JP2000150504A - Method and device for forming thin film - Google Patents

Method and device for forming thin film

Info

Publication number
JP2000150504A
JP2000150504A JP10327720A JP32772098A JP2000150504A JP 2000150504 A JP2000150504 A JP 2000150504A JP 10327720 A JP10327720 A JP 10327720A JP 32772098 A JP32772098 A JP 32772098A JP 2000150504 A JP2000150504 A JP 2000150504A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
substrate
solid
plasma
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10327720A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Goshima
滋雄 五島
Takeshi Kikawa
健 紀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10327720A priority Critical patent/JP2000150504A/en
Publication of JP2000150504A publication Critical patent/JP2000150504A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To successively laminate thin films of low substrate temperature, high throughput, and excellent in constant film-thickness by evaporating a solid material by laser ablation method, plasma-exciting a gas material, supplying the material to a substrate surface, and depositing a thin film on the substrate surface. SOLUTION: A GaAs substrate 2 is attached to a susceptor 1 set in a chamber. The substrate 2 is heated and a valve 4 is opened for introducing an oxygen gas. The introduced oxygen gas causes helicon plasma 8 for ionization at a helicon antenna 5 by an electric power applied from an RF power source 6 and the magnetic field generated from a magnetic coil 7. An ArF excimer laser is projected to an Si target 10 through a synthetic quartz optical window 9. Then, Si evaporates from the Si target 10 to generate a plume 11. The plume 11 together with the helicon plasma 8 comes to be a plasma flow 12, which is supplied to the surface of substrate 2 for an SiO2 film to be deposited.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザアブレーシ
ョン法およびプラズマ励起法を用いた薄膜の堆積法に係
り、特に低基板温度で高スループットおよび膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法および形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for depositing a thin film using a laser ablation method and a plasma excitation method, and more particularly to a method and apparatus for forming a thin film having a high throughput and a uniform film thickness at a low substrate temperature. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザや電界効果トランジスタ等
の半導体装置の製造工程において、誘電体薄膜(窒化硅
素,二酸化硅素等)の形成工程に関しては、従来主に気
相化学堆積法(CVD)或いは反応性スパッタリング法
が用いられていた。CVD法においては、原料として供
給される気体分子は熱或いはプラズマによって分解或い
は励起され薄膜堆積に供されていた。熱分解によって誘
電体薄膜を形成する場合、基板温度は400℃以上で成
膜している。プラズマ励起による方法では、基板温度は
250℃以上で成膜している。
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor laser or a field effect transistor, a process of forming a dielectric thin film (silicon nitride, silicon dioxide, etc.) has conventionally been mainly performed by a chemical vapor deposition (CVD) method or a reaction method. The reactive sputtering method has been used. In the CVD method, gas molecules supplied as a raw material are decomposed or excited by heat or plasma and used for thin film deposition. When a dielectric thin film is formed by thermal decomposition, the film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. or higher. In the method using plasma excitation, the film is formed at a substrate temperature of 250 ° C. or higher.

【0003】また、反応性スパッタリング法では、室温
付近で良質な膜が形成できるものの、異種の薄膜を積層
する場合、異種の固体ターゲットを具備した複数のチャ
ンバ間を試料を移送していた。
In the reactive sputtering method, a high-quality film can be formed at around room temperature. However, when different kinds of thin films are stacked, a sample is transferred between a plurality of chambers having different kinds of solid targets.

【0004】最近、上記CVD或いは反応性スパッタリ
ング法に替わる方法として、プラズマ蒸着装置が提案さ
れた((株)エンヤシステムの製品カタログ参照)。こ
の方式では、固体原料を電子線によって蒸発させるた
め、異種のターゲットを1つのチャンバ内にコンパクト
に収納することができる。これにより、1つのチャンバ
内で、例えば、酸化硅素膜と酸化アルミニウム膜を連続
的に成膜することが可能である。
Recently, as an alternative to the CVD or reactive sputtering method, a plasma deposition apparatus has been proposed (see the product catalog of Enya System Co., Ltd.). In this method, since the solid raw material is evaporated by the electron beam, different kinds of targets can be stored compactly in one chamber. Thus, for example, a silicon oxide film and an aluminum oxide film can be continuously formed in one chamber.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術の内、熱
分解によるCVD法では、400℃以上の高基板温度を
要するため、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電
体薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的
反応により、電気的特性が著しく劣化する。また、プラ
ズマ励起CVD法の場合、熱分解によるCVD法に比し
て低温で形成可能であるが、基板温度の低下に伴い、膜
質も低下する。また、プラズマ中のイオンが半導体表面
に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく素
子の特性が劣化する。反応性スパッタリング法では、室
温で成膜できるが、異種の薄膜を積層する場合、異種の
固体ターゲットを具備した複数のチャンバ間を試料を移
送するため、スループットが極めて悪い。
Among the above-mentioned prior arts, the CVD method using thermal decomposition requires a high substrate temperature of 400 ° C. or more. Therefore, when a dielectric thin film is formed after an electrode metal forming step of a semiconductor device. In addition, electrical characteristics are significantly deteriorated due to a thermal reaction between the electrode metal and the semiconductor substrate. In the case of the plasma-excited CVD method, it can be formed at a lower temperature than the CVD method by thermal decomposition, but the film quality also decreases as the substrate temperature decreases. In addition, when the semiconductor surface is irradiated with ions in the plasma, defects are likely to occur in the surface layer, and the characteristics of the element are degraded. In the reactive sputtering method, a film can be formed at room temperature. However, when laminating different kinds of thin films, a sample is transferred between a plurality of chambers provided with different kinds of solid targets, so that the throughput is extremely poor.

【0006】プラズマ蒸着法は、異種のターゲットを1
つのチャンバ内にコンパクトに収納できるため、反応性
スパッタリング法に比して高スループットで積層膜の形
成が可能であるが、電子線を用いるため構造が複雑とな
り、ターゲットを交換した場合の安定性に問題がある。
[0006] In the plasma deposition method, different types of targets are used.
Since it can be housed compactly in one chamber, it is possible to form a stacked film with higher throughput than the reactive sputtering method, but the structure becomes complicated due to the use of electron beams, and the stability when the target is replaced is reduced. There's a problem.

【0007】本発明の目的は、イオン衝撃が小さく、か
つ低温形成が可能であり、かつ、半導体装置の表面保護
工程において要請される連続積層膜形成において、スル
ープットの高い、薄膜の形成方法および薄膜形成装置を
実現することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film forming method and a thin film which have a low ion bombardment, can be formed at a low temperature, and have a high throughput in forming a continuous laminated film required in a surface protection step of a semiconductor device. An object of the present invention is to realize a forming apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成法にお
いては、薄膜原料として、固体および気体を用いる。固
体原料を蒸発させる手段としてレーザアブレーション法
を用いる。レーザアブレーション法においては、光学窓
を通して真空槽外部から集束したレーザ光を導入し真空
槽内に設置された固体原料表面に照射することによって
原料が気相に放出される。電子ビーム用フィラメントを
用いないため、真空槽の汚染を抑止することができる。
また、原料の蒸発量は、レーザの強度および周波数で真
空槽外部より安定に制御できる。さらに、レーザアブレ
ーションに供する固体原料は、複数個装置内に装填で
き、固体原料の変更が極めて容易であり、相互の汚染も
ない。
In the method of forming a thin film of the present invention, a solid and a gas are used as a raw material of the thin film. Laser ablation is used as a means for evaporating the solid raw material. In the laser ablation method, a laser beam focused from the outside of a vacuum chamber is introduced through an optical window and irradiated on a surface of a solid raw material installed in the vacuum chamber, whereby the raw material is released into a gas phase. Since no electron beam filament is used, contamination of the vacuum chamber can be suppressed.
Further, the evaporation amount of the raw material can be controlled stably from outside the vacuum chamber by the intensity and frequency of the laser. Further, a plurality of solid raw materials to be subjected to laser ablation can be loaded in the apparatus, and the change of the solid raw materials is extremely easy, and there is no mutual contamination.

【0009】レーザアブレーションにより生成したプル
ームと外部から導入した気体分子をプラズマ励起し、真
空槽内に装填した基板表面に照射することにより、化合
物薄膜が基板表面に形成される。
A plume generated by laser ablation and gas molecules introduced from the outside are plasma-excited and irradiated on the surface of a substrate loaded in a vacuum chamber to form a compound thin film on the surface of the substrate.

【0010】本方式では、レーザアブレーションに供す
る固体原料を複数個同一チャンバ内に装填することによ
り、異種の薄膜を連続的に高速積層できる。
In this system, different kinds of thin films can be continuously stacked at a high speed by loading a plurality of solid materials to be subjected to laser ablation into the same chamber.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】<実施例1>図1を用いて第1の
実施例について説明する。本実施例では、固体原料とし
て硅素(Si)およびアルミニウム(Al)を用いてG
aAs(001)基板上に酸化硅素膜および窒化アルミ
ニウム膜を連続形成する形成方法および形成装置につい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <Embodiment 1> A first embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, silicon (Si) and aluminum (Al) are used
A formation method and a formation apparatus for continuously forming a silicon oxide film and an aluminum nitride film on an aAs (001) substrate will be described.

【0012】まず、チャンバ内に設置されたサセプタ1
にGaAs(001)基板2を装填する。サセプタ2に
は基板加熱用ヒータが設置されている。基板2は、回転
機構により毎分10回転させた。反応槽は、ターボ分子
ポンプ(TMP)により、真空度を3×10-8Torrまで
排気されている。次に、基板2をヒータにより加熱し1
50℃に保持する。続いて、バルブ4を開きO2ガス(流
量50sccm)を導入する。この時、チャンバの真空度は
1mTorrに保つ。導入されたO2 ガスは、ヘリコンアン
テナ5にRF電源(13.56MHz)6から印加された
電力500Wおよび磁気コイル7から発生させた磁場5
0ガウスによりヘリコンプラズマ8が発生し、電離され
る。この時の真空度は5×10-4Torrであった。続い
て、ArFエキシマレーザ(波長193nm,強度1J
/cm2 ,周波数100Hz)を合成石英製光学窓9を介
してSiターゲット10に照射する。この時、Siター
ゲット10からSiが蒸発し、プルーム11が生成す
る。プルーム11は、ヘリコンプラズマ8と共にプラズ
マ流12となって、基板2表面に供給され、SiO2
が堆積する。この時、合成石英製光学窓9への薄膜の堆
積を防止する目的で、バルブ13を介して窒素ガスを導
入した。
First, the susceptor 1 installed in the chamber
Is loaded with a GaAs (001) substrate 2. The susceptor 2 is provided with a substrate heating heater. The substrate 2 was rotated 10 times per minute by a rotation mechanism. The reactor is evacuated to a vacuum of 3 × 10 −8 Torr by a turbo molecular pump (TMP). Next, the substrate 2 is heated by a heater and
Hold at 50 ° C. Subsequently, the valve 4 is opened, and O 2 gas (flow rate 50 sccm) is introduced. At this time, the degree of vacuum in the chamber is maintained at 1 mTorr. The introduced O 2 gas is supplied to the helicon antenna 5 with an electric power of 500 W applied from an RF power source (13.56 MHz) 6 and a magnetic field 5 generated from a magnetic coil 7.
Helicon plasma 8 is generated by 0 Gauss and is ionized. At this time, the degree of vacuum was 5 × 10 −4 Torr. Subsequently, an ArF excimer laser (wavelength 193 nm, intensity 1 J
/ Cm 2 at a frequency of 100 Hz) is applied to the Si target 10 through the optical window 9 made of synthetic quartz. At this time, Si evaporates from the Si target 10 and a plume 11 is generated. The plume 11 becomes a plasma flow 12 together with the helicon plasma 8 and is supplied to the surface of the substrate 2 to deposit an SiO 2 film. At this time, nitrogen gas was introduced through the bulb 13 for the purpose of preventing the deposition of the thin film on the synthetic quartz optical window 9.

【0013】上記成膜条件下での堆積速度は、40nm
/分であった。また、膜の組成をRBS法にて分析した
ところ、ほぼ化学量論比組成のSiO2 膜となっている
ことが判明した。通常のスパッタリング法で成膜した場
合、不純物として%オーダーのアルゴンが混入するが、
本実施例で形成したSiO2 膜は、反応系にアルゴンを
用いていないため、アルゴンの含有量は検出限界以下で
あった。
The deposition rate under the above film formation conditions is 40 nm
/ Min. Further, when the composition of the film was analyzed by the RBS method, it was found that the SiO 2 film had a substantially stoichiometric composition. When a film is formed by a normal sputtering method, argon of% order is mixed as an impurity,
Since the SiO 2 film formed in this example did not use argon for the reaction system, the content of argon was below the detection limit.

【0014】上記方法で、SiO2 膜を形成した後、タ
ーゲットをSiからAlターゲット14に変更し、ま
た、ヘリコンプラズマに供するガスを、酸素から窒素に
変更することにより容易にSiO2 膜上に連続的にAl
N膜を形成することができる。このAlN膜の弗化水素
酸によるエッチング速度は、ほぼゼロであった。屈折率
は、2.05 であり、MOCVDで形成した単結晶のA
lN膜とほぼ同等であった。吸収端波長は250nm以
下であった。即ち、赤色レーザ(650nm),青紫色
レーザ(410nm)のレーザ光を吸収することはな
い。膜組成は、ラザフォード後方散乱法を用いて調べ
た。AlとNの比はほぼ1対1であり、その他の含有不
純物濃度は、1%以下であった。
After the SiO 2 film is formed by the above method, the target is changed from Si to the Al target 14, and the gas supplied to the helicon plasma is changed from oxygen to nitrogen to easily form the SiO 2 film on the SiO 2 film. Continuously Al
An N film can be formed. The etching rate of this AlN film with hydrofluoric acid was almost zero. The refractive index is 2.05, and the single crystal A formed by MOCVD
It was almost equivalent to the 1N film. The absorption edge wavelength was 250 nm or less. That is, the laser light of the red laser (650 nm) and the blue-violet laser (410 nm) is not absorbed. The film composition was examined using Rutherford backscattering. The ratio of Al to N was approximately 1 to 1, and the concentration of other impurities was 1% or less.

【0015】上記方法で連続形成した2種類の膜をそれ
ぞれ、InP基板およびGaAs基板およびサファイア
基板およびSi基板に堆積させた実験では、膜厚800
nmまでクラック等の発生は見られなかった。
In an experiment in which two types of films continuously formed by the above method were respectively deposited on an InP substrate, a GaAs substrate, a sapphire substrate, and a Si substrate, a film thickness of 800
No cracks or the like were observed up to nm.

【0016】また、SiO2 膜(膜厚300nm)/A
lN膜(膜厚500nm)の2層積層膜を堆積させた試
料を湿度85%の条件下で100℃,200時間の加湿
試験を行なったところ、何れの基板においても、クラッ
クや剥離は生じなかった。
Further, a SiO 2 film (thickness: 300 nm) / A
When a sample on which a two-layered 1N film (500 nm thick) was deposited was subjected to a humidification test at 85 ° C. and a humidity of 100 ° C. for 200 hours, no crack or peeling occurred on any of the substrates. Was.

【0017】本実施例では、SiO2 膜およびAlN膜
の形成方法について示したが、ヘリコンプラズマに供す
るガス種を変更することにより、様々な酸化膜,窒化膜
の連続堆積が可能である。SiN/AlN或いはSiO
2 /SiN或いはAl23/AlN:Hの何れの膜の積
層構造においても、上記試験において膜剥がれは生じな
かった。
In this embodiment, the method of forming the SiO 2 film and the AlN film has been described. However, it is possible to continuously deposit various oxide films and nitride films by changing the kind of gas supplied to the helicon plasma. SiN / AlN or SiO
No peeling occurred in the above test in the laminated structure of any of the films of 2 / SiN and Al 2 O 3 / AlN: H.

【0018】<実施例2>図1を用いて第2の実施例に
ついて説明する。本実施例では、固体原料として硅素
(Si)および窒化アルミニウム(AlN)を用いてG
aAs(001)基板上に酸化硅素膜および水素化Al
N膜を連続形成する形成方法および形成装置について説
明する。第1の実施例と同様に、まず、チャンバ内に設
置されたサセプタ1にGaAs(001)基板2を装填
し、基板2は、回転機構により毎分10回転させた。反
応槽は、ターボ分子ポンプ(TMP)により、真空度を
3×10-8Torrまで排気されている。次に、基板2をヒ
ータにより加熱し150℃に保持する。続いて、バルブ
4を開きO2 ガス(流量50sccm)を導入する。この
時、チャンバの真空度は1mTorrに保つ。次に、ヘリコ
ンアンテナ5にRF電源(13.56MHz)6から印加
された電力500Wおよび磁気コイル7から発生させた
磁場50ガウスにより酸素のヘリコンプラズマ8が発生
し、電離される。この時の真空度は5×10-4Torrであ
った。続いて、ArFエキシマレーザ(波長193n
m,強度1J/cm2 ,周波数100Hz)を合成石英製
光学窓9を介してSiターゲット10に照射する。この
時、Siターゲット10からSiが蒸発し、プルーム1
1が生成する。プルーム11は、ヘリコンプラズマ8と
共にプラズマ流12となって、基板2表面に供給され、
SiO2 膜が堆積する。
<Embodiment 2> A second embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, silicon (Si) and aluminum nitride (AlN) are used
a silicon oxide film and hydrogenated Al on an As (001) substrate
A forming method and a forming apparatus for continuously forming an N film will be described. As in the first embodiment, first, a GaAs (001) substrate 2 was loaded on a susceptor 1 installed in a chamber, and the substrate 2 was rotated 10 times per minute by a rotating mechanism. The reactor is evacuated to a vacuum of 3 × 10 −8 Torr by a turbo molecular pump (TMP). Next, the substrate 2 is heated by a heater and kept at 150 ° C. Subsequently, the valve 4 is opened, and O 2 gas (flow rate 50 sccm) is introduced. At this time, the degree of vacuum in the chamber is maintained at 1 mTorr. Next, the helicon plasma 8 of oxygen is generated and ionized by the electric power 500 W applied from the RF power source (13.56 MHz) 6 to the helicon antenna 5 and the magnetic field 50 gauss generated from the magnetic coil 7. At this time, the degree of vacuum was 5 × 10 −4 Torr. Subsequently, an ArF excimer laser (wavelength 193n)
m, intensity 1 J / cm 2 , frequency 100 Hz) is applied to the Si target 10 through the synthetic quartz optical window 9. At this time, Si evaporates from the Si target 10 and the plume 1
1 is generated. The plume 11 is supplied to the surface of the substrate 2 as a plasma flow 12 together with the helicon plasma 8,
An SiO 2 film is deposited.

【0019】続いて、水素化AlN膜の連続形成法につ
いて説明する。SiO2 膜を形成した後、ターゲットを
SiからAlNターゲット15に変更し、また、ヘリコ
ンプラズマに供するガスを、酸素から水素に変更する。
AlNは、エキシマレーザ照射により蒸発し、水素のヘ
リコンプラズマと共に基板2の表面に供給され、水素化
AlN膜が形成される。この水素化AlN膜の堆積速度
は、30nm/min であった。水素の含有量は、10%
程度であり、X線回折の結果から、アモルファス状態で
あることが判明した。屈折率は、2.03 であり、Al
N膜とほぼ同等であった。吸収端波長は250nm以下
であった。即ち、赤色レーザ(650nm),青紫色レ
ーザ(410nm)のレーザ光を吸収することはない。
Next, a method for continuously forming a hydrogenated AlN film will be described. After the formation of the SiO 2 film, the target is changed from Si to the AlN target 15, and the gas supplied to the helicon plasma is changed from oxygen to hydrogen.
The AlN is evaporated by excimer laser irradiation and supplied to the surface of the substrate 2 together with the helicon plasma of hydrogen to form a hydrogenated AlN film. The deposition rate of this hydrogenated AlN film was 30 nm / min. Hydrogen content is 10%
And it was found from the result of X-ray diffraction that it was in an amorphous state. The refractive index is 2.03 and Al
It was almost equivalent to the N film. The absorption edge wavelength was 250 nm or less. That is, the laser light of the red laser (650 nm) and the blue-violet laser (410 nm) is not absorbed.

【0020】上記方法で形成した水素化AlN(AlN
H)膜を、InP基板およびGaAs基板およびサファ
イア基板およびSi基板に堆積させた実験では、膜厚1
000nmまでクラック等の発生は見られなかった。
The hydrogenated AlN formed by the above method (AlN
H) In an experiment in which a film was deposited on an InP substrate, a GaAs substrate, a sapphire substrate, and a Si substrate,
No crack or the like was observed up to 000 nm.

【0021】また、SiO2 膜(膜厚300nm)/水
素化AlN膜(膜厚700nm)の2層積層膜を堆積さ
せた試料を湿度85%の条件下で100℃,200時間
の加湿試験を行なったところ、何れの基板においても、
クラックや剥離は生じなかった。
A sample on which a two-layer film of a SiO 2 film (thickness: 300 nm) / a hydrogenated AlN film (thickness: 700 nm) was deposited was subjected to a humidification test at 100 ° C. for 200 hours under a condition of 85% humidity. As a result, on any substrate,
No cracking or peeling occurred.

【0022】<実施例3>本発明の第3の実施例を図2
〜図3を用いて説明する。本実施例は、本発明を光伝送
システムで中継器あるいは受信器に用いられる希土類添
加光ファイバ増幅器励起用0.98μm 帯高出力半導体
レーザに適用したものである。図2はファブリ・ペロー
型共振器を有する半導体レーザの平面構造を、図3
(a)は断面構造を、図3(b)は活性層の拡大図を示
している。
<Embodiment 3> FIG. 2 shows a third embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, the present invention is applied to a 0.98 μm-band high-power semiconductor laser for exciting a rare-earth-doped optical fiber amplifier used for a repeater or a receiver in an optical transmission system. FIG. 2 shows a planar structure of a semiconductor laser having a Fabry-Perot resonator, and FIG.
3A shows a sectional structure, and FIG. 3B shows an enlarged view of the active layer.

【0023】次に、素子の作製方法について述べる。n
−GaAs基板405上にGaAsバッファ層406,
GaAsに格子整合したn−InGaPクラッド層40
7,In1-xGaxAsy1-y障壁層(x=0.82,y=
0.63,障壁層厚35nm)417とInzGa1-zAs
歪量子井戸層(z=0.16,井戸層厚7nm)418か
ら構成される歪量子井戸活性層408,GaAs基板に
格子整合したp−InGaPクラッド層409,p−G
aAs光導波路層410,GaAsに格子整合したp−
InGaPクラッド層411,p−GaAsキャップ層
412をMOVPE法、またはガスソースMBE法、ま
たはCBE法により順次形成する。
Next, a method of manufacturing the device will be described. n
A GaAs buffer layer 406 on a GaAs substrate 405,
N-InGaP cladding layer 40 lattice-matched to GaAs
7, In 1-x Ga x As y P 1-y barrier layers (x = 0.82, y =
0.63, barrier layer thickness 35 nm) 417 and In z Ga 1 -z As
A strained quantum well active layer 408 composed of a strained quantum well layer (z = 0.16, well layer thickness 7 nm) 418, a p-InGaP cladding layer 409 lattice-matched to a GaAs substrate, p-G
aAs optical waveguide layer 410, p- lattice matched to GaAs
The InGaP cladding layer 411 and the p-GaAs cap layer 412 are sequentially formed by the MOVPE method, the gas source MBE method, or the CBE method.

【0024】次に、酸化膜をマスクに、ホトエッチング
工程により図3(a)に示すようなリッジを形成する。
このときのエッチングはウエット,RIE,RIBE,
イオンミリング等、方法を問わない。エッチングはP−
GaAs光導波路層410を完全に除去し、かつ歪量子
井戸活性層408に達しないようにp−InGaPクラ
ッド層409の途中で止まるようにする。
Next, a ridge as shown in FIG. 3A is formed by a photoetching process using the oxide film as a mask.
Etching at this time is wet, RIE, RIBE,
Any method such as ion milling can be used. Etching is P-
The GaAs optical waveguide layer 410 is completely removed, and stops in the middle of the p-InGaP cladding layer 409 so as not to reach the strained quantum well active layer 408.

【0025】次に、エッチングマスクとして用いた酸化
膜を選択成長のマスクとして、図3(a)に示すように
n−InGaP電流狭窄層413をMOVPE法により
選択成長する。その後成長炉からウエハを取り出し、選
択成長マスクとして用いた酸化膜をエッチングにより除
去する。その後、p−GaAsコンタクト層414をM
OVPE法またはMBE法により形成する。p側オーミ
ック電極415,n側オーミック電極416を形成した
後、劈開法により共振器長約900μmのレーザ素子を
得る。
Next, as shown in FIG. 3A, the n-InGaP current confinement layer 413 is selectively grown by MOVPE using the oxide film used as an etching mask as a mask for selective growth. Thereafter, the wafer is taken out of the growth furnace, and the oxide film used as the selective growth mask is removed by etching. After that, the p-GaAs contact layer 414 is
It is formed by the OVPE method or the MBE method. After forming the p-side ohmic electrode 415 and the n-side ohmic electrode 416, a laser device having a cavity length of about 900 μm is obtained by a cleavage method.

【0026】この後、素子の前面(z=L)に実施例2
に示した方法で形成した、厚さ10nmのAlNH膜3
01と厚さλ/4(λ:発振波長)の酸化硅素(SiO
2 )薄膜302とからなる2層膜による低反射(AR)
膜303を、素子の後面(z=0)にSiO2 薄膜とA
lNH膜とからなる8層膜による高反射(HR)膜30
4を形成した。その後、素子を接合面を下にして、ヒー
トシンク上にボンディングした。
Then, the second embodiment is applied to the front surface (z = L) of the element.
10 nm thick AlNH film 3 formed by the method shown in FIG.
01 and a silicon oxide (SiO 2) having a thickness of λ / 4 (λ: oscillation wavelength)
2 ) Low reflection (AR) by a two-layer film composed of the thin film 302
A film 303 is formed by forming a SiO 2 thin film and A on the rear surface (z = 0) of the device.
High-reflection (HR) film 30 of an eight-layer film composed of an 1NH film
4 was formed. Thereafter, the device was bonded on a heat sink with the bonding surface facing down.

【0027】試作した素子は、しきい値電流約10mA
で室温連続発振し、その発振波長は約0.98μm であ
った。また、素子は600mWまで安定に横単一モード
発振した。また、光出力を増加させても端面劣化は起こ
らず、最大光出力950mWは熱飽和により制限され
た。また、50素子について環境温度80°Cの条件下
で200mW定光出力連続駆動させたところ、初期駆動
電流は約280mAであり、全ての素子で10万時間以
上安定に動作した。
The prototype device has a threshold current of about 10 mA.
At room temperature, and the oscillation wavelength was about 0.98 μm. The element oscillated in transverse single mode stably up to 600 mW. Further, even when the light output was increased, the end face did not deteriorate, and the maximum light output 950 mW was limited by the thermal saturation. When 50 devices were continuously driven at a constant light output of 200 mW under an environment temperature of 80 ° C., the initial drive current was about 280 mA, and all the devices stably operated for 100,000 hours or more.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、同一チャンバ内で、酸
化膜および窒化膜を連続成長することができる。レーザ
アブレーションと反応性プラズマを同時に用いることに
より、相互汚染のない薄膜を連続積層することができ、
従来の半導体素子の表面保護膜に比して、素子の高寿命
化を達成することができる。
According to the present invention, an oxide film and a nitride film can be continuously grown in the same chamber. By using laser ablation and reactive plasma at the same time, it is possible to continuously laminate thin films without cross-contamination,
A longer life of the device can be achieved as compared with a conventional surface protection film of a semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1および第2の実施例に用いた薄膜形成装置
の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film forming apparatus used in first and second embodiments.

【図2】第3の実施例に用いた半導体レーザの平面図。FIG. 2 is a plan view of a semiconductor laser used in a third embodiment.

【図3】第3の実施例に用いた半導体レーザの断面図。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor laser used in a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…サセプタ、2…基板、3…ヒータ、4…ガス導入口
バルブ、5…ヘリコンアンテナ、6…RF電源、7…磁
気コイル、8…ヘリコンプラズマ、9…合成石英窓、1
0…Siターゲット、11…プルーム、12…プラズマ
流、13…パージガス導入口バルブ、14…Alターゲ
ット、301…AlNH層、302…SiO2 層、30
3…AR膜、304…HR膜、405…基板、406…
バッファ層、407…クラッド層、408…活性層、4
09…クラッド層、410…光導波路層、411…クラ
ッド層、412…キャップ層、413…電流狭窄層、4
14…コンタクト層、415…p型オーミック層、41
6…n型オーミック層、417…障壁層、418…歪量
子井戸層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Susceptor, 2 ... Substrate, 3 ... Heater, 4 ... Gas inlet valve, 5 ... Helicon antenna, 6 ... RF power supply, 7 ... Magnetic coil, 8 ... Helicon plasma, 9 ... Synthetic quartz window, 1
0: Si target, 11: plume, 12: plasma flow, 13: purge gas inlet valve, 14: Al target, 301: AlNH layer, 302: SiO 2 layer, 30
3 AR film, 304 HR film, 405 substrate, 406
Buffer layer, 407: cladding layer, 408: active layer, 4
09: clad layer, 410: optical waveguide layer, 411: clad layer, 412: cap layer, 413: current confinement layer, 4
14 contact layer, 415 p-type ohmic layer, 41
6 ... n-type ohmic layer, 417 ... barrier layer, 418 ... strained quantum well layer.

フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA04 BA46 BA58 BB02 BD01 CA04 DB20 DD02 5F045 AA12 AA16 AB10 AB32 AB40 AC11 AC15 AD05 AE13 AF04 AF09 BB13 CA12 DC64 DP05 EH16 GB12 HA22 5F058 BA04 BB02 BC02 BC09 BF07 BF09 BJ03 Continued on front page F term (reference) 4K029 AA04 BA46 BA58 BB02 BD01 CA04 DB20 DD02 5F045 AA12 AA16 AB10 AB32 AB40 AC11 AC15 AD05 AE13 AF04 AF09 BB13 CA12 DC64 DP05 EH16 GB12 HA22 5F058 BA04 BB02 BC02 BC09 BF07 BF07 B09

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも2つの元素から構成される薄膜
の第1の構成元素原料が固体であって、第2の構成元素
原料が気体分子である薄膜の形成方法において、第1の
構成元素の固体原料をレーザアブレーション法によって
蒸発せしめ、第2の構成元素の気体原料をプラズマ励起
し、基板表面に上記2種の原料を供給し、基板表面に薄
膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形成方法。
1. A method for forming a thin film in which a first constituent element raw material of a thin film composed of at least two elements is a solid and a second constituent element raw material is a gas molecule is provided. Forming a thin film by evaporating a solid material by a laser ablation method, exciting a gas material of the second constituent element by plasma, supplying the above two kinds of materials to a substrate surface, and depositing a thin film on the substrate surface; Method.
【請求項2】少なくとも3つの元素から構成される薄膜
の第1および第2の構成元素原料が第1および第2の元
素から成る固体化合物であって、第3の構成元素原料が
気体分子である薄膜の形成方法において、第1および第
2の構成元素の固体化合物原料をレーザアブレーション
法によって蒸発せしめ、第3の構成元素の気体原料をプ
ラズマ励起し、基板表面に上記3種の原料を供給し、基
板表面に薄膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形
成方法。
2. A thin film comprising at least three elements, wherein the first and second constituent element raw materials are solid compounds made of the first and second elements, and the third constituent element raw material is gas molecules. In a method of forming a thin film, a solid compound raw material of the first and second constituent elements is evaporated by a laser ablation method, a gas raw material of a third constituent element is plasma-excited, and the above three kinds of raw materials are supplied to a substrate surface. And depositing a thin film on the surface of the substrate.
【請求項3】少なくとも3つの元素から構成される薄膜
の第1の構成元素原料が固体であって、第2および第3
の構成元素原料が気体分子である薄膜の形成方法におい
て、第1および第2の構成元素の固体原料をレーザアブ
レーション法によって蒸発せしめ、第2および第3の構
成元素の気体原料をプラズマ励起し、基板表面に上記3
種の原料を供給し、基板表面に薄膜を堆積せしめること
を特徴とする薄膜の形成方法。
3. A thin film composed of at least three elements, wherein the first constituent element raw material is a solid, and the second and third elements are solid.
In the method of forming a thin film in which the constituent element material is a gas molecule, the solid source material of the first and second constituent elements is evaporated by a laser ablation method, and the gas material of the second and third constituent elements is plasma-excited, The above 3 on the substrate surface
A method for forming a thin film, comprising supplying seed materials and depositing a thin film on a substrate surface.
【請求項4】請求項1ないし3のいずれか記載の方法に
おいて、レーザアブレーションによって生成されたプル
ームを、プラズマ励起した後に基板表面に供給し、基板
表面に薄膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形成
方法。
4. A thin film according to claim 1, wherein a plume generated by laser ablation is supplied to a substrate surface after plasma excitation, and a thin film is deposited on the substrate surface. Formation method.
【請求項5】固体原料蒸発装置と気体原料導入部とプラ
ズマ励起装置と基板サセプタを具備した薄膜形成装置に
おいて、レーザ光導入用光学窓とレーザ光集束用光学系
と固体ターゲットからなる固体原料蒸発装置を具備した
薄膜形成装置。
5. A thin film forming apparatus comprising a solid raw material evaporating apparatus, a gas raw material introducing section, a plasma exciting apparatus and a substrate susceptor, wherein a solid raw material evaporating apparatus comprising an optical window for introducing laser light, an optical system for converging laser light, and a solid target. A thin film forming apparatus equipped with the apparatus.
【請求項6】請求項5の薄膜形成装置において、固体原
料蒸発装置と基板サセプタの間にプラズマ励起装置を配
置したことを特徴とする薄膜形成装置。
6. A thin film forming apparatus according to claim 5, wherein a plasma excitation device is arranged between the solid material evaporator and the substrate susceptor.
【請求項7】請求項5または6記載の装置において、固
体原料蒸発装置のターゲット保持部に少なくとも2つの
ターゲットと基板サセプタの間にプラズマ励起装置を配
置したことを特徴とする薄膜形成装置。
7. The thin-film forming apparatus according to claim 5, wherein a plasma excitation device is arranged between at least two targets and the substrate susceptor in the target holding section of the solid raw material evaporating device.
【請求項8】請求項1ないし4のいずれか記載の方法に
より形成された薄膜を、光共振器端面に設けたことを特
徴とする半導体発光素子。
8. A semiconductor light emitting device wherein a thin film formed by the method according to claim 1 is provided on an end face of an optical resonator.
JP10327720A 1998-11-18 1998-11-18 Method and device for forming thin film Pending JP2000150504A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10327720A JP2000150504A (en) 1998-11-18 1998-11-18 Method and device for forming thin film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10327720A JP2000150504A (en) 1998-11-18 1998-11-18 Method and device for forming thin film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000150504A true JP2000150504A (en) 2000-05-30

Family

ID=18202244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10327720A Pending JP2000150504A (en) 1998-11-18 1998-11-18 Method and device for forming thin film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000150504A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005035440A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Japan Science And Technology Agency Light element complex hydride film and method for synthesis thereof
JP2006063432A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Japan Science & Technology Agency Multi-source mechanism for film deposition apparatus
JP2008504433A (en) * 2004-05-28 2008-02-14 セムテクノロジー カンパニー リミテッド Solid element plasma generation method and plasma source thereof
CN107884918A (en) * 2017-11-13 2018-04-06 中国科学院合肥物质科学研究院 High energy ultraviolet laser gatherer under a kind of high-intensity magnetic field

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005035440A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Japan Science And Technology Agency Light element complex hydride film and method for synthesis thereof
JPWO2005035440A1 (en) * 2003-10-10 2006-12-21 独立行政法人科学技術振興機構 Light element complex hydride film and synthesis method thereof
JP4576337B2 (en) * 2003-10-10 2010-11-04 独立行政法人科学技術振興機構 Light element complex hydride film and synthesis method thereof
JP2008504433A (en) * 2004-05-28 2008-02-14 セムテクノロジー カンパニー リミテッド Solid element plasma generation method and plasma source thereof
JP2006063432A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Japan Science & Technology Agency Multi-source mechanism for film deposition apparatus
JP4678620B2 (en) * 2004-08-30 2011-04-27 独立行政法人科学技術振興機構 Multi-source mechanism for film deposition equipment
CN107884918A (en) * 2017-11-13 2018-04-06 中国科学院合肥物质科学研究院 High energy ultraviolet laser gatherer under a kind of high-intensity magnetic field

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6618409B1 (en) Passivation of semiconductor laser facets
US20170237230A1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US7142576B2 (en) Semiconductor laser
JP3774503B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JPH09167880A (en) Device including semiconductor laser, and manufacture of laser
JP2004538652A (en) Contaminant laser mirrors and methods of obtaining their passivation
US20060216842A1 (en) Laser Facet Passivation
JP5491679B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2005079406A (en) Manufacturing method of semiconductor laser
JPH06152072A (en) Semiconductor laser
JP2009231470A (en) Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof
US6703254B2 (en) Method for manufacturing semiconductor laser device
JPH06164055A (en) Quantum-well semiconductor laser
US7691653B2 (en) Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing the same
JPH1098032A (en) Formation of thin film and thin film forming device
US6359921B1 (en) Semiconductor laser element having resonator surface coated with oxygen gettering layer and high thermal conductivity layer
US8541796B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and method of fabricating nitride semiconductor laser device
JP2000150504A (en) Method and device for forming thin film
JP2007189207A (en) Nitride semiconductor light-emitting device and method for manufacturing nitride semiconductor laser device
US5146466A (en) Semiconductor laser device
JP2000332357A (en) Manufacture of semiconductor device
US6795480B1 (en) Semiconductor laser device
JPH09148676A (en) Semiconductor laser and its manufacture
JPH09326531A (en) Semiconductor laser and manufacture thereof
US5773318A (en) In-situ technique for cleaving crystals