂ,Ｃ、ダ
ミーラインＡ,Ｂ,Ｃはそれぞれバルブ４〜１５を介して
メインライン１とベントライン２の両方につながってい
る。

【０００４】以上のように構成された従来の気相結晶成
長装置においてその動作を説明する。結晶成長にＡのガ
スを必要としない場合にはガスラインＡのバルブ６は閉
でありバルブ７は開の状態にある。その結果ガスＡはベ
ントラインに供給され結晶成長に寄与しないこととな
る。一方、ガスラインＡと等しい流量に調整されたダミ
ーラインＡのバルブ４は開でありバルブ５は閉である。
その結果ガスＡと等しい流量の水素ガスがメインライン
に供給されることとなる。今、ガスＡをメインラインに
供給する場合には、ガスラインＡをメインラインに、ガ
スラインＢをベントラインに接続すればよい。従って、
同時にバルブ４、７を閉にし５、６を開にすればよいこ
とになる。

【０００５】その結果、メインラインとベントラインに
供給されるガスの流量に変化が無いためメインラインに
供給されるガスのトータルガス流量は一定となり、流量
変動により誘起されるメインラインのガスの圧力の変動
が抑制される。メインラインのガスの圧力が安定してい
るということは、供給するガスの流量が極めて小さい場
合に非常に重要となる。

【０００６】ダミーラインの無いガス供給系において、
流量の大きいガスラインをメインラインに接続した場合
メインラインのガス流量が増大することにより、メイン
ラインのガスの圧力が増大する。その結果、流量の小さ
いガスラインにおいては、ガスがメインラインからプロ
セスガスラインへ逆流する。特に、極めて薄い結晶例え
ば量子井戸構造を作製しようとした場合、数秒おきにガ
ス流の切り替えをする必要があるが、この場合にガスの
逆流が生ずるとバルブの切り替えのタイミングと実際に
供給されるガスの流れとではタイミングがずれてしま
い、結晶界面でそれぞれの結晶組成の変動を生じてしま
う。（以降はこの状態をさして、ガスの切れが悪いため
に結晶の界面急峻性が悪いと表現する。）以上に示した
ように界面急峻性に優れた結晶薄膜を得るためにはプロ
セスガスラインと等しい流量の水素のダミーラインが必
要とされてきた。

【０００７】一方上記のガスの逆流はプロセスガスの流
量が小さいことに問題があり、ガスの流量を一定以上に
保つため、図６に示した様に流量の小さいプロセスガス
ラインに対して、水素の希釈ラインを接続する方法が採
られてきた。

【０００８】１は原料ガスを結晶成長室に供給するメイ
ンライン、２は結晶成長に必要ないガスを排出するため
のベントライン、６，１０，１４はガスのメインライン
１への流れを制御するエアバルブ、７，１１，１５はガ
スのベントライン２への流れを制御するエアバルブ、３
は６，７，１０，１１，１４，１５のエアバルブを一つ
のブロック状の台座に近接して組み込んだブロックバル
ブ、２１，２２，２５，２８はそれぞれ流量を２００，
１，１００，２００に制御するマスフローコントロー
ラ、６２はＡのガスを供給するガスラインＡ、６１はガ
スラインＡを希釈するための水素を供給する希釈ライン
Ａ、６５はＢのガスを供給するガスラインＢ、６８はＣ
のガスを供給するガスラインＣである。

【０００９】以上のように構成された従来の気相結晶成
長装置装置においてその動作を説明する。結晶成長にＡ
のガスを必要としない場合にはガスラインＡ６２のバル
ブ６は閉でありバルブ７は開の状態にある。その結果ガ
スＡはベントラインに供給され結晶成長に寄与しないこ
ととなる。メインライン１へ大流量の例えば成分ガスと
してアルシンが供給された場合、ガスの切り替えにとも
なうメインラインのガス圧力の上昇による影響をガスの
流量が著しく小さいガスラインＡは直接的に受けてメイ
ンライン１中を流れているガスがガスラインＡ６２内に
逆流する。このメインラインからのガスの逆流を防ぐた
めにガスラインＡ６２の流量を増加する必要がある。そ
のためにガスラインＡに対して水素を供給しガスＡを希
釈してガス流量を増加させて、圧力上昇にともなうガス
の逆流を防止することができる。結晶成長にガスＡを必
要とする場合には、ガスラインＡをメインラインに接続
すればよい。従って、同時にバルブ７を閉にし６を開に
すればよいことになる。

【００１０】バルブの切り替えによりメインラインの圧
力変動は若干生ずるが、メインラインのガスがガスライ
ンＡへ逆流することはない。希釈ガスラインを必要とす
るガスラインは流量が少ないためにダミーラインは設置
されない。

【００１１】ところで、ブロックバルブとは複数のバル
ブをメインラインにできるだけ近づけてコンパクトに集
積化し、ブロックバルブ内のメインラインの容積をきわ
めて小さくしておりガスの滞留によるガスの緩やかな組
成変化を抑制するものである。界面急峻性を得るにはガ
スの組成が急激に変化する必要があるが、そのためには
メインラインの容積をできるだけ小さくしガスの滞留を
防止する必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５よう
な構成では、各プロセスラインに対してそれぞれダミー
ラインが必要となるためブロックバルブに供給するライ
ン数としてはプロセスガスラインの２倍のラインが必要
となる。つまり、ガスラインＡからガスラインＢへ切り
替える場合、バルブ４〜１１の合計８個のバルブを切り
替える必要がありバルブ制御性の僅かのずれからメイン
ラインの圧力変動を生じてしまう。

【００１３】さらにブロックバルブは１ライン当りの単
価が高価であるためにできるだけブロックバルブのライ
ン数を減らす必要もあった。

【００１４】一方図６のような構成ではブロックバルブ
のライン数は少ないが、メインラインに圧力変動を生じ
てしまい、精度のよい超薄膜の作製は不可能である。安
定した結晶の膜厚制御性を得ようとした場合には流量調
整用の希釈ラインに加えてそれぞれのプロセスラインに
対してメインガス圧力を安定化するダミーラインが必要
となり、図５と同様な構成となり、結局ブロックバルブ
のライン数を減少させることはできないという問題点を
有していた。

【００１５】本発明はかかる点に鑑み、プロセスガスラ
インと各プロセスガスラインに対して供給ガスの粘度流
量積を一定とするために必要なガスを不活性ガス例えば
水素として供給するバランスラインより構成されるガス
供給ラインを用いることで、同時に成長室にガスを供給
しない複数のガス供給ラインの粘度流量積を一定とす
る。このガス供給グループに対しては、ダミーラインは
１本でよい。従って、ダミーラインは（グループ内のガ
ス供給ラインの数−１）本設置する必要がなくなり、ブ
ロックバルブの数も（グループ内のガス供給ラインの数
−１）個減少する。その結果として、極めて安定した結
晶性を有し、界面急峻性に優れた超薄膜を形成を可能と
したばかりでなく、高価なブロックバルブの必要ライン
数を約半分に減少する事で安価でありバルブ構成がシン
プルなガス供給ラインにより構成される気相成長装置を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、プロセスガスを供給するプロセスガスライン
と、前記プロセスガスラインに流量調節ガスを供給する
バランスラインと、前記プロセスガスラインと前記バラ
ンスラインとからなるガス供給ラインと、流量調節ガス
を供給するダミーラインとを含むガス供給グループで構
成され、前記ガス供給グループ内の前記ガス供給ライン
は互いに同時にメインラインへプロセスガスを供給しな
い気相成長装置とする。

【００１７】ダミーラインとガス供給ラインの、粘度流
量積が等しくなるようにバランスラインの流量を調節す
る工程と、成長に必要な前記ガス供給ラインのプロセス
ガスをメインラインへ供給する工程と、全ての前記ガス
供給ラインのプロセスガスを前記メインラインに供給し
ていないときにのみ前記ダミーラインより前記メインラ
インにガスを供給する工程とを有する気相成長方法とす
るものである。

【００１８】

【作用】本発明は上記構成により、各ガス供給ラインの
粘度流量積を一定にするためにそれぞれのガスラインに
対してガスの粘度流量積が一定の値を取るようなバラン
スラインを設けている。配管内で発生する圧力はΔＰ＝
３２・μ・Ｌ・ｕ／（ｇ・ｄ・ｄ）であらわされる。こ
こでｄは管またはニードルバルブの内径、ｇは重力加速
度、Ｌは長さ、μは流体の粘度、ｕは流体の平均速度で
ある。粘度の異なる流体で同じ圧力差ΔＰを発生させる
場合μ・ｕを等しくする必要がある。但し、流量がレイ
ノルズ数Ｒｅ＝ｄ・ｕ・ρ／μを越える場合には圧力差
ΔＰ＝ｆ・Ｌ・ρ・ｕ・ｕ／（２・ｇ・ｍ）となり、流
量の二乗と比重の積であらわされるが便宜上ｆ・ρ・ｕ
・ｕも粘度流量積として示した。ここで、ｆは摩擦係数
（Friction factor）、ｍは動水半径（Hydraulic mea
n depth）、ρは流体の密度である。バランスラインに
より供給するガスは不活性ガスであれば問題なく、例え
ば水素や窒素等が適当である。このバランスラインによ
りブロックバルブに流入する各ガス供給ラインの粘度流
量積は一定となる。ガス供給グループとしては同時にメ
インラインにガスを流入することの無いガスラインであ
る同じ成分のガスラインが一例としてあげられる。例え
ば、図３に示したようにＩｎＧａＡｓＰ（λ_g＝1.3μ
ｍ）とＩｎＧａＡｓの量子井戸構造およびＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λ_g＝1.0μｍ）の導波路層を作製する場合のＴＥＧ
ガス供給ラインのグループであるＴＥＧグループ５０に
ついて図２に示す。ＴＥＧの流量としてはＴＥＧガス供
給ラインＡ８１，Ｂ８４，Ｃ８６それぞれ１００ｃｃｍ
と１６０ｃｃｍと３０ｃｃｍが必要であり、この２種類
の流量のガスはそれぞれ異なったＴＥＧバブラーからそ
れぞれ１００ｃｃｍと１６０ｃｃｍと３０ｃｃｍに流量
設定された個別のマスフローコントローラを通して供給
される。量子井戸層それぞれの層に対して一つのプロセ
スガスラインのマスフローコントローラで流量をかえな
がら成長した場合にはそれぞれの層の成長時間が１０秒
程度なのに対して、マスフローコントローラの流量が１
秒程度の調整期間を経て安定することより良好な界面急
峻性得られない。ここで、ガスの供給量をそれぞれ１０
０ｃｃｍ，１６０ｃｃｍ，３０ｃｃｍに固定して供給し
た場合にはそれぞれの流量に対応して１００ｃｃｍ，１
６０ｃｃｍ，３０ｃｃｍのダミーラインがそれぞれ必要
となってくる。しかしながら、ＴＥＧガスラインに対し
てそれぞれ１００ｃｃｍ，４０ｃｃｍ，１７０ｃｃｍの
バランスラインＡ８０，Ｂ８３，Ｃ８５を設けて、ガス
ラインにそれぞれの流量の水素ガスを混合することで、
ＴＥＧガスラインの流量とバランスラインの流量の和で
あるガス供給ラインＡ８７，Ｂ８８，Ｃ８９の流量とし
てそれぞれ２００ｃｃの混合ガスを供給することにな
る。この場合、２つの濃度のＴＥＧガスは同時に供給す
ることはないため、成長室にＴＥＧガスを供給しないと
きにのみダミーライン８３から２００ｃｃの水素を供給
すれば良い。導波路層と量子井戸構造を作製する場合に
はそれぞれの濃度のＴＥＧガスを切り替えて使用するた
め、ダミーラインは成長室に接続する必要はない。この
ように、従来であればＴＥＧガスライン３系統に対して
ダミーラインが３系統必要となるため、計６系統１２バ
ルブのバルブブロックが必要となっていた。しかしなが
ら、それぞれ同時に使用しないガスの流量をバランスラ
インで等しくすることによりダミーラインは１系統でよ
く、４系統８バルブのブロックバルブとなりバルブ数は
２／３に低減される。特に、ダミーラインが１系統とな
るためガスライン間でバルブを切り替える場合にはそれ
ぞれのプロセスガスラインに対応するダミーラインのバ
ルブを切り替える必要がなくなる。従って異なる結晶を
成長する場合に、結晶界面において切り替えるバルブ数
が半減し、メインラインの圧力変動が抑制される。

【００１９】この装置を用いた場合、ドーパントのライ
ンにてブロックバルブ数の低減効果が大きい。図１に示
したように、ＩｎＰ系結晶成長を行う場合、ドーパント
としてはＤＭＺｎ，ＤＥＺｎ，Ｈ₂Ｓｅ，Ｈ₂Ｓ、ＳｉＨ
₄，ＣｐＭｇ，などが用いられる。これらのドーパント
に対してそれぞれにダミーラインを設定した場合には、
６系統のダミーラインが必要となり、１２系統のバルブ
ブロックが必要となる。しかしながら、それぞれのドー
パントに対してガス供給ラインの流量が等しくなるよう
にバランスラインにより水素ガスを供給した場合１系統
のダミーラインで充分となり、７系統のバルブブロック
構成でき、５系統のバルブブロックを他のガスの供給用
として使用することが可能となる。バルブブロックの１
ライン当りの価格は、１個のマスフローコントローラの
価格の３倍程度であるため、追加のマスフローコントロ
ーラを含めたバルブブロック系の価格は従来の７０％程
度となる。以上、成長室へのガスの切り替えバルブとし
てバルブブロックとしたがバルブの価格がマスフローコ
ントローラの価格に対して高価である場合にも同様に有
効である。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の実施例における気相結晶成長
装置の構成図を示すものである。

【００２１】図１において、１は原料ガスを結晶成長室
に供給するメインライン、２は結晶成長に必要ないガス
を排出するためのベントライン、４はガスのメインライ
ン１への流れを制御するエアバルブ、５はガスのベント
ライン２への流れを制御するエアバルブ、３は４，５の
エアバルブを一つのブロック状の台座に近接して組み込
んだブロックバルブ、１０はガス流量を制御するマスフ
ローコントローラ、５０はＴＥＧａグループ、５１はＡ
ｓＨ₃グループ、５２はＴＭＩグループ、５３はＰＨ₃グ
ループ、５４はドーパントグループである。

【００２２】図３に示したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
ＰＭＱＷレーザ構造を結晶成長するにはＡｓＨ₃グル
ープ、ＰＨ₃グループ、ＴＥＧａ（トリメチルガリウ
ム）グループ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）グルー
プ、ドーパントグループをそれぞれブロックバルブに接
続した結晶成長装置が必要となる。すなわち、結晶成長
中に同種のガスを同時にメインラインに供給しないガス
として、濃度が同じであっても流量が異なるＡｓＨ₃グ
ループ，ＰＨ₃グループ，ＴＥＧａグループ，ＴＭＩグ
ループがあり、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントを併せ
てドーピングする事がないために各種ドーパントグルー
プ等があげられる。このＴＥＧａなどのプロセスガスは
バランスラインにてグループ内の他の供給ガスと流量が
同じになるように混合・調節される。その結果、異なる
結晶を連続して成長するときにはそれぞれの結晶に必要
な濃度のガス供給ライン同士でバルブを切り替えてガス
を供給すればよいことになる。この場合、いずれのガス
供給ラインの場合でも粘度流量積が等しくなっているの
で流量調節用のダミーラインのバルブを切り替える必要
はなく、その成分のガスを利用しない結晶を結晶を成長
する場合にのみダミーラインをメインラインに接続すれ
ばメインラインの圧力は変動しない。

【００２３】ガス供給グループのうち粘性が大きいため
に圧力変動を生じやすく、従来の方法では良好な界面が
得られない原因となったＡｓＨ₃ガスを供給するＡｓＨ₃
ガス供給ライングループ５１を代表として説明する。

【００２４】ＡｓＨ₃グループ５１はバランスラインＡ
６１、ＡｓＨ₃（Ａ）プロセスライン６２（以下プロセ
スラインをＰＬと略す）、ダミーライン６０、バランス
ラインＢ６４、ＡｓＨ₃（Ｂ）ＰＬ６５、バランスライ
ンＣ６７、ＡｓＨ₃（Ｃ）ＰＬ６８からなっている。ま
たバランスラインＡ６１とＡｓＨ₃（Ａ）ＰＬ６２がつ
ながってガス供給ラインＡ７０を、バランスラインＢ６
４とＡｓＨ₃（Ｂ）ＰＬ６５がつながってガス供給ライ
ンＢ７１、バランスラインＣ６７とＡｓＨ₃（Ｃ）ＰＬ
６８がつながってガス供給ラインＣ７２を構成してい
る。

【００２５】マスフローコントローラの流量は２０が３
００ｃｃｍ，２１が１８１ｃｃｍ，２２が７７ｃｃｍ，
２４が１５ｃｃｍ，２５が２００ｃｃｍ，２７が２６０
ｃｃｃｍ，２８が２０ｃｃｍとなっている。

【００２６】以下、ＡｓＨ₃グループ５１のガスの流れ
についての動作を説明する。ＡｓＨ₃（Ａ）ＰＬ６２に
２０％−ＡｓＨ３ガス７７ｃｃｍを流し、バランスライ
ンＡ６１には水素ガスを１８１ｃｃｍ流す。これらのガ
スはガス供給ラインＡ７０で混合される。同様にＡｓＨ
₃（Ｂ）ＰＬ６５には２０％−ＡｓＨ₃ガス２００ｓｃｃ
ｍ、バランスラインＢ６４には水素ガスを１５ｃｃｍ流
す。これらのガスはガス供給ラインＢ７１で混合され
る。ＡｓＨ₃（Ｃ）ＰＬ６８には１０％−ＡｓＨ₃ガス２
０ｓｃｃｍ、バランスラインＣ６７には水素ガスを２６
０ｃｃｍ流す。これらのガスはガス供給ラインＣ７２で
混合される。バランスラインＡ６１，Ｂ６４，Ｃ６７の
流量はガス供給ラインＡ７０，Ｂ７１，Ｃ７２とダミー
ライン６０の粘度流量積が等しくなるようにそれぞれ設
定されている。

【００２７】ここで３種類にＡｓＨ₃ （Ａ）６２，Ａｓ
Ｈ３（Ｂ）６５，ＡｓＨ３（Ｂ）６８の流量が異なる理
由を以下に示す。異なる組成の結晶を連続して成長する
場合に、成長する結晶の組成に合わせて１つのプロセス
ラインだけでマスフローの流量を変化させた場合には、
マスフローコントローラの流量が安定するまでに時間が
かかり良好な界面急峻性は得られない。そこで、それぞ
れの結晶に必要なＡｓＨ₃ の流量をあらかじめ独立した
ラインとして設定しておきそれぞれの組成の結晶に対し
てラインを切り替えることで界面急峻性に優れた結晶を
得る必要がある。

【００２８】図３に示すレーザ構造を得るためのバルブ
制御方法を表１を用いて述べる。井戸層４３とバリア層
４２よりなる量子井戸構造を得るにはＴＥＧａとＡｓＨ
₃の流量をそれぞれの結晶に対応して変化させる必要が
あるが、ここでは特に、ＡｓＨ₃のバルブ制御方法につ
いて示す。

【００２９】図３にはＩｎＰ単結晶基板４０上にｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λ＝１．０μｍ）導波路層４１、ＩｎＧ
ａＡｓＰ（λ＝１．３μｍ）をバリア層４２としＩｎＧ
ａＡｓを井戸層４３とした量子井戸構造、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層４４を含むレーザ構造を示している。

【００３０】このレーザ構造になるように結晶成長させ
るに際して、ＡｓＨ₃ガスの制御について詳しく説明す
る。ＡｓＨ3ガスは、導波路層４１,バリア層４２,井戸
層４３のそれぞれを成長させる時には異なった組成のガ
スが必要となる。ＩｎＧａＡｓＰ（λ_g＝１．３μｍ）
バリア層４２と、ＩｎＧａＡｓ井戸層４３よりなる量子
井戸構造を作製する場合のＡｓＨ₃ガスの制御として
は、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４１成長時にはプロセスガ
スＣとして１０％ＡｓＨ３を２０ｃｃｍ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層４２成長にはプロセスガスＡとして２０％ー
ＡｓＨ₃ガスを７７ｃｃｍ、ＩｎＧａＡｓ井戸層４３成
長時にはプロセスガスＢとして２０％ーＡｓＨ₃ガスを２
００ｃｃｍ供給する必要がある。各膜厚をそれぞれ１５
０ｎｍ，１０ｎｍ，６ｎｍと設定した場合ガスの供給時
間はそれぞれ８分３４秒，２０秒，８秒であり１つのプ
ロセスラインだけでマスフローコントローラを用いて流
量を変化させた場合には流量が安定するまで２秒程度の
時間を要する。この時間は５原子層の堆積時間に匹敵す
るため界面の急峻性が悪化する。したがって、ＡｓＨ ₃
に対して３系統のガス流量をもつプロセスガスＡ，Ｂ，
Ｃを設定しておく必要がある。すなわち、ガスＡとして
７７ｃｃｍの２０％ーＡｓＨ₃，ガスＢとして２００ｃｃ
ｍの２０％ーＡｓＨ₃，ガスＣとして２０ｃｃｍの１０％
ーＡｓＨ₃がそれぞれ対応する。

【００３１】各ガス供給ラインＡ７０，Ｂ７１，Ｃ７２
の流量を一定とするためのバランスラインの水素の流量
は、それぞれ１８１ｃｃｍ，１５ｃｃｍ，２６０ｃｃｍ
である。混合ガスの全流量は２５８ｃｃｍ，２１５ｃｃ
ｍ，２８０ｃｃｍとなる。このときのダミーラインの水
素ガス流量は３００ｓｃｃｍである。混合ガスの流量が
ダミーラインのガスの流量と異なるのは、ＡｓＨ₃ガス
が粘性が帯びているためで、このガスの粘性の影響はＰ
Ｈ₃やＡｓＨ₃の様に高い濃度で１００ｃｃｍ以上の流量
を流す場合に特に問題となり、例えば、ダミーライン３
００ｃｃｍに対して、１００％ＰＨ₃は１７９ｃｃｍ程
度となる。

【００３２】表１にバルブの開閉を示す。導波路層を成
長するのに先立つ基板温度上昇時にはＰＨ₃のみ供給
し、ＡｓＨ₃ガスは必要ないためメインラインにはダミ
ーライン６０の水素を供給しておき、ガス供給ラインＡ
７０，Ｂ７１，Ｃ７２はベントラインに接続しておく。
バルブは４，７，１１，１５が開で５，６，１０，１４
が閉である。昇温後導波路層４１を成長するが、この場
合はダミーラインをベントラインに接続すると同時にラ
インＣをメインラインに接続する必要がある。すなわ
ち、バルブは同時に４，１５を閉にし、５，１４を開に
する。次に、バリア層４２を成長する。ガス供給ライン
Ｃをベントラインに接続すると同時にガス供給ラインＡ
をメインラインに接続する必要がある。すなわち、バル
ブは同時に７，１４を閉にし、６，１５を開にする。次
に井戸層４３を成長する。ガス供給ラインＡ７０をベン
トラインに接続し、ガス供給ラインＢ７１をメインライ
ンに接続する。バルブは同時に６，１１を閉にし、７，
１０を開にする。以降、量子井戸構造の成長が終了する
までラインＡとラインＢの切り替えを１０数回繰り返す
ことになる。以上の操作において、メインラインとベン
トラインに供給されるガスの粘度流量積に変化が無いた
め、バルブ切り替えによるメインラインのガスの圧力の
変動はほとんど生じないことになる。

【００３３】図１のドーパントグループ５４において、
バランスライン９３による水素の供給は、例えばドーピ
ングガスであるＨ₂Ｓｅ９４ように供給するガスの流量
が１５ｓｃｃｍと極めて小さい場合に希釈ラインと同様
の効果を示す。ドーピングガスの場合、ガス供給ライン
Ａ９１としては２００ｐｐｍのＤＭＺｎが１３４ｓｃｃ
ｍの流量で供給されており、バランスライン９０は水素
が６４ｓｃｃｍの流量で供給されているとする。ダミー
ライン９２は１００％水素を２００ｓｃｃｍ供給してい
る。ＤＭＺｎとバランス用水素の合計の流量が１９８ｃ
ｃｍとなるが、これはＤＭＺｎガスに粘性があるために
メインラインの中を流れる時に流れに抵抗を生じ圧力を
招くためその分の流量を前もって減少させてある。ガス
供給ラインＢ９４としては１００ｐｐｍのＨ₂Ｓｅが１
５ｓｃｃｍの流量で供給されており、バランスライン９
３は水素が１８５ｓｃｃｍの流量で供給している。Ｈ₂
Ｓｅを添加したｎ−ＩｎＰ結晶を成長した後さらにＨ₂
Ｓｅを添加したｎ−ＩｎＧａＡｓＰを成長する場合、Ｐ
Ｈ₃のガス流量は３００ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍへ
と大きく変化する。その場合、ガスの切り替え時間であ
る0.05-0.07秒間はメインラインのガス流量が微妙に変
動する。その結果、流量の小さいＨ₂Ｓｅラインだけの
場合は、ガスがメインラインから逆流する可能性があ
る。他のドーピングガスと同様にバランスラインを１８
５ｓｃｃｍとすることでメインラインに供給されるガス
の流量は２００ｓｃｃｍとなり逆流は生じない。

【００３４】表２に図５に示した従来例のバルブ開閉シ
ーケンスを示す。特に急峻性が重要となるバリア層４２
と井戸層４３の１０回程度に及ぶ繰り返し成長時に於
て、本発明によりバルブ操作は１／２回に簡略化された
ことがわかる。

【００３５】以上の説明において、メインライン１およ
びベントライン２は２００Ｔｏｒｒの減圧状態になって
おり、成長室は７０Ｔｏｒｒの減圧状態となっていると
した。その結果、メインラインおよびベントラインの圧
力変動は１０ｔｏｒｒから２ｔｏｒｒ以下へ減少し、結
晶の界面急峻性は１．５ｎｍから０．５ｎｍ以下へ低減
した。

【００３６】以上のようにこの実施例によれば、同時に
使用することの無い各プロセスガスラインそれぞれに各
供給ガスラインの粘度流量積を等しくするバランスライ
ンを設けることにより、プロセスガスそれぞれに必要で
あったダミーラインを１本とするとともに、同時に切り
替えるバルブ数を半減し結晶性及び界面急峻性を向上さ
せることができる。

【００３７】なお、この実施例においてＡｓＨ₃ガスラ
インとしたが同時に流さないプロセスガスグループであ
ればどの様なガスであってもよい。また、成長する結晶
はＩｎＰ系としたがとしたＧａＡｓ系、他の化合物半導
体、酸化物系、絶縁膜系など他の気相成長としてもよ
い。また、バランスラインおよびダミーラインとして水
素を供給するとしたがその他の不活性ガスでもよい。ま
た、成長室へのガスの切り替えバルブとしてブロックバ
ルブとしたが通常のバルブであっても他の構造のバルブ
であってもよい。プロセスガスとして有機金属ガスを用
いたが、ハイドライド、シランなどの半導体および超伝
導材料用プロセスガスであってもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
薄膜形成時にバルブの切り替え回数を半減することで界
面急峻性に優れた超薄膜の形成を可能としただけでな
く、高価なブロックバルブの必要ライン数を著しく減少
させたことで安価であり機器構成がシンプルでありなが
ら極めて安定した結晶を作製しうる気相成長装置を提供
することができ、その実用的効果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における気相結晶成長装置の構
成図

【図２】本発明の実施例における気相結晶成長装置のＴ
ＥＧａグループの構成図

【図３】本発明の実施例におけるレーザ構造図

【図４】本発明の実施例における気相結晶成長装置のＡ
ｓＨ₃グループの構成図

【図５】従来の気相結晶成長装置の構成図

【図６】従来の気相結晶成長装置の構成図

【図７】本発明の気相成長装置を用いたバルブ制御方法
を示す図

【図８】従来のバルブ制御方法を示す図

【符号の説明】

１メインライン２ベントライン３ブロックバルブ６０ダミーライン６１バランスラインＡ６２ガスラインＡ６４バランスラインＢ６５ガスラインＢ６７バランスラインＣ６８ガスラインＣ５１ＡｓＨ3グループ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プロセスガスを供給するプロセスガスライ
ンと、前記プロセスガスラインに流量調節ガスを供給す
るバランスラインと、前記プロセスガスラインと前記バ
ランスラインとからなるガス供給ラインと、流量調節ガ
スを供給するダミーラインとを含むガス供給グループで
構成され、前記ガス供給グループ内の前記ガス供給ライ
ンは互いに同時にメインラインへプロセスガスを供給し
ないことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】バランスラインにより、ダミーラインと等
しい粘度流量積に調節されたガス供給ラインで構成され
たことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】ダミーラインとガス供給ラインの、粘度流
量積が等しくなるようにバランスラインの流量を調節す
る工程と、成長に必要な前記ガス供給ラインのプロセス
ガスをメインラインへ供給する工程と、全ての前記ガス
供給ラインのプロセスガスを前記メインラインに供給し
ていないときにのみ前記ダミーラインより前記メインラ
インにガスを供給する工程とを有することを特徴とする
の気相成長方法。